第04章遙感圖像的成像原理

第04章遙感圖像的成像原理四、遙感圖像的成像原理4.1、傳感器的分類4.2、光學(xué)攝影機(jī)類型傳感器的成像原理4.3、光電成像傳感器的成像原理4.4、成像光譜儀原理簡(jiǎn)介4.5、合成孔徑側(cè)視雷達(dá)原理簡(jiǎn)介第04章遙感圖像的成像原理隨著空間技術(shù)、航天技術(shù)、無(wú)線電電子技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及其它相關(guān)科學(xué)的迅速發(fā)展，遙感傳感器從第一代的航空攝影機(jī)，第二代的多光譜攝影機(jī)、掃描儀，很快發(fā)展到第三代的固體掃描儀（ChargeCoupledDevice，CCD）。進(jìn)入90年代以后，高分辨率CCD傳感器的出現(xiàn)，使遙感圖像的空間分辨率由Landsat-MSS的80m提高到目前的2~3m，甚至1m以上；4.1傳感器的分類第04章遙感圖像的成像原理高光譜分辨率成像儀的出現(xiàn)，使多光譜遙感圖像的光譜分辨率可達(dá)到5~10nm；加拿大雷達(dá)衛(wèi)星（RADARSAT）的成功發(fā)射以及美國(guó)的地球觀察雷達(dá)系統(tǒng)EOS-SAR的研制標(biāo)志著雷達(dá)圖像的空間分辨率大大提高。所有這些說明，遙感圖像應(yīng)用于地圖的測(cè)繪和GIS基礎(chǔ)信息的獲取已成為可能。4.1傳感器的分類第04章遙感圖像的成像原理遙感技術(shù)常用的傳感器：

航空攝影機(jī)（航攝儀）全景攝影機(jī)多光譜攝影機(jī)多光譜掃描儀(Multi-SpectralScanner，MSS)專題制圖儀（ThematicMapper,TM）反束光導(dǎo)攝像管（RBV）HRV（HighResolutionVisiblerangeinstruments）掃描儀合成孔徑側(cè)視雷達(dá)（Side-LookingAirborneRadar，SLAR）4.1傳感器的分類第04章遙感圖像的成像原理4.1傳感器的分類圖遙感器的分類情況主動(dòng)式側(cè)視雷達(dá)全景雷達(dá)真實(shí)孔徑雷達(dá)合成孔徑雷達(dá)被動(dòng)式光電成像類型ＴＶ?jǐn)z像機(jī)電荷耦合器件CCD掃描儀光學(xué)攝影類型多光譜攝影機(jī)全景攝影機(jī)縫隙攝影機(jī)框幅攝影機(jī)成像遙感器成像光譜儀面陣成像光譜儀線陣成像光譜儀第04章遙感圖像的成像原理4.2光學(xué)攝影機(jī)類型傳感器的成像原理光學(xué)攝影類型傳感器主要包括：框幅攝影機(jī)、縫隙攝影機(jī)、全景攝影機(jī)和多光譜攝影機(jī)四種類型。共同特點(diǎn)：由物鏡收集電磁波，并聚焦到感光膠片上，通過感光材料的探測(cè)與記錄，在感光膠片上留下目標(biāo)的潛像，然后經(jīng)過攝影處理，得到可見的影像。分幅式攝影機(jī)成像示意圖第04章遙感圖像的成像原理光學(xué)攝影機(jī)類型傳感器的成像原理框幅式攝影機(jī)傳感器成像原理是在某一個(gè)攝影瞬間獲得一張完整的像片（18cm×18cm或23cm×23cm幅面）。一張像片上的所有像點(diǎn)共用同一個(gè)攝影中心和同一個(gè)像片面，亦即共用一組外方位元素。因此，像點(diǎn)和物點(diǎn)之間可以用航測(cè)像片解析的共線方程來(lái)描述。一、框幅式攝影機(jī)第04章遙感圖像的成像原理光學(xué)攝影機(jī)類型傳感器的成像原理縫隙攝影機(jī)，或稱推掃式攝影機(jī)、航帶攝影機(jī)。在飛機(jī)或衛(wèi)星上，攝影瞬間所獲取的影像是與航線方向垂直且縫隙等寬的一條線影像。當(dāng)飛機(jī)或衛(wèi)星向前飛行時(shí)，攝影機(jī)焦平面上與飛行方向成垂直的狹縫中的影像也連續(xù)變化。如果攝影機(jī)內(nèi)的膠片不斷地卷動(dòng)，且其速度與地面在縫隙中的影像移動(dòng)相同，則能得到連續(xù)的航帶攝影像片。二、縫隙攝影機(jī)vxyVSH第04章遙感圖像的成像原理光學(xué)攝影機(jī)類型傳感器的成像原理全景攝影機(jī)又稱搖頭攝影機(jī)，或叫掃描攝影機(jī)。它是在物鏡焦面上平行于飛行方向設(shè)置一狹縫，并隨物鏡作垂直航線方向掃描，得到一幅掃描成的圖像，因此稱掃描像機(jī)，又由于物鏡擺動(dòng)的幅面很大，

