微波遙感考點(diǎn)整理

1、成像雷達(dá)系統(tǒng)雙基雷達(dá)：發(fā)射與接收由不同天線(xiàn)完成；單基雷達(dá)：發(fā)射與接收共用一個(gè)天線(xiàn)。雷達(dá)成像幾何：微波傳感器，又稱(chēng)雷達(dá)天線(xiàn)，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(guò)程中，天線(xiàn)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(xiàn)接收，接收信號(hào)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(xiàn)：幅寬最接近地面軌跡的邊。遠(yuǎn)地距線(xiàn)：幅寬最遠(yuǎn)離地面軌跡的邊。天線(xiàn)覆蓋區(qū)：天線(xiàn)

2、波束射到地面的覆蓋區(qū)。視角：天線(xiàn)到地面的垂線(xiàn)與斜距方向的夾角。入射角：入射波與地面點(diǎn)的法線(xiàn)的夾角星下點(diǎn)：飛行器在地面的垂直投影點(diǎn)。衛(wèi)星高度：飛行器離開(kāi)地面的高度H。天線(xiàn)尺度：方位長(zhǎng)度la和垂直長(zhǎng)度lv。飛行器速度v。距分辨率：雷達(dá)系統(tǒng)分辨兩個(gè)相鄰的地面點(diǎn)的能力。如果說(shuō)地面點(diǎn)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(shí)間上沒(méi)有重疊。設(shè)Ar是地面點(diǎn)A、B在斜距方向的距離差，則兩者返回脈沖的時(shí)間差為：At=2Ar*cA-1,其中，c為光速。能夠分辨返回脈沖A和和B的時(shí)間差下限是：At=。，其中，。為脈沖寬度。CT_rr=m-;斜距分辨率：'2地距分辨率：2sinf?關(guān)于距分辨率當(dāng)

3、。=0,地距分辨率rg無(wú)窮大一采用側(cè)雷達(dá)的原因；地距和斜距分辨率均與搭載平臺(tái)的飛行高度H無(wú)關(guān)；地距分辨率與入射角0有關(guān)。近地距處的分辨率低于遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)雙側(cè)探測(cè)。改善地距分辨率理論上，增大入射角0能夠提高地距分辨率。入射角由搭載平臺(tái)的空間位置和景物地形地貌決定。實(shí)際上，很難通過(guò)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（t）,可以顯著改善地距分辨率。由此帶來(lái)的問(wèn)題：丁It輻射能量Jt雷達(dá)系統(tǒng)靈敏度保持相當(dāng)?shù)妮椛淠芰縯ATt電子系統(tǒng)琲以實(shí)現(xiàn).脈沖壓縮發(fā)射調(diào)頻寬脈沖，其頻率隨時(shí)間線(xiàn)性變化，稱(chēng)為線(xiàn)性調(diào)頻脈沖。返回的線(xiàn)性調(diào)頻脈沖與發(fā)

4、射線(xiàn)性調(diào)頻脈沖的副本經(jīng)相關(guān)器壓縮成窄脈沖。壓縮的窄脈沖的寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于發(fā)射脈沖的寬度。改善的距分辨率斜距分辨率：CTCr=2地距分辨率：CTC&_2sin6»-2fisin6»解決了發(fā)射功率與提高地距分辨率的矛盾。膿沖上縮實(shí)例X調(diào)頻率：q=1（PHz/sL脈沖寬度：=l調(diào)制脈沖的頻帶寬度：B=10NHzk脈沖壓縮比：l（P.壓縮脈沖寬度：r=10=102方位分辨率雷達(dá)天線(xiàn)沿飛行方向的寬度為la,沿該方向的波束張角：®無(wú)乙在斜距距離為R0處的地面點(diǎn)，天線(xiàn)覆蓋區(qū)沿方位方向的寬度為:ra決定了方位分辨率。如，地面目標(biāo)A和C的返回脈沖為同一脈沖，因此不可分辨；A和和

5、D返回脈沖為兩個(gè)不同的脈沖；A和B為在方位方向、R0處可分辨的距離最近的兩個(gè)地面目標(biāo)，即剛好返回兩個(gè)不同的脈沖。ra與R0有關(guān)，一ra與搭載平臺(tái)的飛行高度h有關(guān)。ra與與R0有關(guān)，一ra與地面目標(biāo)距星下點(diǎn)的距離rA有關(guān)一從近距點(diǎn)到遠(yuǎn)距點(diǎn)，方位分辨率逐漸降低。合成孔徑雷達(dá)利用天線(xiàn)的移動(dòng)合成一個(gè)虛擬長(zhǎng)天線(xiàn)。合成天線(xiàn)的長(zhǎng)度（孔徑）為實(shí)際天線(xiàn)第一次和最后一次探測(cè)某一地面點(diǎn)的時(shí)間間隔內(nèi)實(shí)際天線(xiàn)移動(dòng)的距離。 分析過(guò)程;天線(xiàn)發(fā)射連續(xù)的正弦信號(hào)T由于多普勒效應(yīng)和有限的信號(hào)作用時(shí)間T天線(xiàn)接收調(diào)頻脈沖T經(jīng)脈沖壓縮T獲得短時(shí)脈沖T決定方位分辨率. 實(shí)際上*天線(xiàn)發(fā)射調(diào)頻脈沖信號(hào)（Chirp）t天線(xiàn)接收反射的diirp

