衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎

衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎第四章海洋遙感的微波基礎SatelliteOceanicRemoteSensing14.1微波的特性4.2大氣對微波遙感的影響4.3微波遙感的天線4.4雷達方程和散射截面4.5合成孔徑雷達(SAR)的基礎衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.1微波的特性SatelliteOceanicRemoteSensing2微波遙感利用波長范圍：。特點：全天候觀測。目標觀測量：頻率、多普勒效應、極化（偏振）、后向散射（體散射、面散射）、海面風、波向、浪高等。缺點：數(shù)據(jù)處理復雜?；靖拍睿函B加原理、相干性（相干時間、相干長度）、衍射、極化。衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.1.1微波的衰減4.1.2微波的輻射4.1.3微波的表面散射4.1.4微波的體散射4.1微波的特性SatelliteOceanicRemoteSensing3衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.1.1微波的衰減SatelliteOceanicRemoteSensing4微波的衰減是由于穿過大氣時大氣分子的吸收和散射以及與大氣層中的物質(zhì)發(fā)生復雜的相互作用。大氣對微波的衰減程度：大氣成分及其物理性質(zhì)相關，如H2O、O2的吸收和其它大氣粒子（如雨滴）的散射；微波波長負相關；云層：吸收和散射微波，也自身發(fā)射微波，成為一種噪聲，需要去除。衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.1.1微波的衰減SatelliteOceanicRemoteSensing5大氣分子造成的微波吸收

雨滴粒子造成的微波的衰減

衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.1微波的特性SatelliteOceanicRemoteSensing64.1.2微波的輻射地球表面除輻射可見光、紅外線以外，也輻射微弱的微波；黑體熱紅外—Plank定律；微波輻射—瑞利-金斯定律；微波遙感中，目標稱為“灰體”，用與之相同的具有等輻射率的黑體的熱力學溫度作為它的亮度溫度TB；海面亮度溫度TB；與海面真實溫度之間的關系：TB=eTs發(fā)射率e(,,i,s,Ss,u,)，觀測的天頂角、輻射計頻率、輻射計極化方式i

、海面真實溫度s

、海面鹽度Ss

、海面摩擦風速u和風向的函數(shù)；影響海水的發(fā)射亮度溫度的主因：海面粗糙度、泡沫，這在第2章中已經(jīng)詳細討論過。衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.1.2微波的輻射SatelliteOceanicRemoteSensing7平靜海面的發(fā)射率與入射角的關系衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎一些相關概念表面散射鏡面反射：相干成分散射：擴散成分或非相干成分后向散射：反向傳感器方向的散射4.1微波的特性SatelliteOceanicRemoteSensing84.1.3微波的表面散射衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.1.3微波的表面散射SatelliteOceanicRemoteSensing9散射波與表面粗糙度的關系衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎多個散射體分布時的體散射介質(zhì)不均勻時的體散射4.1微波的特性SatelliteOceanicRemoteSensing104.1.4微波的體散射大氣、樹、土壤、水體、積雪等對微波都可能產(chǎn)生體散射；穿透深度δ：功率降低到1/e時的距離，衡量體散射；體散射強度：介質(zhì)體內(nèi)的不連續(xù)性、密度的不均勻性成正比；體散射角度：介質(zhì)表面粗糙度、平均相對介電常數(shù)、介質(zhì)不連續(xù)性、波長等相關；雷達接收的信號：與體散射強度和體散射體積的積成正比。衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.2大氣對微波遙感的影響SatelliteOceanicRemoteSensing11氧氣對微波的吸收水汽、氧氣的吸收；微粒（水滴如云霧、降水、冰粒、塵埃等）散射；云和降水的衰減等。大氣對微波的總衰減系數(shù)為：水汽對微波的吸收大氣粒子對微波的散射云和降雨的衰減作用衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎微波為長波時：波長遠大于大氣分子尺度，滿足瑞利散射規(guī)律；分子和云滴的散射可以忽略；考慮大氣的對微波輻射的發(fā)射和吸收。微波為短波時：微粒直徑大于波長，米散射；波長，水滴直徑時主要為吸收作用，影響因素為總的液態(tài)水含量和云滴溫度；波長，水滴直徑（降水情況下）時主要為散射作用，瑞利散射規(guī)律不再適用。4.2大氣對微波遙感的影響SatelliteOceanicRemoteSensing12衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.2.1大氣中氧氣分子的微波吸收4.2.2大氣中水汽和云中液態(tài)水的微波吸收4.2.3云對微波的衰減4.2.4大氣中微波輻射傳輸模式4.2大氣對微波遙感的影響SatelliteOceanicRemoteSensing13衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎VanVleckP為氣壓（毫米汞柱）v為頻率（千兆）T為溫度（K）K為玻爾茲曼常數(shù)EN為能級，N=1,3,5,7,…,45SN為分子躍遷下平均偶極矩陣元素氣體分子對微波吸收和發(fā)射主要是分子轉(zhuǎn)動能級之間的躍遷結果，氧分子為雙原子的線性分子，根據(jù)其特點，其微波吸收系數(shù)的公式：

