第二章遙感電磁輻射基礎(chǔ)1

遙感電磁輻射基礎(chǔ)1電磁波和電磁波譜2電磁波輻射源3大氣對(duì)太陽輻射的作用4地物波譜特征1電磁波和電磁波譜1.1.1電磁波波：是振動(dòng)在空間的傳播。如聲波、水波、地震波等。

機(jī)械波：振動(dòng)的是彈性媒質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的位移矢量。電磁波：電場矢量和磁場矢量在空間的傳播。1887年由赫茲試驗(yàn)證明1.1.1電磁波牛頓的微粒說光是由發(fā)光物體發(fā)出的遵循力學(xué)規(guī)律的粒子流?；莞沟牟▌?dòng)說光是機(jī)械波，在彈性介質(zhì)“以太”中傳播。光的兩種學(xué)說四、光的本性光的電磁理論——波動(dòng)性

干涉、衍射、偏振光的量子理論——粒子性

黑體輻射、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光是電磁波，具有波動(dòng)和粒子的兩重性質(zhì)，稱為波粒二象性。1）不須要傳播介質(zhì)2）橫波3）波動(dòng)性4）粒子性5）疊加原理6）相干性和非相干性7）衍射和偏振（遙感器的幾何圖象辨別率，波長越長，偏振現(xiàn)象越顯著，偏振和雷達(dá)成像）8）多譜勒效應(yīng)（合成孔徑側(cè)視雷達(dá)）1.1.2電磁波的特點(diǎn)和遙感意義動(dòng)量：P能量：Eh:普朗克常數(shù)，6.6260755×10－34Jsc:光速；v:頻率能量和動(dòng)量是粒子屬性，頻率和波長是波動(dòng)屬性。Y射線、X射線、紫外線；可見光，紅外線；微波和無線電波。電磁波的粒子性電磁波的疊加原理當(dāng)兩列波在同一空間傳播時(shí)，空間上各點(diǎn)的振動(dòng)為各列波單獨(dú)振動(dòng)的合成。任何困難的電磁波都可以分解成很多比較簡潔的電磁波；比較簡潔的電磁波也可以合成為困難的電磁波。（白光的色散和合成，計(jì)算機(jī)顯示器的工作原理，混合像元的分解）電磁波的衍射電磁波遇到有限大小的障礙物時(shí)，能夠繞過障礙物而彎曲地向障礙物地后面?zhèn)鞑ァ０堰@種通過障礙物邊緣變更傳播方向地現(xiàn)象，稱為電磁波的衍射。設(shè)計(jì)遙感器的空間辨別率具有重要意義。最小辨別角:d

物鏡的有效孔徑

電磁波偏振電磁波遇到“狹縫”的障礙物時(shí)，能夠通過狹縫地振動(dòng)重量，稱為電磁破的偏振。非偏振光，偏振光，部分偏振電磁波的多普勒效應(yīng)電磁波因輻射源（或者視察者）運(yùn)動(dòng)，而使視察者接受到的頻率發(fā)生變更，這種現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)。聲波的多普勒效應(yīng)（火車開來和遠(yuǎn)離時(shí)汽笛聲音變更）。雷達(dá)測速合成孔徑雷達(dá)的工作原理波函數(shù)由振幅和位相組成，一般遙感器僅僅記錄電磁波的振幅信息，丟失位信任息。全息攝影中，同時(shí)記錄了振幅信息和位信任息。1.1.3遙感記錄的電磁波信息輻射能量Q電磁輻射是具有能量的，它表現(xiàn)在：?使被輻照的物體溫度上升?變更物體的內(nèi)部狀態(tài)?使帶電物體受力而運(yùn)動(dòng)……輻射能量（Q）的單位是焦耳（J）電磁波輻射度量輻射通量(radiantflux)Φ在單位時(shí)間內(nèi)通過的輻射能量稱為輻射通量：

Φ=Q/t輻射通量（Φ）的單位是瓦特=焦耳/秒（W=J/S）輻射通量密度(irradiance)E、(radiantexitance)M單位面積上的輻射通量稱為輻射通量密度：入射度，E（接收電磁波）；出射度，M（輻射源）E輻照度=Φ/AM輻射出射度=Φ/A輻射通量密度的單位是瓦/米2（W/m2）輻射源輻照度輻射出射度被輻照物輻射體法向物體θ輻射亮度(radiance)L單位面積、單位波長、單位立體角內(nèi)的輻射通量稱為輻射亮度：L=3Φ/(AcosθλΩ)輻射亮度（L）的單位是瓦/米2?微米?球面度（W/m2

?