6、信號(hào)f壓縮接收的thirp信號(hào)為窄>in脈沖,其中心輔率為4T天線(xiàn)移動(dòng)誘導(dǎo)的藪率調(diào)制（chirpinG代表施加在壓縮的窄前ik脈沖的這些頻率的多普勒頻移 典型的發(fā)射chirp脈沖量復(fù)頻率為舒如過(guò)前悄說(shuō)如果天線(xiàn)'觀測(cè)'目標(biāo)的持續(xù)時(shí)間為3s,4MD個(gè)喊沖被目標(biāo)反射并被圖像接收T這些返回&lrp脈沖被壓縮后形成卒sine膿沖f可以看著連續(xù)信號(hào)的有限時(shí)間采樣.脈沖頻率約束頻率妁束：<prf<2Ssin8極限條件工=2-sin0天線(xiàn)妁束*H>4四皿6的麗地area之幽應(yīng)2v實(shí)際妁束工j=2N3s雷達(dá)干涉與光學(xué)成像不同，在雷達(dá)成像中雷達(dá)天線(xiàn)不僅可以記錄來(lái)自地

7、物反向散射信號(hào)的幅度，而且還可以記錄其相位。相位的測(cè)量使得利用干涉測(cè)量法進(jìn)行地形繪制成為可能。通過(guò)比較在同一地區(qū)成像的兩幅雷達(dá)圖像的相位，得到對(duì)應(yīng)像素的相位差，從而估計(jì)該像素在三維空間的相對(duì)位置，進(jìn)而估算其所對(duì)應(yīng)地面點(diǎn)的位置：緯度，經(jīng)度以及海拔高度。</(4)/</,(</(協(xié))x(4®/d/r)=4ffcos0/27?osin6其中夕為基線(xiàn).用正交基線(xiàn)怎=6cos。表示：d(A"dh4血/川?國(guó)n84n/fLcos0/AJhinO ERS-SAR:H=780km,X=0.056m,8=23。B=250in朔dh=0.169rad/m2萬(wàn)相位差相應(yīng)于大約3

8、7米的高程差。 干涉相位因子(InterferometricPhaseFactor)a”=/r/d(A，) 給定點(diǎn)(mj。的高程(Elevation)j)=az2'+constant相位纏繞和相位解纏相位糾纏(Wrapping)嚴(yán)格地講，干涉圖像一般記錄“x，F(xiàn))=6瓦卬(加出的實(shí)部，即i(x.j)-|p|2Rccxp(A)-p|2cos(/A盡管由地形起伏誘導(dǎo)的干涉相位差”具有很大的動(dòng)態(tài)范圍，但由于正弦函數(shù)的周期為2不因此，由干涉圖像得到的干涉相位差被限制在0,2加，不能反映真實(shí)干涉相位差的變化.ERS-SAR,"=780km.2=0.056m,8=23，B、=250mtd

9、(A削dh=0.169rad/m-»=0，+constant=A/0.169»假設(shè)constant=0。從近地距開(kāi)始有一高74m的斜坡根據(jù)A=A，/0.169,該斜坡對(duì)應(yīng)|0.4加的干涉相位差，其中在高程37m處的干涉相位差為2席.由于干涉圖像將接收的干涉相位差限制為|0,2加，所以|2照4足的實(shí)際干涉相位差被限定為0,2加，這種現(xiàn)象稱(chēng)為相位糾纏(phaseHipping)由于相位糾纏，不可能直接由干涉圖像恢復(fù)地球表面高程。Bulcfis'6為2。cos?LCRmCAL"/sinH2。cos20方位分辨率：ra=la/2（與入射角及地距距離無(wú)關(guān)。圖像顯示基