能將航線兩邊的地平線內(nèi)的影像都

攝入底片，因此又稱為全景攝影機(jī)。全景攝影機(jī)的特點(diǎn)：焦距長(zhǎng)，有的達(dá)600mm以上，可在長(zhǎng)約23cm，寬達(dá)128cm的膠片上成像。它的精密透鏡既小又輕，掃描視場(chǎng)很大，有時(shí)能達(dá)180°。三、全景攝影機(jī)航向航線縫隙第04章遙感圖像的成像原理光學(xué)攝影機(jī)類型傳感器的成像原理但由于全景像機(jī)的像距保持不變，而物距隨掃描角而增大，因此出現(xiàn)兩邊比例尺逐漸縮小的現(xiàn)象。再加上掃描的同時(shí)，飛機(jī)向前運(yùn)動(dòng)，以及掃描擺動(dòng)的非線性等因素，整個(gè)影像產(chǎn)生全景畸變。三、全景攝影機(jī)掃描方向飛行方向全景像片的畸變第04章遙感圖像的成像原理光學(xué)攝影機(jī)類型傳感器的成像原理對(duì)于同一地區(qū)，在同一瞬間攝取多個(gè)波段影像的攝影機(jī)稱多光譜攝影機(jī)。采用多光譜攝影的目的，是充分利用地物在不同光譜區(qū)有不同的反射特征，來(lái)增多獲取目標(biāo)的信息量，以便提高影像的判讀和識(shí)別能力。四、多光譜攝影機(jī)第04章遙感圖像的成像原理光學(xué)攝影機(jī)類型傳感器的成像原理四、多光譜攝影機(jī)在一般攝影方法基礎(chǔ)上，對(duì)攝影機(jī)和膠片加以改進(jìn)，再選用合適的濾光片，即可實(shí)現(xiàn)多光譜攝影。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以分為三種基本類型：多攝影機(jī)型，多鏡頭型和光束分離型。（a）多攝影機(jī)型濾光片鏡頭攝影機(jī)膠片（b）多鏡頭型濾光片鏡頭攝影機(jī)膠片（c）光束分離型濾光片鏡頭二分色鏡膠片第04章遙感圖像的成像原理光學(xué)攝影機(jī)類型傳感器的成像原理四、多光譜攝影機(jī)（一）多攝影機(jī)型多光譜攝影機(jī)這種多光譜攝影機(jī)是用幾架普通的航空攝影機(jī)組裝而成的，對(duì)各攝影機(jī)分別配以不同的濾光片和膠片的組合，采用同時(shí)曝光控制，以進(jìn)行同時(shí)攝影（如圖a）。第04章遙感圖像的成像原理光學(xué)攝影機(jī)類型傳感器的成像原理四、多光譜攝影機(jī)（二）多鏡頭型多光譜攝影機(jī)它是用普通航空攝影機(jī)改制而成的，在一架攝影機(jī)上配置多個(gè)鏡頭（如三鏡頭、六鏡頭和九鏡頭），暗盒部分用幾種膠片記錄從不同鏡頭拍攝得到的影像。這種攝影機(jī)同樣需要選配相應(yīng)的濾光片與不同光譜感光特性的膠片組合，以實(shí)現(xiàn)多光譜攝影（如圖b）。第04章遙感圖像的成像原理光學(xué)攝影機(jī)類型傳感器的成像原理四、多光譜攝影機(jī)（三）光束分離型多光譜攝影機(jī)在攝影時(shí)，光束通過一個(gè)