4.2.1大氣中氧氣分子的微波吸收SatelliteOceanicRemoteSensing14衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎為共振線頻率共46條有表可查半譜線寬度4.2.1大氣中氧氣分子的微波吸收SatelliteOceanicRemoteSensing15衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎

水汽分子對微波吸收和發(fā)射主要也是分子轉(zhuǎn)動能級之間的躍遷結果，它為三原子的非對稱極性分子；其吸收主要處于遠紅外和亞毫米波區(qū)，其中兩條位于微波波段，即和處，構成了水汽分子在微波區(qū)的主要吸收特征；水汽分子的吸收在處為共振吸收，在其它高頻吸收為剩余吸收。4.2大氣對微波遙感的影響SatelliteOceanicRemoteSensing164.2.2大氣中水汽和云中液態(tài)水的微波吸收衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎頻率（GHz）溫度（K）水汽密度（g/m3）氣壓（mbar）水汽吸收系數(shù)4.2.2大氣中水汽和云中液態(tài)水的微波吸收SatelliteOceanicRemoteSensing17衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎可以看出，水汽吸收系數(shù)與水汽密度有關，成正比：近似地：平均路徑質(zhì)量吸收系數(shù)路徑上的積分總水汽含量4.2.2大氣中水汽和云中液態(tài)水的微波吸收SatelliteOceanicRemoteSensing18衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎云滴對微波的散射與吸收相比，一般可以作為瑞利散射處理，云的吸收比散射至少大一個量級，因此云的衰減系數(shù)可用吸收系數(shù)代替。云中液態(tài)水的吸收系數(shù)為：可近似表示為：其中，W為單位體積云中水含量，T為云滴溫度（K），L為θ路徑上的積分總水汽含量，Kcloud為云中水平均路徑質(zhì)量吸收系數(shù)。4.2大氣對微波遙感的影響SatelliteOceanicRemoteSensing194.2.3云對微波的衰減衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎有了上面計算得到的吸收系數(shù)，采用數(shù)值積分方法，可以模擬計算大氣微波輻射傳輸；從地面到大氣上界，可分為n層，各層的高度Zi,溫度Ti,氣壓Pi,吸收系數(shù)i，t(,i)為天頂角方向上地面到第i層的透過率：4.2大氣對微波遙感的影響SatelliteOceanicRemoteSensing204.2.4大氣中微波輻射傳輸模式衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎對于光學上薄的大氣層，輻射傳輸方程為：方向上大氣頂量溫海面發(fā)射率大氣外部的向下輻射透過率海面處大氣的向下輻射大氣頂層向上輻射海面溫度銀河噪聲(<1K,f>3GHz)宇宙背景輻射(3K)太陽輻射4.2.4大氣中微波輻射傳輸模式SatelliteOceanicRemoteSensing21衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎大氣溫度為：海面上方高度為z處的大氣熱力學溫度大氣總的吸收系數(shù)4.2.4大氣中微波輻射傳輸模式SatelliteOceanicRemoteSensing22衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎天線：高頻電流－無線電波轉(zhuǎn)換器；天線主要用來發(fā)射和接收無線電波，互易且相互關聯(lián)；天線的類型：喇叭天線（角錐、圓錐）：校正用天線；反射鏡面天線（拋物面、卡塞格林及其補償饋電型）：輻射計、散射計、高度計等；相控陣天線（多個單元天線構成，包括線性、平面、曲面陣列）：SAR、真實孔徑雷達等。4.3微波遙感的天線SatelliteOceanicRemoteSensing23衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎拋物面天線結構圖

4.3.1微波遙感的天線SatelliteOceanicRemoteSensing24衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.3.1微波遙感的天線SatelliteOceanicRemoteSensing25衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.3.1微波遙感的天線SatelliteOceanicRemoteSensing26衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.3.1微波遙感的天線SatelliteOceanicRemoteSensing27卡塞格侖天線原理圖衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.3.1微波遙感的天線SatelliteOceanicRemoteSensing28衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.3.1微波遙感的天線SatelliteOceanicRemoteSensing29衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.3.1微波遙感的天線SatelliteOceanicRemoteSensing30真實孔徑雷達用的x波段波導管隙縫陣列天線

