微波遙感考點整理

1、成像雷達系統(tǒng)雙基雷達：發(fā)射與接收由不同天線完成；單基雷達：發(fā)射與接收共用一個天線。雷達成像幾何：微波傳感器，又稱雷達天線，主要包括：發(fā)射器和接收器，裝載在飛行器或安置在固定位置。在飛行器飛行過程中，天線將微波能量側(cè)向輻射；微波以脈沖束向地球表面輻射；發(fā)射微波經(jīng)地物散射（scattering）后被接受天線接收，接收信號經(jīng)模-數(shù)轉(zhuǎn)換，最終以圖像格式被記錄。成像幾何的一些概念：斜距方向：微波束傳播方向。地距方向：地面上與飛行器飛行方向垂直的方向。方位方向：飛行器飛行方向。幅寬: 在地距方向上，微波束照亮地球表面的寬度。近地距線：幅寬最接近地面軌跡的邊。遠地距線：幅寬最遠離地面軌跡的邊。天線覆蓋區(qū)：天

2、線波束射到地面的覆蓋區(qū)。視角：天線到地面的垂線與斜距方向的夾角。入射角：入射波與地面點的法線的夾角星下點：飛行器在地面的垂直投影點。衛(wèi)星高度：飛行器離開地面的高度H 。天線尺度：方位長度l a 和垂直長度 l v 。飛行器速度v 。距分辨率：雷達系統(tǒng)分辨兩個相鄰的地面點的能力。如果說地面點 A 、B 是可分辨，它們的返回脈沖是可分辨的，即返回脈沖在時間上沒有重疊。設 r 是地面點A 、B 在斜距方向的距離差 ，則兩者返回脈沖的時間差為：t = 2r * c -1，其中，c 為光速 。能夠分辨返回脈沖 A 和 和 B 的時間差下限是 ：t = ，其中，為脈沖寬度。斜距分辨率 : 地距分辨率 :

3、關于距分辨率當 = 0 ，地距分辨率 r g 無窮大 采用側(cè)雷達的原因；地距和斜距分辨率均與搭載平臺的飛行高度 H 無關；地距分辨率與入射角有關。近地距處的分辨率低于遠地距處的分辨率；距分辨率與輻射脈沖寬度成正比；單一接收器難于實現(xiàn)雙側(cè)探測。改善地距分辨率u 理論上，增大入射角能夠提高地距分辨率。入射角由搭載平臺的空間位置和景物地形地貌決定。實際上，很難通過改變?nèi)肷浣歉纳频鼐喾直媛?。能夠提高地距分辨率?降低脈沖寬度（），可以顯著改善地距分辨率。由此帶來的問題： 脈沖壓縮發(fā)射調(diào)頻寬脈沖，其頻率隨時間線性變化，稱為線性調(diào)頻脈沖。返回的線性調(diào)頻脈沖與發(fā)射線性調(diào)頻脈沖的副本經(jīng)相關器壓縮成窄脈沖。壓縮

4、的窄脈沖的寬度遠遠小于發(fā)射脈沖的寬度。解決了發(fā)射功率與提高 地距分辨率的矛盾。® 方位分辨率雷達天線沿飛行方向的寬度為 l a , 沿該方向的波束張角：在斜距距離為 R 0 處的地面點，天線覆蓋區(qū)沿方位方向的寬度為：r a 決定了方位分辨率。如，地面目標 A 和 C的返回脈沖為同一脈沖，因此不可分辨；A 和 和 D 返回脈沖為兩個不同的脈沖；A和 B 為在方位方向、R 0 處可分辨的距離最近的兩個地面目標，即剛好返回兩個不同的脈沖。r a 與 R 0 有關，r a 與搭載平臺的飛行高度 h 有關。r a 與 與 R 0 有關，r a 與地面目標距星下點的距離r A 有關從近距點到遠距

5、點，方位分辨率逐漸降低。合成孔徑雷達利用天線的移動合成一個虛擬 長天線。合成天線的長度（孔徑）為實際天線第一次和最后一次探測某一地面點的時間間隔內(nèi)實際天線移動的距離。雷達干涉p 與光學成像不同，在雷達成像中雷達天線不僅可以記錄來自地物反向散射信號的幅度，而且還可以記錄其相位。 相位的測量使得利用干涉測量法進行地形繪制成為可能。通過比較在同一地區(qū)成像的兩幅雷達圖像的相位，得到對應像素的相位差，從而估計該像素在三維空間的相對位置，進而估算其所對應地面點的位置： 緯度，經(jīng)度以及 海拔高度。 幾何畸變及其校正近地距壓縮畸變（通過使用斜距圖像校正）地距分辨率：r g = c/2Bsin （隨著入射角的增