鏡頭后，經(jīng)分光裝置分成

幾個(gè)光束，然后分別透過

不同的濾光片，分成不同

波段，在相應(yīng)的感光膠片

上成像，實(shí)現(xiàn)多光譜攝影

（如圖c）。第04章遙感圖像的成像原理4.3光電成像傳感器的成像原理光電成像傳感器主要包括：電視攝像機(jī)、掃描儀、電荷耦合器件CCD。其中后兩種應(yīng)用最廣泛，特別是，長(zhǎng)線陣大面陣CCD傳感器已經(jīng)問世，其地面分辨率最高可達(dá)1m以下，為遙感圖像定量研究提供了保證。光電成像類型傳感器與光學(xué)攝影類型的傳感器有很大區(qū)別。光電類型的傳感器是將收集到的電磁波能量，通過儀器內(nèi)的光敏或熱敏元件（探測(cè)器）轉(zhuǎn)變成電能后再記錄下來(lái)。光電傳感器較光學(xué)攝影機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于：一是擴(kuò)大了探測(cè)的波段范圍；二是便于數(shù)據(jù)的存貯與傳輸。第04章遙感圖像的成像原理電視攝像機(jī)是從空中觀測(cè)地面或從空間觀測(cè)地球的常用的傳感器。這類傳感器體積較小，重量較輕，影像是由電子記錄的，即使在低照明的條件下也能工作，并具有較高的分辨率，因此，它能夠比較容易獲得可靠的地面遙感數(shù)據(jù)。一、電視攝像機(jī)光電成像傳感器的成像原理第04章遙感圖像的成像原理應(yīng)用于遙感的電視攝像機(jī)的攝像管有光導(dǎo)攝像管，反束光導(dǎo)攝像管和超正攝像管等，它們的功能和用途不完全相同，其基本工作原理是：地面上的景物通過物鏡在攝像管的光陰極上成像，并形成一定格式的電荷，用電子束掃描光陰極，通過光電轉(zhuǎn)換，記錄在膠片上，以影像方式輸出，其分辨率大致取決于光陰極的尺寸及讀出光陰極上的電荷格式所采用的電子束特性。一、電視攝像機(jī)光電成像傳感器的成像原理第04章遙感圖像的成像原理早期的氣象衛(wèi)星采用了光導(dǎo)攝像機(jī)。陸地衛(wèi)星-1、2上裝有三臺(tái)反束光導(dǎo)管攝像機(jī)，分別拍攝不同光譜通道的同一景物，陸地衛(wèi)星-3改用兩臺(tái)焦距全色反束光導(dǎo)管攝像機(jī)。雖然電視攝像機(jī)有許多優(yōu)點(diǎn)，但它每張像片的覆蓋度和分辨率還是比不上攝影機(jī)。從幾何成像原理上看，電視攝像機(jī)是一種面陣列式傳感器，與面陣列CCD傳感器的成像幾何關(guān)系相同。一、電視攝像機(jī)光電成像傳感器的成像原理第04章遙感圖像的成像原理掃描儀與攝影機(jī)一樣是成像傳感器，但是它的輸出信號(hào)為電信號(hào)形式，便于傳送、記錄、分析和處理，掃描儀的波譜范圍也比攝影膠片要寬得多，而且感測(cè)的過程是可逆的，即探測(cè)器在感測(cè)過程中并不消耗能量，而且，所獲得的數(shù)據(jù)是定量的輻射量數(shù)據(jù)，便于校正；并可同時(shí)收集幾個(gè)不同波段通道的數(shù)據(jù)資料。掃描儀應(yīng)用于紅外波段的成像，也用于從近紫外到紅外范圍內(nèi)的多波段掃描成像。二、掃描儀光電成像傳感器的成像原理第04章遙感圖像的成像原理在航空遙感中常用的光/機(jī)掃描儀是利用光學(xué)系統(tǒng)的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)和飛行器向前飛行的兩個(gè)方向相互垂直的運(yùn)動(dòng)，形成對(duì)地物目標(biāo)的二維掃描，逐點(diǎn)將不同目標(biāo)物的反射或輻射光譜會(huì)聚到能將其能量轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換器件－CCD探測(cè)器上。電信號(hào)通過放大處理后記錄下來(lái)，記錄的方式或在顯像管上顯示或經(jīng)過電光能轉(zhuǎn)換器件把電信號(hào)再轉(zhuǎn)換成光信號(hào)在普通全色膠片上成像，亦可記錄在模擬磁帶上，航空紅外掃描儀對(duì)地物目標(biāo)掃描過程如右圖（機(jī)載紅外掃描儀結(jié)構(gòu)原理圖）。