常見的微波遙感天線衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.3.1微波遙感的天線SatelliteOceanicRemoteSensing31衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎雷達的輻射效率：發(fā)射功率輻射出去的那部分4.3微波遙感的天線SatelliteOceanicRemoteSensing324.3.2天線的特性天線孔徑是在天線上靠近天線的一個假想表面，孔徑上天線能量的分布確定了天線方向圖。天線的輻射方向函數(shù)：（θ,φ）表示方向。衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎增益（和有效孔徑）輻射方向圖（包括波束寬度、旁瓣）阻抗（電壓駐波比）4.3.2天線的特性SatelliteOceanicRemoteSensing33天線的三個主要性能參數(shù)衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎表示某一天線與標準天線得到同樣功率時在同一方向上的功率密度之比，用來描述一副天線將能量聚集于一個窄的角度范圍（方向性波束）的能力。方向增益(方向性系數(shù))功率增益功率增益一般小于方向增益

4.3.2天線的特性SatelliteOceanicRemoteSensing341.天線增益衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.3.2天線的特性SatelliteOceanicRemoteSensing35天線的孔徑是它在與主波束方向垂直平面上的投影的實際面積。有效孔徑等于幾何孔徑與孔徑效率的乘積，表示一個均勻照射孔徑，該孔徑比實際的非均勻照射孔徑小，但具有相同的增益；有效孔徑是一個面積，它與入射功率密度相乘后可以給出天線的接收功率：

2.有效孔徑衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.3.2天線的特性SatelliteOceanicRemoteSensing36天線中輻射的電場的大小是依方向變化的，稱為天線的指向特性，將這個指向特性用天線方向函數(shù)圖表示時叫輻射方向圖。3.輻射方向圖天線輻射平面方向圖示意圖衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎最常用的是半功率波束寬度（HPBW），輻射電磁場的大小從主瓣的峰值下降3dB的2個點之間的角度間隔。天線的波束寬度與天線孔徑的大小、孔徑上的振幅與相位分布有關。波束寬度因子的比例常數(shù)自由空間的波長孔徑的尺寸4.3.2天線的特性SatelliteOceanicRemoteSensing374.波束寬度衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.4雷達方程和散射截面SatelliteOceanicRemoteSensing38后向散射（backscattering）雷達橫截面（RadarCross-Section，RCS）－標準化雷達后向散射截面（normalizedradarcrosssection，NRCS）或后向散射系數(shù)－0衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎星載雷達的測量過程示意圖4.4雷達方程和散射截面SatelliteOceanicRemoteSensing39衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎式中：Pt（Watt瓦特）為雷達的發(fā)射功率，λ為波長，R（m）為距雷達的距離，A（m2）為散射面的面積，Ae（m2）為天線接收能量的有效面積，G為天線增益，Pr（Watt瓦特）為接收功率。4.4雷達方程和散射截面SatelliteOceanicRemoteSensing40雷達方程（RadarEquation）的基本形式衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.4雷達方程和散射截面SatelliteOceanicRemoteSensing41校準系數(shù)鏡面反射的貢獻

Bragg散射的貢獻

雷達方程的一般形式雷達方程的最終形式衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.5合成孔徑雷達的基礎SatelliteOceanicRemoteSensing42雷達觀測海面示意圖基本概念多普勒效應及雷達多普勒效應多普勒頻率及其分辨率SAR距離分辨率和方位分辨率海面SAR成像的復雜性海面雷達散射及其成像模型海浪的雷達成像原理與理論長波的軌道速度的影響傾斜調(diào)制粗糙度調(diào)制波浪運動和時間變化的作用參量相干作用的影響軌道速度的作用衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.5合成孔徑雷達的基礎SatelliteOceanicRemoteSensing43寬度長度距離分辨率方位分辨率雷達脈沖間隔傾斜距離分辨率入射角方位角方位角衛(wèi)星高度t-雷達脈沖持續(xù)時間（s）-散射雷達信號的多普勒頻（Hz）c-光速（ms-1）r-從衛(wèi)星到觀測區(qū)域的距離（m）D-天線孔徑衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.5合成孔徑雷達的基礎SatelliteOceanicRemoteSensing44由觀察者和輻射源的相對運動所引起的電磁輻射的頻率改變，就叫多譜勒效應。如果輻射源和觀察者之間的距離縮小，接收信號的頻率‘就高于傳輸信號的頻率，導致正的多譜勒頻移d；如果輻射源和觀察者之間的距離增加，則有相反的效應，多譜勒頻移是負的。當輻射源和觀察者雖然相對固定但散射體或反射體運動，也會產(chǎn)生多譜勒效應。4.5.1基本概念1.多普勒效應及雷達多普勒效應衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.5.1基本概念SatelliteOceanicRemoteSensing45多譜勒效應在遙感中用于觀察目標的運動。它也是合成孔徑成像雷達利用的基本物理效應，以獲得分辨率非常高的圖像。

衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.5.1基本概念SatelliteOceanicRemoteSensing46而B點所接收的電磁波頻率為：雷達接收到的回波頻率：安裝在衛(wèi)星上的合成孔徑雷達以一條很窄的波束向前下方的地球海表面發(fā)射頻率為0的電磁波。由于在照射區(qū)域B內(nèi)，總是存在一些不規(guī)則的地物起伏，而且衛(wèi)星與地球表面存在相對運動，故相對速度等于地速矢量υ在波束方向上的投影，即：波束指向衛(wèi)星前下方時，接收的頻率高于發(fā)射的頻率；同樣當波束指向衛(wèi)星后下方時，接收頻率低于發(fā)射頻率。衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.5.1基本概念SatelliteOceanicRemoteSensing47多普勒頻率為相對運動所引起的接收頻率與發(fā)射頻率之間的差額：于是有：多普勒頻率分辨率：方位角的角分辨率：衛(wèi)星在采樣時間內(nèi)移動的距離2.多普勒效應頻移和多普勒頻率分辨率衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.5.1基本概念SatelliteOceanicRemoteSensing48雷達的距離分辨率指雷達在地面能夠分辨的最小距離。一般用δy表示，由發(fā)射雷達脈沖投影到海表面的長度來確定，即：3.合成孔徑雷達的距離分辨率和方位分辨率SC代表衛(wèi)星與探測點之間的距離，AB代表沿雷達波束在地面的投影方向上能夠分辨的最小距離，即距離分辨率。入射角衛(wèi)星衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.5.1基本概念SatelliteOceanicRemoteSensing49得合成孔徑雷達的方位分辨率為：方位分辨率取決于可以測定發(fā)射信號的多譜勒頻移所具有的精度。真實孔徑雷達的方位角分辨率為δx，它的值與雷達波長（wavelength）λ和孔徑（aperture）D的比值有關，表示為：

衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.5.1基本概念SatelliteOceanicRemoteSensing50利用多譜勒效應的合成孔徑雷達的處理原理圖4.合成孔徑雷達的工作原理距離向上，與真實孔徑雷達相同，采用脈沖壓縮來實現(xiàn)高距離分辨率；方位向上，通過合成孔徑原理來改善方位分辨率；方位壓縮；平臺的速度和姿態(tài)對多普勒頻移有影響，會抵消合成孔徑效果，因此穩(wěn)定的平臺姿態(tài)和速度對SAR是非常重要的。衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎海面無時不在運動，且其運動是非慣性、非線性的SAR傳感器本身運動，其運動是形成“合成孔徑”的條件SAR平臺處于運動中運動中的電磁波海面波譜兩類波的相互作用示意圖4.5合成孔徑雷達的基礎SatelliteOceanicRemoteSensing514.5.2海面合成孔徑雷達成像的復雜性“三動”和兩類波作用衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎復雜性主要表現(xiàn)在，即使是同一SAR系統(tǒng)對非常相似的海面成像，哪怕飛行方向稍微改變成像結果也大相徑庭。目前對SAR的成像理論的兩類處理方法：基于電磁波散射理論和流體力學理論建立嚴密的理論模型基于SAR圖像的統(tǒng)計模型。4.5.2海面合成孔徑雷達成像的復雜性SatelliteOceanicRemoteSensing52物理和海洋學意義明顯，推理嚴謹，實用性差。實用性較強，物理意義不明顯衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.5合成孔徑雷達的基礎SatelliteOceanicRemoteSensing534.5.3海面雷達散射及其成像模型自1978年SeaSAT發(fā)射以來，雷達圖象的成像機理并未完全掌握；在雷達圖像中，解釋成像兩種主要因素：①成像雷達的高分辨率能力（從幾十米到幾米）；②產(chǎn)生圖像的相干Doppler信息的應用。雷達圖象是海面的本地相干散射截面變化的表征，三種重要的散射截面調(diào)制源：本地傾斜角、表面粗糙度、波的軌跡速度。衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.5.3海面雷達散射及其成像模型SatelliteOceanicRemoteSensing54影響雷達成像的因素海浪的雷達成像長波的軌道速度的影響傾斜調(diào)制：有人認為它可以產(chǎn)生足夠大的后向散射變化使得能對海面成像。對雷達圖象與飛行方向有無關系還存在爭論。粗糙度調(diào)制波浪運動和時間變化的作用參量相干作用的影響軌道速度的作用衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.5.3海面雷達散射及其成像模型SatelliteOceanicRemoteSensing551.海浪的雷達成像原理與理論

