第4章遙感傳感器及其原理B-微波遙感與成像(3)

1、123微波波段毫米波厘米波分米波0.1-1.0mm0.1-1.0cm0.1-1.0mKaK,Ku,X,C,SS,L,P4常見(jiàn)雷達(dá)衛(wèi)星載波常見(jiàn)雷達(dá)衛(wèi)星載波5衛(wèi)星衛(wèi)星發(fā)射發(fā)射波段波段波長(zhǎng)波長(zhǎng)(CM)頻率頻率(GHZ)SEASAT1978L23.51.275SIR-A1981L23.51.278SIR-B1984L23.41.282SIR-C/X-SAR1994L/C/X23.5/5.8/3.1Lacrosse1988L、X23.5/3.01.278/10ALMAZ1991L103.1ERS-1/21991/1995C5.75.25JERS-11992L23.51.275RADARSAT-11995

2、C5.75.25XSAR/SRTM2000C5.75.25ENVISAT2002C5.75.25ALOS PALSAR2005L23.51.275RADARSAT-22005C5.75.25COSMO Sky-med2007X3.110Terra SAR-X2009X3.110微波輻射的特征微波輻射的特征-疊加疊加6p 當(dāng)兩列波在同一空間傳當(dāng)兩列波在同一空間傳播時(shí)，空間上各點(diǎn)的振動(dòng)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。為各列波單獨(dú)振動(dòng)的合成。p 任何復(fù)雜的電磁波都可任何復(fù)雜的電磁波都可以分解成許多比較簡(jiǎn)單的以分解成許多比較簡(jiǎn)單的電磁波；電磁波；p 比較簡(jiǎn)單的電磁波也可比較簡(jiǎn)單的電磁波也

3、可以合成為復(fù)雜的電磁波。以合成為復(fù)雜的電磁波。（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 ）微波輻射的特征微波輻射的特征相干相干7 由兩個(gè)(或兩個(gè)以上)頻率頻率、振動(dòng)振動(dòng)方向相同方向相同，相位相同或相位差恒相位相同或相位差恒定定的電磁波在空間疊加時(shí)，合成波振幅為各個(gè)波的振幅的矢量和。因此，會(huì)出現(xiàn)交疊區(qū)某些地方振動(dòng)加強(qiáng)，某些地方振動(dòng)減弱或完全抵消的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象稱為干涉干涉。產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的電磁波稱為相干波。電波天線正是利用電磁波的相干性制成的。正因?yàn)槲⒉ǖ南喔尚?，微波雷達(dá)圖像的像片上會(huì)出現(xiàn)顆顆粒狀或斑點(diǎn)狀的特征粒狀或斑點(diǎn)狀的特征，這是一般非相干的可見(jiàn)光像片所沒(méi)有的，也是對(duì)解譯很

4、有意義的信息。微波輻射的特征微波輻射的特征-偏振與極化偏振與極化8極化極化即電場(chǎng)振動(dòng)方向的即電場(chǎng)振動(dòng)方向的變化趨勢(shì)，變化趨勢(shì)，線極化線極化是電是電場(chǎng)矢量方向不隨時(shí)間變場(chǎng)矢量方向不隨時(shí)間變化的情況，分為化的情況，分為水平極水平極化化和和垂直極化垂直極化。9HH - for horizontal transmit and horizontal receive, VV - for vertical transmit and vertical receive, HV - for horizontal transmit and vertical receive, and VH - for vertica

5、l transmit and horizontal receive.極化的概念和極化類(lèi)型極化的概念和極化類(lèi)型水平極化水平極化：電磁波的電：電磁波的電場(chǎng)矢量與入射面垂直場(chǎng)矢量與入射面垂直(入射波入射波與目標(biāo)表面入射波處的法線與目標(biāo)表面入射波處的法線所組成的平面所組成的平面)。垂直極化垂直極化：電磁波的電：電磁波的電場(chǎng)矢量與入射面平行。場(chǎng)矢量與入射面平行。10。微波輻射的特征微波輻射的特征-多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)13電磁波因輻射源（或者觀察者）相對(duì)于傳播介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，而使電磁波因輻射源（或者觀察者）相對(duì)于傳播介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，而使觀察者接受到的頻率發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為觀察者接受到的頻率發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱

6、為多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)。 類(lèi)似聲波的多普勒效應(yīng)。類(lèi)似聲波的多普勒效應(yīng)。 -（合成孔徑雷達(dá)的工作原理）（合成孔徑雷達(dá)的工作原理）多普勒效應(yīng)不僅僅適用于聲波多普勒效應(yīng)不僅僅適用于聲波,它也適用于所有類(lèi)型的波，包括電磁波?？扑策m用于所有類(lèi)型的波，包括電磁波?？茖W(xué)家愛(ài)德文學(xué)家愛(ài)德文哈勃（哈勃（Edwin Hubble）使用多普勒效應(yīng)得出宇宙正在膨脹的結(jié)）使用多普勒效應(yīng)得出宇宙正在膨脹的結(jié)論。他發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)離銀河系的天體發(fā)射的光線頻率變低論。他發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)離銀河系的天體發(fā)射的光線頻率變低,即移向光譜的紅端，稱即移向光譜的紅端，稱為為紅移紅移，天體離開(kāi)銀河系的速度越快紅移越大，這說(shuō)明這些天體在遠(yuǎn)離銀，天體離開(kāi)銀河系

7、的速度越快紅移越大，這說(shuō)明這些天體在遠(yuǎn)離銀河系。反之，如果天體正移向銀河系，則光線會(huì)發(fā)生河系。反之，如果天體正移向銀河系，則光線會(huì)發(fā)生藍(lán)移藍(lán)移。141）、）、能全天候、全天時(shí)工作能全天候、全天時(shí)工作2 2）、對(duì)某些地物具有特殊的微波特征：）、對(duì)某些地物具有特殊的微波特征：在微波波段，水的比輻射率為在微波波段，水的比輻射率為0.40.4，冰的，冰的比輻射率為比輻射率為0.990.99；而在紅外波段，水的比；而在紅外波段，水的比輻射率為輻射率為0.960.96，冰的比輻射率為，冰的比輻射率為0.920.92。3 3）、對(duì)冰、雪、森林、土壤等具有一定）、對(duì)冰、雪、森林、土壤等具有一定穿透能力。穿透能

8、力。 4 4）、對(duì)海洋遙感具有特殊意義：）、對(duì)海洋遙感具有特殊意義：適合于海面動(dòng)態(tài)情況（海面風(fēng)、海浪等）適合于海面動(dòng)態(tài)情況（海面風(fēng)、海浪等）的觀測(cè)的觀測(cè) 5 5）、分辨率較低，但特性明顯。）、分辨率較低，但特性明顯。 15全天候全天候/全天時(shí)工作能力全天時(shí)工作能力CSX 對(duì)云的透過(guò)性對(duì)云的透過(guò)性（全球日平均云層覆（全球日平均云層覆蓋率為蓋率為40%-60%） 對(duì)雨的透過(guò)性對(duì)雨的透過(guò)性（當(dāng)波長(zhǎng)大于（當(dāng)波長(zhǎng)大于3cm、 大雨傾盆的地區(qū)、大雨傾盆的地區(qū)、 對(duì)微波影響很?。?duì)微波影響很?。?白天晚上工作白天晚上工作一定的穿透性Surface penetration capabilities 穿透深度與