二、掃描儀光電成像傳感器的成像原理（一）光/機(jī)掃描儀瞬時(shí)視場(chǎng)攝影負(fù)片陰極射線管信號(hào)放大和調(diào)制反射鏡組旋轉(zhuǎn)掃描鏡G探測(cè)器致冷器第04章遙感圖像的成像原理多光譜掃描儀光學(xué)系統(tǒng)原理圖光/機(jī)掃描成像第04章遙感圖像的成像原理多光譜掃描儀是在紅外掃描儀的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它所涉及的波長(zhǎng)范圍已超出了紅外波段，包括電磁波譜中的紫外、可見光和紅外三個(gè)部分。多光譜掃描儀根據(jù)大氣窗口和地物目標(biāo)的波譜特性用分光系統(tǒng)（棱鏡或光柵等）把掃描儀的光學(xué)系統(tǒng)所接收的電磁輻射（從紫外、可見光，到紅外）分成若干波段，目前已有4個(gè)波段到24個(gè)波段的掃描儀。用多光譜掃描儀可記錄地物在不同波段的信息，因此，不僅可根據(jù)掃描影像的形態(tài)和結(jié)構(gòu)識(shí)別地物，而且可用不同波段的差別區(qū)分地物，為遙感數(shù)據(jù)的分析與識(shí)別提供了非常有利的條件。它常用于收集農(nóng)作物、植物、土壤、森林、地質(zhì)、水文和環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面的遙感資料。二、掃描儀光電成像傳感器的成像原理（二）多光譜掃描儀陸地衛(wèi)星-1、2上安裝的多光譜掃描儀有4個(gè)波段（波長(zhǎng)范圍為0.5～0.6um、0.6～0.7um、0.7～0.8um、0.8～1.1um）；在陸地衛(wèi)星-3上的多光譜掃描儀增加了一個(gè)10.4～12.6um的熱紅外波段。陸地衛(wèi)星-3上專題制圖儀有7個(gè)波段。第04章遙感圖像的成像原理多光譜掃描儀主要由兩個(gè)部分構(gòu)成：機(jī)械掃描裝置和分光裝置。它是由掃描鏡收集地面目標(biāo)的電磁輻射，通過聚光系統(tǒng)把收集到的電磁輻射會(huì)聚成光束，然后，通過分光裝置分成不同波長(zhǎng)的電磁波，它們分別被一組探測(cè)器中的相對(duì)應(yīng)的不同探測(cè)器所接收，經(jīng)過信號(hào)放大，然后記錄在磁帶上，或通過電光轉(zhuǎn)換后記錄在膠片上。二、掃描儀光電成像傳感器的成像原理（二）多光譜掃描儀記錄器地面輻射掃描鏡次反射鏡主反射鏡色散元件探測(cè)器同步信號(hào)多光譜掃描儀的構(gòu)成略圖第04章遙感圖像的成像原理用一種稱為電荷耦合器件CCD（ChargeCoupledDevice）的探測(cè)器制成的傳感器稱為CCD傳感器。這種探測(cè)器是由半導(dǎo)體材料制成的，在這種器件上，受光或電激作用產(chǎn)生的電荷靠電子或空穴運(yùn)載，在固體內(nèi)移動(dòng)，以產(chǎn)生輸出信號(hào)。將若干個(gè)CCD元器件排列成一行，稱為CCD線陣列傳感器。例如法國(guó)SPOT衛(wèi)星使用的傳感器HRV就是一種CCD線陣傳感器，其中全色HRV用6000個(gè)CCD元器件組成一行。三、CCD傳感器（數(shù)碼攝影機(jī)）光電成像傳感器的成像原理將若干個(gè)CCD元器件排列在一個(gè)矩形區(qū)域中，即可構(gòu)成面陣列傳感器。每個(gè)CCD元器件對(duì)應(yīng)于一個(gè)像元素。目前，長(zhǎng)線陣、大面陣CCD傳感器已經(jīng)問世，長(zhǎng)線陣可達(dá)12000個(gè)像元素，長(zhǎng)為96mm；大面陣可達(dá)到5120×5120個(gè)像素，像幅為61.4mm×61.4mm。每個(gè)像元素的地面分辨率可達(dá)到2～3m，甚至1m以上。第04章遙感圖像的成像原理三、CCD傳感器光電成像傳感器的成像原理面陣列CCD傳感器獲取圖像的方式如圖：它與框幅式攝影機(jī)相似，某一瞬間獲取得一幅完整的影像，因而是一個(gè)單中心投影，其構(gòu)像關(guān)系可直接使用框幅式中心投影的航空像片的構(gòu)像關(guān)系式。面陣列傳感器圖像目標(biāo)物投影中心時(shí)刻t面陣傳感器成像方式第04章遙感圖像的成像原理線陣列CCD傳感器獲取圖像的方式如圖：線陣列方向與飛行方向垂直，在某一瞬間得到的是一條線影像，一幅影像由若干條線影像拼接而成，所以又稱為推掃式掃描成像。這種成像方式在幾何關(guān)系上與縫隙攝影機(jī)的情況相同。三、CCD傳感器光電成像傳感器的成像原理線陣列傳感器圖像投影中心時(shí)刻t目標(biāo)物XYZ線陣列傳感器成像方式第04章遙感圖像的成像原理4.4成像光譜儀原理簡(jiǎn)介目前正在迅速發(fā)展的一種新型傳感器稱為高光譜(Hyperspectral)