6、加，地距方向上分辨率提高。）方位分辨率：r a = l a /2 （與入射角及地距距離無關。在地距方向各點方位分辨率相同 。）圖像顯示基于大小相同的像素，均勻分布在格點上。地球表面細節(jié)在近地距部分被壓縮為小的解析單元內(nèi)。在地距方向，當入射角變化很大時（機載成像雷達系統(tǒng)），近地距壓縮對雷達圖像在視覺上有很大的影響。近地距壓縮特點與光學成像系統(tǒng)不同。光學圖像的壓縮發(fā)生在遠地距端。光學成像系統(tǒng)采用雙側(cè)掃描，壓縮現(xiàn)象在圖像的兩端。雷達圖像近地距壓縮校正，可以采用數(shù)學上入射角補償或重采用方法。實際上，很難恢復近地距壓縮帶來的細節(jié)丟失。疊掩高塔雷達成像； 以天線為中心畫同心圓，圓上各點有相同的斜距，在相同

7、時間內(nèi)返回散射信號。天線接收塔頂端 T 的 回聲 先于底端 B 的 回聲 。從圖像上的塔 TB 疊加在地面特征上，即塔頂?shù)瓜蚶走_。這種畸變模式稱為 疊掩。地形起伏移位畸變p 山坡成像u 利用同心圓成像原理；前坡被壓縮；后坡被拉伸；峰點向天線方向位移；這種畸變稱為地形起伏移位畸變。地形起伏移位畸變導致圖像亮度的變化；u 前坡入射角變小，前坡變亮u 后坡入射角變大，后坡變暗遮蔽（陰影）：雷達圖像中遮蔽畸變?yōu)椴豢尚Ｕ?；發(fā)生在遠地距端，大入射角情況下。地形起伏較小區(qū)域的幾何校正p 疊掩畸變、地形起伏移位畸變可以忽略；p 主要的幾何畸變類型包括：近地距壓縮畸變，由飛行器飛行高度、航線、飛行姿態(tài)變化引

8、起的畸變，地球曲率變化引起的畸變；p 校正方法：利用有關入射角、入射角在地距方向上的變化等相關知識，選擇合適的地面控制點，構(gòu)造映射多項式進行圖像校正；地形起伏較大區(qū)域的幾何校正由于地形起伏，在雷達圖像中造成地面點移向近地端；地距位移：r = hcot ，為入射角，h 為起伏高度。在劇烈起伏地區(qū)地距位移引起的圖像幾何畸變尤為強烈?；跀?shù)字地形圖的幾何校正：u DTM找到與像素點匹配的地面點及與之相應的高程像素高程分布計算與像素點相應的局部入射角 r = hcot 重新定位像素位置輻射畸變p 指遙感傳感器在接收來自地物的電磁波輻射能時，電磁波在大氣層中傳輸和傳感器測量中受到遙感傳感器本身特性、地物

9、光照條件（地形影響和太陽高度角影響）以及大氣作用等影響，而導致的遙感傳感器測量值與地物實際的光譜輻射率的不一致。p 雷達圖像的輻射畸變主要來自斑點 噪聲。 q q ® 在大多數(shù)情況下，像素覆蓋很多散射特性各異的散射單元，像素強度為這些散射單元返回信號的組合。每個散射元返回信號的相位各異，總體來看，組合后的像素強度具有隨機性。因此，雷達圖像呈現(xiàn)斑點，稱為斑點效應（現(xiàn)象、噪聲）。斑點噪聲消除實現(xiàn)u 線性調(diào)頻調(diào)制信號的傅立葉變換：復信號包含幅度和相位。只考慮幅度分量 頻譜。上、下限頻率間的幅度變化不大，幾乎為常數(shù)。上、下限頻率差稱為帶寬。線性調(diào)頻調(diào)制信號與其副本進行相關性操作，得到的壓縮脈

10、沖調(diào)頻調(diào)制信號越寬壓縮脈沖的頻帶越窄方位分辨率越高 。多視技術: 將接收線性調(diào)頻調(diào)制信號的頻譜分割若干段，每一部分稱為一個視。對每個視單獨進行相關性操作，得到與其相應的壓縮脈沖并生成子圖像。將所有的子圖像平均得到最終的SAR圖像，稱為多視SAR 圖像。多視圖像的獲得是以犧牲方位分辨率。雷達遙感中常見的三種散射機制表面散射：與光學成像中散射機制相似；地球表面或地物目標作為良好的散射界面對入射電磁波的散射；對干燥地球表面而言，入射微波能量可能在淺層表面發(fā)生透射、折射和散射。體散射：并非對于單一或幾個散射體；大量的散射單元對入射微波的綜合效應；如樹冠、雪地對微波的散射。強目標散射：有多種的強目標散射，角散射和面散；絕大部分的入射能量被反射回雷達天線；如人工建筑、船舶等的散射。體散射模型u 體散射建模為由各個散射元組成的隨機集合。 散射元均勻分布；u 散射元相互獨立；u 總體來看，散射體的散射行為獨立于入射角，并且無鏡像散射現(xiàn)象。體散射的去極化p 去極化：體散射誘導的異向極化。由于散射引起輸入輻射