9、穿透深度與 土壤濕度、土壤濕度、 頻率、土壤頻率、土壤 類(lèi)型的關(guān)系類(lèi)型的關(guān)系對(duì)干沙可以穿透對(duì)干沙可以穿透幾十米，對(duì)冰層幾十米，對(duì)冰層能穿透能穿透100m左右左右LCX1617Landsat andSIR-A imagesof Selimasand sheet,N.W. Sudanpenetrationof clouds18 成像雷達(dá)是工作于微波波段，一方面大氣對(duì)電磁波的衰減與電磁波有關(guān)，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，衰減越小。（a）TM影像（b）SAR影像19SIR-A測(cè)繪沙特阿拉伯古河道（測(cè)繪沙特阿拉伯古河道（1981年）年）Shuttle Imaging Radar不同于可見(jiàn)光和紅外的獨(dú)特探測(cè)能力不同于可見(jiàn)光

10、和紅外的獨(dú)特探測(cè)能力 微波高度計(jì)：大地水準(zhǔn)面測(cè)量，內(nèi)波，海面風(fēng)微波高度計(jì)：大地水準(zhǔn)面測(cè)量，內(nèi)波，海面風(fēng)場(chǎng)，海浪高度測(cè)量場(chǎng)，海浪高度測(cè)量 合成孔徑雷達(dá)：內(nèi)波，海底地形，海洋溢油，合成孔徑雷達(dá)：內(nèi)波，海底地形，海洋溢油，艦只潛航尾跡，相位變化測(cè)量艦只潛航尾跡，相位變化測(cè)量20相位測(cè)量相位測(cè)量-合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量 SRTM全球地形三維測(cè)量 Landers地震同震形變場(chǎng)Soufriere Hills volcano,Montserrat，UKLanders earthquake1992，natureSRTM全球地形三維測(cè)量全球地形三維測(cè)量航天飛機(jī)雷達(dá)地形測(cè)繪任務(wù)航天飛機(jī)雷達(dá)地形測(cè)

11、繪任務(wù)Shuttle Radar Topography Mission2000年2月11日，11天生成全球80%陸地表面DEM（30m,16m）和SAR圖像（30m），完成 了人類(lèi)有文明以來(lái)5000年未能完成的使命。2324主動(dòng)方式主動(dòng)方式被動(dòng)方式被動(dòng)方式1、雷達(dá)（側(cè)視雷達(dá)）：成像、雷達(dá)（側(cè)視雷達(dá)）：成像2、微波高度計(jì)微波高度計(jì)：不成像：不成像3、微波散射計(jì)微波散射計(jì)：不成像：不成像1、微波輻射計(jì)：成像、微波輻射計(jì)：成像2、微波散射計(jì)微波散射計(jì)：不成像：不成像微波散射計(jì)微波散射計(jì)：測(cè)量地物的散射或反射特性：測(cè)量地物的散射或反射特性微波高度計(jì)微波高度計(jì)：測(cè)量目標(biāo)物與遙感平臺(tái)間的距離，從而準(zhǔn)確：測(cè)

12、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)。得知地表高度變化，海浪的高度等參數(shù)。25微波散射計(jì)微波散射計(jì) 測(cè)量地特表面（或體積）的散射或反射特征。測(cè)量地特表面（或體積）的散射或反射特征。組成：微波發(fā)射器、天線、微波接收機(jī)、檢組成：微波發(fā)射器、天線、微波接收機(jī)、檢波器和數(shù)據(jù)積分器。波器和數(shù)據(jù)積分器。測(cè)量散射特性隨雷達(dá)波束入射角、極化、波測(cè)量散射特性隨雷達(dá)波束入射角、極化、波長(zhǎng)變化的規(guī)律。長(zhǎng)變化的規(guī)律。只要能精確測(cè)量目標(biāo)信號(hào)強(qiáng)度的雷達(dá)，都可只要能精確測(cè)量目標(biāo)信號(hào)強(qiáng)度的雷達(dá)，都可稱做散射計(jì)。稱做散射計(jì)。散射計(jì)-小麥散射計(jì)-玉米散射計(jì)-海風(fēng)散射計(jì)-積雪地基微波散射計(jì)應(yīng)用實(shí)例