成像光譜儀(ImagingSpectrometer)，它是以多路、連續(xù)并具有高光譜分辨率方式獲取圖像信息的儀器。通過將傳統(tǒng)的空間成像技術(shù)與地物光譜技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)同一地區(qū)同時(shí)獲取幾十個(gè)到幾百個(gè)波段的地物反射光譜圖像。成像光譜儀為每個(gè)像元提供數(shù)十至數(shù)百個(gè)窄波段（通常波段寬度<10nm）光譜信息，能產(chǎn)生一條完整而連續(xù)的光譜曲線。如圖所示（AirborneVisible/InfraredImagingSpectrometer，AVIRIS）。第04章遙感圖像的成像原理成像光譜儀原理簡(jiǎn)介如：AVIRIS航空可見光/紅外成像光譜儀（美國(guó)），共有224個(gè)波段，光譜范圍從0.38um至2.5um，波段寬度為10nm，整個(gè)掃描視場(chǎng)為30°。其工作原理是掃描式，這種成像光譜儀的航高為20km，地面分辨率為20m，每幅寬為11km。第04章遙感圖像的成像原理成像光譜儀基本上屬于多光譜掃描儀，其構(gòu)造與CCD線陣列推動(dòng)式掃描儀和多光譜掃描儀相同，區(qū)別僅在于通道數(shù)多，各通道的波段寬度很窄。由于高光譜數(shù)據(jù)能以足夠的光譜分辨率區(qū)分出那些具有診斷性光譜特征的地表物質(zhì)，而這是傳統(tǒng)寬波段遙感數(shù)據(jù)所不能達(dá)到的，由此可見，高光譜數(shù)據(jù)在遙感地物定量分析上具有極大的應(yīng)用前景。成像光譜儀（ImagingSpectrometer）按其結(jié)構(gòu)的不同，可分為兩種類型：成像光譜儀原理簡(jiǎn)介第04章遙感圖像的成像原理成像光譜儀原理簡(jiǎn)介－它利用線陣列掃描器進(jìn)行掃描，利用色散元件將收集到的光譜信息分散成若干個(gè)波段后，分別成像于面陣的不同行。這種儀器利用色散元件和面陣探測(cè)器完成光譜掃描，利用線陣列掃描器及其沿軌道方向的運(yùn)動(dòng)完成空間掃描，它具有空間分辨率高（不低于10～30m)等特點(diǎn)，主要用于航天遙感。1、面陣探測(cè)器加推掃式掃描儀的成像光譜儀。（推掃式成像：Pushbroomimaging）二維面陣列成像光譜儀色散型分光器狹縫透鏡陣列遙感器第04章遙感圖像的成像原理成像光譜儀原理簡(jiǎn)介－它利用點(diǎn)探測(cè)器收集光譜信息，經(jīng)分散元件后分成不同的波段，分別成像于線陣列探測(cè)器的不同元件上，通過點(diǎn)掃描鏡在垂直于軌道方向的面內(nèi)擺動(dòng)以及沿軌道方向的運(yùn)動(dòng)完成空間掃描，而利用線探測(cè)器完成光譜掃描。離散元件入射光圈物鏡平行光管線陣線陣列成像光譜儀2、線陣列探測(cè)器加光機(jī)掃描儀的成像光譜儀。（撣掃式成像，Whiskbroomimaging）第04章遙感圖像的成像原理第04章遙感圖像的成像原理成像光譜儀原理簡(jiǎn)介圖像數(shù)據(jù)立方體（DataCube）就是適應(yīng)于成像光譜數(shù)據(jù)的表達(dá)而發(fā)展起來(lái)的一種新型的

