微波遙感系統(tǒng)

1第一頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期二微波遙感系統(tǒng)合成孔徑雷達(dá)SAR系統(tǒng)及其應(yīng)用2第二頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期二被動(dòng)與主動(dòng)遙感微波觀測(cè)方式主動(dòng)方式:利用遙感器向地面發(fā)射微波然后接受其散射波的方式。被動(dòng)方式:觀測(cè)地表目標(biāo)的輻射方式。3第三頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期二微波傳感器非成像傳感器：通過(guò)發(fā)射雷達(dá)信號(hào)，再接收回波信號(hào)測(cè)定參數(shù)，不以成像為目的。微波散射計(jì)：測(cè)量地物的散射或反射特性。

雷達(dá)高度計(jì)：測(cè)量目標(biāo)物與遙感平臺(tái)間的距離，從而準(zhǔn)確得知地表高度變化，海浪的高度等參數(shù)。根據(jù)發(fā)射波和接收波間的時(shí)間差，測(cè)出距離。成像傳感器：獲取在地面掃描所得到的帶有地物信息的電磁波信號(hào)并形成圖象微波輻射計(jì)、側(cè)視雷達(dá)、合成孔徑雷達(dá)4第四頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期二F.Ulabyetal.,<微波遙感>5第五頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期二①微波輻射計(jì)微波輻射計(jì)主要用于探測(cè)地面各點(diǎn)的亮度溫度并生成亮度溫度圖像。由于地面物體都具有發(fā)射微波的能力,其發(fā)射強(qiáng)度與自身的亮度溫度有關(guān)。通過(guò)掃描接收這些信號(hào)并換算成對(duì)應(yīng)的亮度溫度圖,對(duì)地面物體狀況的探測(cè)很有意義。屬被動(dòng)遙感6第六頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期二②側(cè)視雷達(dá)?側(cè)視雷達(dá)是在飛機(jī)或衛(wèi)星平臺(tái)上由傳感器向與飛行方向垂直的側(cè)面,發(fā)射一個(gè)窄的波束,覆蓋地面上這一側(cè)面的一個(gè)條帶,然后接收在這一條帶上地物的反射波,從而形成一個(gè)圖像帶。隨著飛行器前進(jìn),不斷地發(fā)射這種脈沖波束,又不斷地接收回波,從而形成一幅一幅的雷達(dá)圖像。雷達(dá)成像的基本條件：雷達(dá)發(fā)射的波束照在目標(biāo)不同部位時(shí)，要有時(shí)間先后差異，這樣從目標(biāo)反射的回波也同時(shí)出現(xiàn)時(shí)間差，才有可能區(qū)分目標(biāo)的不同部位。7第七頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期二③合成孔徑雷達(dá)合成孔徑雷達(dá)與側(cè)視雷達(dá)類似,也是在飛機(jī)或衛(wèi)星平臺(tái)上由傳感器向與飛行方向垂直的側(cè)面發(fā)射信號(hào)。所不同的是將發(fā)射和接收天線分成許多小單元,每一單元發(fā)射和接收信號(hào)的時(shí)刻不同。由于天線位置不同，記錄的回波相位和強(qiáng)度都不同。目的：提高圖象在飛行方向的分辨率。8第八頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期二側(cè)視雷達(dá)工作原理電磁波在空間中的傳播速度c是一定的,當(dāng)雷達(dá)在時(shí)間t1發(fā)射出一個(gè)窄脈沖,被目標(biāo)反射后,在時(shí)間t2返回,則目標(biāo)地物的距離為:

(t2-t1)*c/29第九頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期二微波傳播示意圖脈沖雷達(dá)pulseradar：脈沖:一個(gè)物理量在短持續(xù)時(shí)間內(nèi)突變后迅速回到其初始狀態(tài)的過(guò)程。脈沖信號(hào)是一種離散信號(hào)，形狀多種多樣，與普通模擬信號(hào)（如正弦波）相比，波形之間在時(shí)間軸不連續(xù)（波形與波形之間有明顯的間隔）但具有一定的周期性是它的特點(diǎn)。最常見(jiàn)的脈沖波是矩形波（也就是方波）。脈沖信號(hào)可以用來(lái)表示信息，也可以用來(lái)作為載波.脈沖寬度：就是高電平持續(xù)的時(shí)間。chirpradar線性調(diào)頻雷達(dá)10第十頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期二遙感平臺(tái)向前飛行，天線發(fā)射和接收雷達(dá)脈沖交替進(jìn)行；在波束寬度范圍內(nèi)，地面不同的地物由于距離不同而在不同的時(shí)間反射回波。反射回波的信號(hào)記錄一條圖象掃描線。返回的信號(hào)被天線接收并記錄下來(lái)。側(cè)視雷達(dá)工作原理(真實(shí)孔徑雷達(dá))真實(shí)孔徑雷達(dá)是對(duì)平臺(tái)的行進(jìn)方向（稱方位向）的側(cè)方（稱距離向）發(fā)射寬度很窄的脈沖電波波束，然后接收從目標(biāo)物返回的后向散射波，從接收的信號(hào)中可以獲得地表的圖像。11第十一頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期二脈沖寬度發(fā)一個(gè)脈沖,陸續(xù)收到一連串回射,而且回射的特性隨地物不同而異飛行方向12第十二頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期二A：飛行方向；B：天底nadirE：方位向azimuthflightdirection；D：距離向lookdirection；C：掃描寬度swath;有關(guān)術(shù)語(yǔ)A入射角incidenceangle;B視角;