13、地基微波散射計(jì)應(yīng)用實(shí)例 27微波輻射計(jì)微波輻射計(jì) 微波輻射計(jì)主要用于探測(cè)地面各點(diǎn)的主要用于探測(cè)地面各點(diǎn)的亮度溫度亮度溫度并生成亮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)度其發(fā)射強(qiáng)度與自身的亮度溫度有關(guān)。通過(guò)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)掃描接收這些信號(hào)并換算成對(duì)應(yīng)的亮度溫度圖的亮度溫度圖 , 對(duì)地面物體狀況的探測(cè)很有意義。對(duì)地面物體狀況的探測(cè)很有意義。亮度溫度是指輻射出與被測(cè)物體相等的輻射能量的黑體的溫度。是指輻射出與被測(cè)物體相等的輻射能量的黑體的溫度。FY-3微波輻射計(jì)微波輻射計(jì)29側(cè)視雷達(dá)側(cè)視雷

14、達(dá) 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。有可能區(qū)分目標(biāo)的不同部位。 側(cè)視雷達(dá)在隨飛行器前進(jìn)過(guò)程中，向側(cè)視雷達(dá)在隨飛行器前進(jìn)過(guò)程中，向垂直于航線方向（垂直于航線方向（距離向距離向range）發(fā)）發(fā)射一個(gè)很窄的波束，這個(gè)波束在航行射一個(gè)很窄的波束，這個(gè)波束在航行方向（方向（方位向方位向azimuth）上很窄，在）上很窄，在距離方向上很寬，覆蓋了地面上很窄距離方向上很寬，覆蓋了地面上很窄的

15、條帶。的條帶。 波束從飛行器較近的距離（波束從飛行器較近的距離（近距點(diǎn)近距點(diǎn)）照射到離飛行器較遠(yuǎn)的距離（照射到離飛行器較遠(yuǎn)的距離（遠(yuǎn)距點(diǎn)遠(yuǎn)距點(diǎn)）。）。 每個(gè)波束，由以一定時(shí)間間隔（每個(gè)波束，由以一定時(shí)間間隔（脈沖脈沖寬度寬度）的具有特定波長(zhǎng)的微波脈沖組）的具有特定波長(zhǎng)的微波脈沖組成。成。30側(cè)視雷達(dá)（側(cè)視雷達(dá)（SLR）工作原理）工作原理 雷達(dá)發(fā)射器通過(guò)天線在很短的微秒級(jí)時(shí)間內(nèi)發(fā)射一束能量很雷達(dá)發(fā)射器通過(guò)天線在很短的微秒級(jí)時(shí)間內(nèi)發(fā)射一束能量很強(qiáng)的脈沖波，當(dāng)遇到地面物體時(shí)，被反射回來(lái)的信號(hào)再被天線強(qiáng)的脈沖波，當(dāng)遇到地面物體時(shí)，被反射回來(lái)的信號(hào)再被天線接收。接收。 由于系統(tǒng)與地物距離不同，同時(shí)發(fā)出的

16、脈沖，接收的由于系統(tǒng)與地物距離不同，同時(shí)發(fā)出的脈沖，接收的時(shí)間不同。時(shí)間不同。 目標(biāo)目標(biāo)由近到遠(yuǎn)由近到遠(yuǎn)地記錄在顯示器、膠片上。由于是地記錄在顯示器、膠片上。由于是距離成像距離成像，目標(biāo)實(shí)際地面距離（目標(biāo)實(shí)際地面距離（地距地距）大于記錄在顯示器、膠片上的距離）大于記錄在顯示器、膠片上的距離（斜距斜距）。）。31側(cè)視雷達(dá)（側(cè)視雷達(dá)（SLR）工作原理）工作原理平臺(tái)向前飛行，天線交替發(fā)射和接收雷達(dá)脈沖；在波束寬度范圍內(nèi)，平臺(tái)向前飛行，天線交替發(fā)射和接收雷達(dá)脈沖；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)