數(shù)據(jù)格式，它是類似撲克牌式

的各光譜段圖像的疊合。

成像光譜儀數(shù)據(jù)具有光譜分辨率極高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也帶來(lái)了海量數(shù)據(jù)不便于進(jìn)行存貯、檢索和分析的缺點(diǎn)。為了解決這一問題，必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理，而且不能沿用常規(guī)少量波段遙感圖像的二維結(jié)構(gòu)表達(dá)方式。第04章遙感圖像的成像原理成像光譜儀原理簡(jiǎn)介影像數(shù)據(jù)立方體正面的圖像是一幅自己選擇的三個(gè)波段圖像合成，它是表示空間信息的二維圖像，在其下面則是單波段圖像疊合；位于立方體邊緣的信息表達(dá)了各單波段圖像最邊緣各像元的地物輻射亮度的編碼值或反射率。第04章遙感圖像的成像原理4.5合成孔徑側(cè)視雷達(dá)原理簡(jiǎn)介微波遙感（MicrowaveRemoteSensing）因其具有全天候、全天時(shí)的工作能力，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，對(duì)一些物體及地表層具有一定的穿透能力，這些優(yōu)點(diǎn)使它在軍事和民用上都發(fā)揮了重要作用。所以，微波遙感已成為當(dāng)今世界上遙感界研究開發(fā)應(yīng)用的重點(diǎn)。雷達(dá)（Radar）就是一種主動(dòng)式的微波遙感傳感器，它有側(cè)視雷達(dá)和全景雷達(dá)兩種形式，其中在地學(xué)領(lǐng)域主要使用側(cè)視雷達(dá)。第04章遙感圖像的成像原理合成孔徑側(cè)視雷達(dá)原理簡(jiǎn)介側(cè)視雷達(dá)是向遙感平臺(tái)行進(jìn)的垂直方向的一側(cè)或兩側(cè)發(fā)射微波，再接收由目標(biāo)反射后散射回來(lái)的微波的雷達(dá)。通過觀測(cè)這些微波信號(hào)的振幅、相位、極化以及往返時(shí)間，就可以測(cè)定目標(biāo)的距離和特性。按照天線結(jié)構(gòu)的不同，側(cè)視雷達(dá)又分為：真實(shí)孔徑側(cè)視雷達(dá)(SLAR)和合成孔徑側(cè)視雷達(dá)(SyntheticApertureRadar，SAR

)。一、側(cè)視雷達(dá)（SideLookingRadar）第04章遙感圖像的成像原理合成孔徑側(cè)視雷達(dá)原理簡(jiǎn)介真實(shí)孔徑側(cè)視雷達(dá)的工作原理：它是向平臺(tái)行進(jìn)方向（稱為方位向）的側(cè)方（稱為距離向）發(fā)射寬度很窄的脈沖電波波束，然后接收從目標(biāo)返回的后向散射波。按照反射脈沖返回的時(shí)間排列可以進(jìn)行距離向掃描，而通過平臺(tái)的前進(jìn)，掃描面在地表上移動(dòng)，可以進(jìn)行方向向的掃描。二、真實(shí)孔徑側(cè)視雷達(dá)原理第04章遙感圖像的成像原理機(jī)載側(cè)視雷達(dá)的工作原理第04章遙感圖像的成像原理合成孔徑側(cè)視雷達(dá)原理簡(jiǎn)介雷達(dá)影像的空間分辨率包括兩個(gè)方向：距離分辨率和方位分辨率。二、真實(shí)孔徑側(cè)視雷達(dá)原理第04章遙感圖像的成像原理合成孔徑側(cè)視雷達(dá)原理簡(jiǎn)介二、真實(shí)孔徑側(cè)視雷達(dá)原理距離分辨率