10、于大小相同的像素，均勻分布在格點(diǎn)上。地球表面細(xì)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(dāng)入射角變化很大時(shí)（機(jī)載成像雷達(dá)系統(tǒng)）有很大的影響。近地距壓縮特點(diǎn)與光學(xué)成像系統(tǒng)不同。光學(xué)圖像的壓縮發(fā)生在遠(yuǎn)地距端。現(xiàn)象在圖像的兩端。在地距方向各點(diǎn)方位分辨率相同,近地距壓縮對(duì)雷達(dá)圖像在視覺(jué)上光學(xué)成像系統(tǒng)采用雙側(cè)掃描，壓縮八一Ad-cos'0AH2&_aHBvsin6_JIB禺tan02?;<otdccos10c幾何畸變及其校正近地距壓縮畸變（通過(guò)使用斜距圖像校正）地距分辨率：rg=c/2Bsin0（隨著入射角的增加，地距方向上分辨率提高。）高塔雷達(dá)成像；以天線(xiàn)為中心畫(huà)同心圓,

11、信號(hào)。天線(xiàn)接收塔頂端T的回聲雷達(dá)圖像近地距壓縮校正，可以采用數(shù)學(xué)上入射角補(bǔ)償或重采用方法。實(shí)際上，很難恢復(fù)近地距壓縮帶來(lái)的細(xì)節(jié)丟失。疊掩圓上各點(diǎn)有相同的斜距，在相同時(shí)間內(nèi)返回散射先于底端B的回聲。從圖像上的塔TB疊這種畸變模式稱(chēng)為疊掩。山坡成像利用同心圓成像原理；前坡被壓縮；后坡被拉伸；峰點(diǎn)向天線(xiàn)方向位移；這種畸變稱(chēng)為地形起伏移位畸變。地形起伏移位畸變幾何*設(shè)視角金前坡角小入射角序&=a+%*當(dāng)。不變，n越大，頂點(diǎn)位移越大，前俄縮曜越嚴(yán)重CFore勃arfecnin囂值越?。?當(dāng)B增大到一定程度時(shí)，將會(huì)發(fā)生疊掩B當(dāng)。不變,/越4、，頂點(diǎn)位移越大，前坡縮誡述嚴(yán)重.地形起伏移位畸變導(dǎo)致圖像

12、亮度的變化;前坡入射角變小，前坡變亮后坡入射角變大，后坡變暗典型地形起伏移位畸變.山區(qū)機(jī)榔4R圖像.寄送液由右向左眼射樂(lè)視覺(jué)上看山體*倒向”雷達(dá)方向.越向近距方向山坡位稗越嚴(yán)卓,圖像底部發(fā)生量掩.幾何畸變及其校正地形起伏移位畸變分析*SFASA1SARffitt：PinaAlnun，uininNorthCarolina-宙達(dá)波的視向Chiukdircvliiin）可以由亮坡的位置決定，雷達(dá)平臺(tái)位于垂直于細(xì)長(zhǎng)亮坡的方位.,雷達(dá)平臺(tái)位于圖像的石黃.實(shí)際山體可能有幾乎時(shí)稱(chēng)的兩個(gè)坡面°但圖像中的山體看起來(lái)依右方而且更像是懸雇，而左向的山狼更顯平縫丁遮蔽（陰影）：雷達(dá)圖像中遮蔽畸變?yōu)椴豢尚Ｕ?/p>

13、變；發(fā)生在遠(yuǎn)地距端，大入射角情況下。地形起伏較小區(qū)域的幾何校正疊掩畸變、地形起伏移位畸變可以忽略；主要的幾何畸變類(lèi)型包括：近地距壓縮畸變，由飛行器飛行高度、航線(xiàn)、飛行姿態(tài)變化引起的畸變，地球曲率變化引起的畸變；校正方法：利用有關(guān)入射角、入射角在地距方向上的變化等相關(guān)知識(shí)，選擇合適的地面控制點(diǎn)，構(gòu)造映射多項(xiàng)式進(jìn)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(dá)圖像中造成地面點(diǎn)移向近地端；地距位移：Ar=hcot0,。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(qiáng)烈?；跀?shù)字地形圖的幾何校正：DTM一找到與像素點(diǎn)匹配的地面點(diǎn)及與之相應(yīng)的高程一像素高程分布一計(jì)算與像素

14、點(diǎn)相應(yīng)的局部入射角。一Ar=hcot0一重新定位像素位置輻射畸變指遙感傳感器在接收來(lái)自地物的電磁波輻射能時(shí)，電磁波在大氣層中傳輸和傳感器測(cè)量中受到遙感傳感器本身特性、地物光照條件（地形影響和太陽(yáng)高度角影響）以及大氣作用等影響，而導(dǎo)致的遙感傳感器測(cè)量值與地物實(shí)際的光譜輻射率的不一致。雷達(dá)圖像的輻射畸變主要來(lái)自斑點(diǎn)噪聲。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(qiáng)度為這些散射單元返回信號(hào)的組合。每個(gè)散射元返回信號(hào)的相位各異，總體來(lái)看，組合后的像素強(qiáng)度具有隨機(jī)性。因此，雷達(dá)圖像呈現(xiàn)斑點(diǎn)，稱(chēng)為斑點(diǎn)效應(yīng)（現(xiàn)象、噪聲）。斑點(diǎn)噪聲消除實(shí)現(xiàn)線(xiàn)性調(diào)頻調(diào)制信號(hào)的傅立葉變換：復(fù)信號(hào)包含幅度和相位。只考