17、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)。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)。32側(cè)視雷達(dá)（側(cè)視雷達(dá)（SLR）工作原理）工作原理側(cè)視雷達(dá)工作原理側(cè)視雷達(dá)工作原理有關(guān)術(shù)語(yǔ)有關(guān)術(shù)語(yǔ)A：飛行方向；：飛行方向；B：天底方向：天底方向E：方位向；：方位向；D：距離向；：距離向；C：掃描寬度：掃描寬度A：入射角; B：視角; C：斜距; D：地距;：俯角33側(cè)視雷達(dá)（側(cè)視雷達(dá)（SLR）工作原理）工作原理側(cè)視雷達(dá)工作原理側(cè)視雷達(dá)工作原理距離分辨力距離分辨力Pg在側(cè)視方向的分辨率在側(cè)視方向的分辨率距離分辨率距離分辨率 Pg=c /2cos 脈沖持續(xù)期脈沖持續(xù)期(脈沖寬度脈沖寬度

18、)， 俯角俯角，c光速光速俯角俯角 越大，越大， Pg越大，分辨率越越大，分辨率越低低即：距離越近，距離向分辨率即：距離越近，距離向分辨率越低。越低。A: 近射程(near range); B: 遠(yuǎn)射程(far range)34側(cè)視雷達(dá)（側(cè)視雷達(dá)（SLR）工作原理）工作原理3536側(cè)視雷達(dá)（側(cè)視雷達(dá)（SLR）工作原理）工作原理沿航線方向的分辨率沿航線方向的分辨率方位分辨率、沿跡分辨率方位分辨率、沿跡分辨率 Pa= *R波束波束波瓣角波瓣角， R天線到該像元的傾斜距離天線到該像元的傾斜距離= /l, 波長(zhǎng)，波長(zhǎng)， l天線長(zhǎng)度天線長(zhǎng)度 Pa = ( /l)*R天線越長(zhǎng)，天線越長(zhǎng)， Pa越小，方位分

19、辨率越高越小，方位分辨率越高距離越近，方位分辨率越高；與距離向分辨率變化規(guī)律相反。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。提高方位分辨率提高方位分辨率加大天線孔徑，波長(zhǎng)較短電磁波，縮短觀測(cè)距離加大天線孔徑，波長(zhǎng)較短電磁波，縮短觀測(cè)距離合成孔徑技術(shù)合成孔徑技術(shù)。方位分辨力方位分辨力Pa 對(duì)于一部機(jī)載雷達(dá)對(duì)于一部機(jī)載雷達(dá),假設(shè)其脈寬為假設(shè)其脈寬為100納秒納秒,飛行高度為飛行高度為5千米千米,天線波束寬度為天線波束寬度為3毫弧毫弧(也就是說(shuō)其天線孔徑長(zhǎng)約為也就是說(shuō)其天線孔徑長(zhǎng)約為波長(zhǎng)的波長(zhǎng)的300多倍多倍,如對(duì)如對(duì)X波段雷達(dá)波段雷達(dá),波長(zhǎng)為波長(zhǎng)為3cm,天線長(zhǎng)為天線長(zhǎng)為9m),可以算

20、出斜距分辨率可以算出斜距分辨率Rr約為約為15m,Ra方位向分辨率方位向分辨率在在45角入射時(shí)為角入射時(shí)為23m。 將其裝在飛行高度為將其裝在飛行高度為500千米的衛(wèi)星上千米的衛(wèi)星上,則方位向分辨率則方位向分辨率在在45角入射時(shí)退化為角入射時(shí)退化為2.3千米。如果要通過(guò)減小天線千米。如果要通過(guò)減小天線波束寬來(lái)改善方位分辨率波束寬來(lái)改善方位分辨率, 在技術(shù)上是非常困難的在技術(shù)上是非常困難的,因此因此真實(shí)孔徑雷達(dá)只能是機(jī)載的。真實(shí)孔徑雷達(dá)只能是機(jī)載的。Rr = (10010-93108)/2 = 15mRa = (3/900) 5000/cos45 = 23m37=波束之脈沖時(shí)間越小，距離向分辨率