μm?Sr）輻亮度L與觀測角θ無關(guān)的輻射源為朗伯源體亮度L面輻射源θ立體角ΩA輻射源立體角一個(gè)半徑為r的的球面，從球心向球面做隨意形態(tài)的錐面，錐面與球面相交的面積為A，則A/r2就是此錐面的立體角。一般用符號(hào)Ω表示，單位為球面度sr。一個(gè)球面的面積為4πr2，因此球體的立體角為4πAcosθ輻射強(qiáng)度(radiantintensity)I輻射強(qiáng)度是描述點(diǎn)輻射源的輻射特性的，指在某一方向上單位立體角內(nèi)的輻射通量：

I=Φ/Ω輻射強(qiáng)度（I）的單位是瓦/球面度（W/Sr）輻射強(qiáng)度點(diǎn)輻射源Ω=A/R22π、4π各向同性源？（分譜）輻射通量輻射通量是波長λ的函數(shù)，單位波長間隔內(nèi)的輻射通量稱為分譜輻射通量：

Φλ=Φ/λ分譜輻射通量的單位是瓦/微米（W/μm）λ1-λ2波段間隔內(nèi)的

Φ(λ1-λ2)?總輻射通量Φ

？輻射通量波長分譜？？？分譜輻射通量分譜輻照度、分譜輻射出射度分譜輻射強(qiáng)度“分譜”兩字可以忽視M、L、I之間的關(guān)系M：輻射出射（通量密）度：M輻射出射度=Φ/AL：輻射亮度：L=3Φ/AcosθλΩI：輻射強(qiáng)度：I=Φ/ΩL與I之間的關(guān)系：L=2Φ/(Ω(Acosθ))=I/(Acosθ)L與M之間的關(guān)系：M=∫2πL(θ)cosθdΩ對(duì)于朗伯體，L(θ)各項(xiàng)同性M=L∫2πcosθdΩ=

πL對(duì)于朗伯體，其出射度為輻射亮度的π倍小結(jié)輻射度量一覽表E接收輻射、M放射、I點(diǎn)源，L面源1.2電磁波譜定義：依據(jù)電磁波的波長（頻率的大小）長短，依次排列成的圖表，稱為電磁波譜。各種電磁波的特點(diǎn)1.2電磁波譜（2）不同波長電磁波不同點(diǎn)： 產(chǎn)朝氣理不同、 穿透性、 可見性（顏色不同）共性： 傳播速度相同遵守相同的反射、折射、透射、吸取和散射定律都是橫波，遵循橫波的一切特性2電磁波輻射源2.1黑體輻射2.2黑體輻射定律2.3一般輻射體和放射率2.4基爾霍夫定律黑體：對(duì)任何波長的輻射，反射率和透射率都等于0。黑體是一種志向的吸取體，自然界沒有真正的黑體。人工制造的接近黑體的吸取體2.1黑體輻射2.2黑體輻射的定律2.2.1普朗克公式2.2.2斯蒂芬－玻爾茲曼定律2.2.3維恩位移定律描述黑體輻射通量密度與溫度、波長分布的關(guān)系。2.2.1普朗克公式h:普朗克常數(shù)6.6260755*10-34W·s2k:玻爾茲曼常數(shù)，k=1.380658*10-23W·s·K-1

c:光速;λ:波長（μm）;T:確定溫度（K）變更特點(diǎn)：(1)輻射通量密度隨波長連續(xù)變更，只有一個(gè)最大值；(2)溫度越高，輻射通量密度越大，不同溫度的曲線不相交；(3)隨溫度上升，輻射最大值向短波方向移動(dòng)。普朗克公式圖示：2.2.2斯蒂芬－玻爾茲曼定律對(duì)普朗克定律在全波段內(nèi)積分，得到斯蒂芬－玻爾茲曼定律。輻射通量密度隨溫度增加而快速增加，與溫度的4次方成正比。含義？σ:斯蒂芬－玻爾茲曼常數(shù)，5.6697＋－0.00297）×10－12Wcm-2K-4

紅外裝置測試溫度的理論依據(jù)。2.2.3維恩位移定律b:常數(shù)，2897.8±0.4μm·K高溫物體放射較短的電磁波，低溫物體放射較長的電磁波。常溫（如地表300K左右，放射電磁波的峰值波長9.66μm）針對(duì)要探測的目標(biāo)，選擇最佳的遙感波段和傳感器。2.3一般輻射體和放射率對(duì)于一般物體而言，須要引入放射率（熱輻射率、比輻射率），表明物體的放射本事。非黑體的輻射通量密度與同一溫度下黑體輻射通量密度的比值。放射率與物質(zhì)種類、表面狀態(tài)、溫度等有關(guān)，還與波長有關(guān)。依據(jù)放射率與波長的關(guān)系，輻射源可以分為：1）黑體2）灰體3）選擇性輻射體

2.3一般輻