15、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(chēng)為帶寬。線(xiàn)性調(diào)頻調(diào)制信號(hào)與其副本進(jìn)行相關(guān)性操作，得到的壓縮脈沖調(diào)頻調(diào)制信號(hào)越寬一壓縮脈沖的頻帶越窄一方位分辨率越高。多視技術(shù)：將接收線(xiàn)性調(diào)頻調(diào)制信號(hào)的頻譜分割若干段，每一部分稱(chēng)為一個(gè)視。對(duì)每個(gè)視單獨(dú)進(jìn)行相關(guān)性操作，得到與其相應(yīng)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(chēng)為多視SAR圖像。多視圖像的獲得是以犧牲方位分辨率。雷達(dá)遙感中常見(jiàn)的三種散射機(jī)制表面散射：與光學(xué)成像中散射機(jī)制相似；地球表面或地物目標(biāo)作為良好的散射界面對(duì)入射電磁波的散射；對(duì)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

16、和散射。體散射：并非對(duì)于單一或幾個(gè)散射體；大量的散射單元對(duì)入射微波的綜合效應(yīng)；如樹(shù)冠、雪地對(duì)微波的散射。強(qiáng)目標(biāo)散射：有多種的強(qiáng)目標(biāo)散射，角散射和面散；絕大部分的入射能量被反射回雷達(dá)天線(xiàn);如人工建筑、船舶等的散射。表面散射o散射模型漫散射模型:幅射能量以入射角內(nèi)入軌在以方向的散射系數(shù)工療"/血）=仃：25日3日反向散射附；81反向散射系數(shù)為：）=o,JJcos'9其中，鼻。垂直入射時(shí)的反向散射系數(shù)，與極化無(wú)關(guān).微擾模型(SPM=smallperturbationmodel)又稱(chēng)為布拉格模型(Braggmodel)；描述輕度粗糙表面的散射特性口散射系數(shù)：6,=0；(。)+d(陰半

17、經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?SEM=semi-empinealmodel)：適用于大部分的粗糙衰面情況.建立廣義的理論模型，由實(shí)驗(yàn)測(cè)度投合理論模型中的某些項(xiàng).VV散射模型*=矍1詈由f+gfk=0；卜_呻-0.附腦廠rldarIIHTW4T4A刑酎金AHfetdonOi為仲冉fit43*P-ebrfidSGkllwiriQ體散射模型體散射建模為由各個(gè)散射元組成的隨機(jī)集合。散射元均勻分布；散射元相互獨(dú)立；總體來(lái)看，散射體的散射行為獨(dú)立于入射角，并且無(wú)鏡像散射現(xiàn)象。體散射的去極化去極化：體散射誘導(dǎo)的異向極化。由于散射引起輸入輻射的極化矢量的某種程度上的旋轉(zhuǎn)。電磁波照射導(dǎo)電圓柱，假設(shè)圓柱足夠細(xì)。如果電場(chǎng)極化方向與細(xì)圓

18、柱垂直，該電場(chǎng)不會(huì)在導(dǎo)電圓柱內(nèi)感應(yīng)電流。圓柱不會(huì)對(duì)電場(chǎng)產(chǎn)生影響。如果入射電場(chǎng)的極化方向與細(xì)圓柱平行。電場(chǎng)一感應(yīng)電流一輻射電場(chǎng)一疊加原電場(chǎng)一產(chǎn)生異向極化。如果圓柱足夠粗，無(wú)論入射電場(chǎng)方向如何都會(huì)產(chǎn)生去極化現(xiàn)象；上述分析對(duì)絕緣體情況依然成立； 橋面的直接反射f底頂位移(layover)； 雙面反射發(fā)生于橋和水面i 多次反射：橋T水面T橋f雷達(dá)。布拉格散射(Braggscattering)O在周期性起伏的地球表面的反射。/表面起伏的空間波長(zhǎng)，。入射角。X/反向放射將發(fā)生在一些/特定點(diǎn)并且周期排列；丫、兩個(gè)相鄰散射點(diǎn)的斜距!一:距離為X=/sin。，兩者«<»»tinjcig的回波相差生詈周期性排列的垂直于入射波的組散