21、距離向分辨率越高，但太小則發(fā)射功率下降，降低后向散射的信噪比脈沖壓縮技術(shù)脈沖壓縮技術(shù)理論上增加孔徑D就可以提高方位向分方位向分辨率辨率，但實(shí)際上難以實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榭讖降拇笮Q定了天線幾何尺寸的大小合成孔徑技術(shù)合成孔徑技術(shù)=38側(cè)視雷達(dá)方位向分辨率 Pa = ( / l)*R側(cè)視雷達(dá)地距向分辨率 Pg=c /2cos側(cè)視雷達(dá)斜距向分辨率 Pr=c /239合成孔徑雷達(dá)合成孔徑雷達(dá) 合成孔徑雷達(dá)與側(cè)視雷達(dá)類(lèi)似合成孔徑雷達(dá)與側(cè)視雷達(dá)類(lèi)似 , 也是在也是在飛機(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)射和接直的側(cè)面發(fā)射信號(hào)。所不同的是將發(fā)射和接

22、收天線分成許多小單元收天線分成許多小單元 , 每一單元發(fā)射和接每一單元發(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。錄的回波相位和強(qiáng)度都不同。目的目的：提高微波影像在飛行方向的分辨率。：提高微波影像在飛行方向的分辨率。原理原理：用一個(gè)用一個(gè)短的天線短的天線產(chǎn)生產(chǎn)生長(zhǎng)孔徑天線長(zhǎng)孔徑天線的效果。即用一個(gè)小的效果。即用一個(gè)小天線沿一直線方向不斷移動(dòng)，在移動(dòng)中每一個(gè)位置發(fā)射一個(gè)信天線沿一直線方向不斷移動(dòng)，在移動(dòng)中每一個(gè)位置發(fā)射一個(gè)信號(hào)，接收相應(yīng)發(fā)射位置的回波信號(hào)，同時(shí)存儲(chǔ)相位和振幅。當(dāng)號(hào)，接收相應(yīng)發(fā)射位置的回波信號(hào)，同時(shí)存儲(chǔ)相位和振幅。當(dāng)

23、天線移動(dòng)了一段距離天線移動(dòng)了一段距離L之后，存儲(chǔ)的信號(hào)和長(zhǎng)度為之后，存儲(chǔ)的信號(hào)和長(zhǎng)度為L(zhǎng)的天線陣的天線陣列所接收的信號(hào)非常相似。列所接收的信號(hào)非常相似。40利用短的天線，通過(guò)飛行平臺(tái)的移動(dòng)及信號(hào)數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生很利用短的天線，通過(guò)飛行平臺(tái)的移動(dòng)及信號(hào)數(shù)據(jù)處理，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。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。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)度在不同位置接收同一地物的

24、回波信號(hào)，信號(hào)得到的時(shí)間不同，相位和強(qiáng)度不同，形成相干影像。經(jīng)過(guò)復(fù)雜的處理，得到地面的實(shí)際影像。不同，形成相干影像。經(jīng)過(guò)復(fù)雜的處理，得到地面的實(shí)際影像。41SAR在每一個(gè)位置都記錄回波信號(hào)，在每一個(gè)位置都記錄回波信號(hào)，針對(duì)同一地物，目標(biāo)和飛行器間距針對(duì)同一地物，目標(biāo)和飛行器間距離不同、相位不同、強(qiáng)度不同，此離不同、相位不同、強(qiáng)度不同，此外還要產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，頻率也會(huì)外還要產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，頻率也會(huì)發(fā)生變化。發(fā)生變化。處理器針對(duì)不同的相位進(jìn)行相移補(bǔ)處理器針對(duì)不同的相位進(jìn)行相移補(bǔ)償（聚焦補(bǔ)償，補(bǔ)償不同位置之間償（聚焦補(bǔ)償，補(bǔ)償不同位置之間的相位差異），再將每個(gè)位置接收的相位差異），再將每個(gè)位置接收的