海面的散射特征一般用組合模型解釋；認為天底附近入射角小于15°時鏡面散射（即幾何光學）占主導，而在大入射角時，Bragg型散射為主導。但是，在成像雷達實驗中情況并不是如此，在分析雷達圖像特征時，海浪譜可以分為三個區(qū)域。衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.5.3海面雷達散射及其成像模型SatelliteOceanicRemoteSensing56K=K1=2ksinθ（k為波數(shù)）：這是共振區(qū)，產(chǎn)生后向散射的波，對目前大多數(shù)成像雷達而言，λ≤2m，當共振波長λ=2π／K≤4／sinθm-1，是短重力波區(qū)。（2π／2r）＜K＜∞：這里r為雷達圖像分辨率，此時，雷達圖像上每個分辨率單元對應后向散射截面與譜在該區(qū)內(nèi)所有可能的對應的波面斜率貢獻有關。

K＜（2π／2r）：所有在這個區(qū)域內(nèi)的波浪的波長都大于分辨單元，因此，每個海浪都單獨地成像。該區(qū)域覆蓋了所有的涌浪，且本地風速很大。衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.5.3海面雷達散射及其成像模型SatelliteOceanicRemoteSensing57雷達圖象是表面后向散射截面的二維表示，解釋雷達圖像的兩個理論：均勻粗糙表面的坡度調(diào)制表面粗糙度調(diào)制衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.5.3海面雷達散射及其成像模型SatelliteOceanicRemoteSensing582.長波的軌道速度的影響衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.5.3海面雷達散射及其成像模型SatelliteOceanicRemoteSensing59其中R為飛行線到分辨單元的垂直距離，υ為平臺速度，t為時間。這樣，如果存在速度Vp的調(diào)制，則Φ（t）就被調(diào)制，導致聚速效應，甚至在表面為均勻散射元分布的情況下能夠產(chǎn)生圖像。對應特定的分辨單元內(nèi)的景物，相位史為平臺速度的函數(shù)：衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.5.3海面雷達散射及其成像模型SatelliteOceanicRemoteSensing60本地入射角

雷達平臺上觀測方向的垂向夾角

3.傾斜調(diào)制對于海洋的一個微粗糙小區(qū)域，其一階歸一化雷達后向散射截面為：衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.5.3海面雷達散射及其成像模型SatelliteOceanicRemoteSensing61表面的復介電常數(shù)

衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.5.3海面雷達散射及其成像模型SatelliteOceanicRemoteSensing62局部海表面傾角和傾角δ為長波在邊長為幾米的小面上的平均斜率：其中，和為波長小于2倍雷達分辨率的所有波面傾斜。對所有可能和進行積分可得：衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.5.3海面雷達散射及其成像模型SatelliteOceanicRemoteSensing63上式中P（tanδ1，tanφ1）是波長小于2倍雷達分辨率的波浪的斜率的概率密度。海面斜率可用Gaussian近似：其中mpq為表面高程能譜的第（p，q）階矩。采用Pierson-moskowitz波數(shù)譜計算上式可得：衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.5.3海面雷達散射及其成像模型SatelliteOceanicRemoteSensing64可以推得短波長的表達式：衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.5.3海面雷達散射及其成像模型SatelliteOceanicRemoteSensing65式中m2=m022，同樣值的mpq也可用于非方向譜或暴濤區(qū)，概率分布函數(shù)類似于Valenzuela等人使用的。傾斜調(diào)制可以產(chǎn)生足夠大的后向散射變化使得雷達能對海面成像，基于這種理論，可以得出當波浪的傳播方向平行于飛行方向時，雷達就可對海面成像。

衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎4.5.3海面雷達散射及其成像模型SatelliteOceanicRemoteSensing664.粗糙度調(diào)制模型長波浪的軌道運動的水平分量造成的短波的變化導致了長波的表面粗糙度調(diào)制。海面后向散射截面的調(diào)制很可能是傾斜調(diào)制和粗糙度調(diào)制的綜合作用的結果。這兩種因素能增加或減少依賴于照射幾何的后向散射調(diào)制量。衛(wèi)星海洋遙感導論第一部分海洋遙感基礎第四章海洋遙感的微波基礎圖中V為相對于點目標P的速度；υ為平臺速度；時間起點t=0對應P在90°角觀測時刻。4.5.3海面雷達散射及其成像模型SatelliteOceanicRemoteSensing