C斜距Slantdistance;D地距Grounddistance;13第十三頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期二A:近距（nearrange）B:遠(yuǎn)距（farrange）14第十四頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期二距離向分辨率與方位向分辨率在側(cè)視方向的分辨率(在垂直于航向方向的分辨力)Pg=c×/2cosφ脈沖持續(xù)期（脈沖寬度，時(shí)間s)，φ俯角，c光速。φ越大，Pg越大，分辨率越低即：距離越近，距離向分辨率越低理論上講,斜距分辨率等于脈沖寬度的一半１.距離分辨率15第十五頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期二16第十六頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期二例:設(shè)俯角50,脈沖寬度0.1s則距離分辨力Pg=0.50.110-6(s)2.998108(m/s)/cos50=0.50.12.998/0.642788100=23.2mPg=0.5c／cos17第十七頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期二距離越近，方位分辨率越高；與距離向分辨率變化規(guī)律相反.沿航線方向的分辨率—方位向分辨率ra=*R波束寬度，R天線到該像元的傾斜距離=/L,波長(zhǎng)，L天線長(zhǎng)度

ra=(/L)*R天線越長(zhǎng)，ra越小，方位分辨率越高２.方位分辨率18第十八頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期二例:設(shè)衛(wèi)星天線孔徑D=4m,波長(zhǎng)=3cm,距目標(biāo)地物800km,則方位分辨力Pa=[310-2(m)/4(m)]800103(m)=6000m若要求方位分辨率達(dá)到3m,則天線孔徑需8000m.(這可能么)提高距離分辨率和方位分辨率的方法：1）采用脈沖壓縮技術(shù)，縮短脈沖發(fā)射寬度2）用合成孔徑天線來(lái)代替真實(shí)孔徑天線，以縮短天線孔徑。19第十九頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期二合成孔徑合成孔徑雷達(dá)（SAR，SyntheticApertureRadar）基本原理：利用短的天線，通過(guò)修改數(shù)據(jù)記錄和處理技術(shù)，產(chǎn)生很長(zhǎng)孔徑天線的效果，等于通過(guò)加長(zhǎng)天線孔徑來(lái)提高觀測(cè)精度。在沿飛行航跡方向上形成一個(gè)天線陣列，并與數(shù)據(jù)記錄和處理過(guò)程聯(lián)系在一起。在不同位置接收同一地物的回波信號(hào)，信號(hào)得到的時(shí)間不同，相位和強(qiáng)度不同，形成相干影象。經(jīng)過(guò)復(fù)雜的處理，得到地面的實(shí)際影象。20第二十頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期二合成孔徑21第二十一頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期二合成后的天線孔徑為L(zhǎng)s,則其方位分辨率為:Rs=(λ/Ls)R由于天線最大的合成孔徑為:Ls=Ra=(λ/D)R則有Rs=D由于雙程相移,方位分辨率還可提高一倍,即Rs=D/2式中，λ:波長(zhǎng)；D：雷達(dá)孔徑；R：斜距。

由此可知，方位向的分辨率與距離無(wú)關(guān)，所以，即使從衛(wèi)星的高度上也可以獲得高分辨率的圖像。22第二十二頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期二23第二十三頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期二斜距圖象的比例尺變化A、B、C為三個(gè)長(zhǎng)度相等的線性地物。斜距圖象、地距圖象側(cè)視雷達(dá)圖象24第二十四頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期二雷達(dá)圖象變形：距離向25第二十五頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期二地距圖象與斜距圖象26第二十六頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期二地形(幾何)畸變透視收縮（foreshortening）：山上面向雷達(dá)的一面在圖象上被壓縮，這一部分往往表現(xiàn)為較高的亮度；坡底的收縮度比坡頂大；山坡的坡度越大，收縮量越大。疊掩(Layover)：當(dāng)面向雷達(dá)的山坡很陡時(shí)，出現(xiàn)山頂比山底更接近雷達(dá)的情況，因此，在圖象的距離方向，山頂和山底的相對(duì)位置顛倒；收縮度：坡頂?shù)氖湛s度比坡底大陰影(Shadow)：當(dāng)后坡坡度較大，雷達(dá)波束不能到達(dá)后坡坡面時(shí)，沒(méi)有回波信號(hào)產(chǎn)生，圖象上出現(xiàn)暗區(qū)27第二十七頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期二28第二十八頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期二側(cè)視雷達(dá)的入射方位對(duì)影像的影響在山區(qū)地形情況下,在雷達(dá)影像中,地形起伏一般表現(xiàn)為明顯的亮坡-陰影組合特征.溝谷和山脊的面向入射坡為亮坡而背光坡為陰影.因此,隨著入射方位不同,不同方向的線狀地形起伏將會(huì)得到突出----線狀的亮坡-陰影組合總是平行于平臺(tái)航向,亮坡朝向傳感器,陰影背對(duì)傳感器.29第二十九頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期二微波遙感系統(tǒng)合成孔徑雷達(dá)SAR系統(tǒng)及其應(yīng)用30第三十頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期二機(jī)載SAR系統(tǒng)E-SARSRTM?一般使用雙天線31第三十一頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期二星載SAR系統(tǒng)NASA1978年Seasat衛(wèi)星LBandESA1991年ERS-1;1995年ERS-2C-Band2002年EnviSat-1C-BandJAXA2006年ALOSPALSARDLR2009年TerraSAR-X以及TanDEM-X此外RadarSAT-1/2;COSMO-SKYMED/32第三十二頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期二

ERS-1ERS-2LaunchfromKourou,

FrenchGuiana17July199121April1995LauncherAriane4

Launchmass

2384kg2516kgN