25、信號(hào)疊加起來(lái)，就形成了最終的的信號(hào)疊加起來(lái)，就形成了最終的合成孔徑雷達(dá)信號(hào)。合成孔徑雷達(dá)信號(hào)。理論計(jì)算表明，合成孔徑雷達(dá)在沿航跡方向的分辨率為： ra =l/2 l為小天線的真實(shí)長(zhǎng)度。4243 斜距顯示的距離壓縮 側(cè)視雷達(dá)陰影 側(cè)視雷達(dá)透視收縮 側(cè)視雷達(dá)疊掩距離壓縮原理示意圖 雷達(dá)的雷達(dá)的地距地距與與斜距斜距圖像圖像 距離分辨率距離分辨率：脈沖寬度、波：脈沖寬度、波速一定時(shí)，距離分辨率與雷速一定時(shí)，距離分辨率與雷達(dá)俯角或當(dāng)?shù)厝肷浣怯嘘P(guān)。達(dá)俯角或當(dāng)?shù)厝肷浣怯嘘P(guān)。 地距地距A=B=C，在斜距圖像上，在斜距圖像上 A1 = Acos a B1= Bcos b 影響回波能量影響回波能量波長(zhǎng)不同，復(fù)介電

26、常數(shù)不同波長(zhǎng)不同，復(fù)介電常數(shù)不同-影響目標(biāo)反射能力和電影響目標(biāo)反射能力和電磁波穿透力磁波穿透力當(dāng)波長(zhǎng)為當(dāng)波長(zhǎng)為1cm時(shí)，大多數(shù)表面是粗糙面，當(dāng)波長(zhǎng)為時(shí)，大多數(shù)表面是粗糙面，當(dāng)波長(zhǎng)為1m時(shí)，很少表面是粗糙面。時(shí)，很少表面是粗糙面。當(dāng)波長(zhǎng)為當(dāng)波長(zhǎng)為1cm時(shí)，穿透力很弱，當(dāng)波長(zhǎng)為時(shí)，穿透力很弱，當(dāng)波長(zhǎng)為1m時(shí)，對(duì)濕時(shí)，對(duì)濕土穿透力為土穿透力為0.3m,而對(duì)干燥土壤穿透力為而對(duì)干燥土壤穿透力為1m。2)、波長(zhǎng)、波長(zhǎng) 入射角的變化可改變分辨單元的面積入射角的變化可改變分辨單元的面積A。 入射角變化影響平均散射系數(shù)入射角變化影響平均散射系數(shù)0（）3)、入射角、入射角cos)0()(00ERS-1s sma

27、ller look angle of 23 degrees compared to JERS-1s look angle of 36 degrees.65 組成地物目標(biāo)的物質(zhì)性質(zhì)對(duì)雷達(dá)回波的影響是很大的，這一組成地物目標(biāo)的物質(zhì)性質(zhì)對(duì)雷達(dá)回波的影響是很大的，這一性質(zhì)主要表現(xiàn)為性質(zhì)主要表現(xiàn)為復(fù)介電常數(shù)復(fù)介電常數(shù)，一般說(shuō)來(lái)，復(fù)介電常數(shù)越高，反，一般說(shuō)來(lái)，復(fù)介電常數(shù)越高，反射雷達(dá)波束的作用越強(qiáng)，穿透作用越小。射雷達(dá)波束的作用越強(qiáng)，穿透作用越小。 復(fù)介電常數(shù)由表示復(fù)介電常數(shù)由表示介電常數(shù)的實(shí)部介電常數(shù)的實(shí)部和和表示損耗因子的虛部表示損耗因子的虛部組組成。所謂損耗因子是指電磁波在傳輸過(guò)程中的損耗或衰減，它

28、成。所謂損耗因子是指電磁波在傳輸過(guò)程中的損耗或衰減，它與物質(zhì)的傳導(dǎo)率有關(guān)。與物質(zhì)的傳導(dǎo)率有關(guān)。4)、復(fù)介電常數(shù)、復(fù)介電常數(shù) 復(fù)介電常數(shù)相對(duì)于復(fù)介電常數(shù)相對(duì)于單位體積的液態(tài)水含量單位體積的液態(tài)水含量呈線性變化。水分呈線性變化。水分含量低時(shí)，雷達(dá)波束穿透力大，反射小，當(dāng)?shù)匚锖亢艽蠛康蜁r(shí)，雷達(dá)波束穿透力大，反射小，當(dāng)?shù)匚锖亢艽髸r(shí)，穿透力就大大減小，反射能量最大。時(shí)，穿透力就大大減小，反射能量最大。 在整個(gè)微波波段內(nèi)，水的復(fù)介電在整個(gè)微波波段內(nèi)，水的復(fù)介電常數(shù)量值變化范圍為常數(shù)量值變化范圍為20-80，而大，而大多數(shù)天然物質(zhì)多數(shù)天然物質(zhì)(植被，土壤，巖石，植被，土壤，巖石，雪雪)的介電常數(shù)變

29、化范圍只有的介電常數(shù)變化范圍只有3-8，可見(jiàn)水的介電常數(shù)之高?？梢?jiàn)水的介電常數(shù)之高。66p 雷達(dá)成像系統(tǒng)一般發(fā)射水平極化波，當(dāng)與地表相互作用時(shí)，雷達(dá)成像系統(tǒng)一般發(fā)射水平極化波，當(dāng)與地表相互作用時(shí)，形成水平和垂直兩個(gè)分量，可用不同的極化天線去接收，形成水平和垂直兩個(gè)分量，可用不同的極化天線去接收，形成形成HH和和HV圖像；同樣有圖像；同樣有VV和和VH圖像。圖像。p 粗糙表面同極化粗糙表面同極化HH和和VV沒(méi)什么區(qū)別。光滑表面沒(méi)什么區(qū)別。光滑表面HH比比VV回波信號(hào)可以低回波信號(hào)可以低15dB。p 對(duì)于交叉極化，回波要比同極化低對(duì)于交叉極化，回波要比同極化低8-25dB。p 產(chǎn)生交叉極化的過(guò)程稱

30、為去極化。去極化原因：產(chǎn)生交叉極化的過(guò)程稱為去極化。去極化原因：平滑表面的鏡面反射；平滑表面的鏡面反射；粗糙表面引起的多次反射；粗糙表面引起的多次反射；地表趨膚深度層內(nèi)非均勻物體引起的散射（體散射和地表趨膚深度層內(nèi)非均勻物體引起的散射（體散射和多路徑）；多路徑）；地物目標(biāo)本身的各向異性產(chǎn)生的散射。地物目標(biāo)本身的各向異性產(chǎn)生的散射。5)、極化方式、極化方式67體散射是當(dāng)雷達(dá)波束穿透地物時(shí)，由于地物內(nèi)部物質(zhì)的不均體散射是當(dāng)雷達(dá)波束穿透地物時(shí)，由于地物內(nèi)部物質(zhì)的不均勻性，和連續(xù)的空間位置分布，引起體內(nèi)散射的各向同性。勻性，和連續(xù)的空間位置分布，引起體內(nèi)散射的各向同性。6)、體散射、體散射a:植被散射

31、；植被散射；b:土壤表面散射；土壤表面散射；c:體散射；體散射；d:多路徑。多路徑。686)、體散射、體散射Short wavelength X-band RADAR energy reflects from canopy surface while long wavelength P-band energy penetrates through canopy and reflects from stems and terrain surface.697)、角反射器效應(yīng)、角反射器效應(yīng)當(dāng)?shù)匚锬繕?biāo)具有兩個(gè)互相垂直的光滑表面或有三個(gè)相互垂當(dāng)?shù)匚锬繕?biāo)具有兩個(gè)互相垂直的光滑表面或有三個(gè)相互垂直的光滑表面時(shí)，就形成角