距離分辨率是指雷達(dá)所能識(shí)別的同一方位角上的兩個(gè)目標(biāo)之間的最小距離，它由脈沖寬度τ和光速c來(lái)計(jì)算，即為：

c?τ/2

（斜距分辨率）或c?τ/(2cosθd)

（地距分辨率）。θd＝俯角R＝斜距距離向分辨率第04章遙感圖像的成像原理合成孔徑側(cè)視雷達(dá)原理簡(jiǎn)介二、真實(shí)孔徑側(cè)視雷達(dá)原理方位分辨率方位分辨率為波束寬度β與到達(dá)目標(biāo)的距離R之積，即β?R，而波束寬度與波長(zhǎng)λ成正比，與天線孔徑尺寸D成反比，所以方位分辨率為：λ?R/D。D天線βΔL1ΔL2R1R2方位向分辨率第04章遙感圖像的成像原理合成孔徑側(cè)視雷達(dá)原理簡(jiǎn)介由此，要提高真實(shí)孔徑雷達(dá)的距離分辨率，必須降低脈沖寬度τ。然而脈沖寬度過小則反射功率下降，反射脈沖的信噪比降低。為了解決這一矛盾，實(shí)際采用脈沖壓縮的方法，以達(dá)到既不降低功率又減少脈沖寬度的目標(biāo)，從而提高距離分辨率。二、真實(shí)孔徑側(cè)視雷達(dá)原理要提高方位分辨率，就必須增大天線的孔徑D。然而在飛機(jī)或衛(wèi)星上搭載的天線尺寸是有限的。因此，要通過增大天線孔徑來(lái)提高方位分辨率很難實(shí)現(xiàn)。為此，實(shí)際常采用合成孔徑雷達(dá)的方法。第04章遙感圖像的成像原理合成孔徑側(cè)視雷達(dá)原理簡(jiǎn)介二、真實(shí)孔徑側(cè)視雷達(dá)原理合成孔徑雷達(dá)的特點(diǎn)是：在距離向上與真實(shí)孔徑雷達(dá)相同，采用脈沖壓縮來(lái)實(shí)現(xiàn)高分辨率，在方位向上則通過合成孔徑原理來(lái)實(shí)現(xiàn)。第04章遙感圖像的成像原理合成孔徑側(cè)視雷達(dá)原理簡(jiǎn)介合成孔徑原理如圖，其基本思想是：用一個(gè)小天線作為單個(gè)輻射單元，孔徑為D。將此單元沿一直線不斷移動(dòng)，在移動(dòng)中選擇若干個(gè)位置，在每個(gè)位置上發(fā)射一個(gè)信號(hào)，接收相應(yīng)發(fā)射位置的回波信號(hào)，并將回波信號(hào)的幅度連同相位一起貯存下來(lái)。當(dāng)輻射單元移動(dòng)一段距離后，把所有不同時(shí)刻接收到的回波信號(hào)消除因時(shí)間和距離不同引起的相位差，修正到同時(shí)接收的情況，就可以得到與天線陣列相同的效果。三、合成孔徑側(cè)視雷達(dá)工作原理ΔLSθφββsD合成孔徑長(zhǎng)度h實(shí)際孔徑長(zhǎng)度實(shí)際波束寬度合成波束寬度衛(wèi)星高度方位向分辨率偏天底角D：β：βs：h：ΔLS：φ：合成孔徑側(cè)視雷達(dá)工作大原理第04章遙感圖像的成像原理合成孔徑側(cè)視雷達(dá)原理簡(jiǎn)介可以證明：合成孔徑側(cè)視雷達(dá)的方位分辨率是：ΔLs＝D/2。

這表明其方位分辨率與距離和波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，而且實(shí)際天線的孔徑越小，方位分辨率越高。利用合成孔徑技術(shù)，合成后的天線長(zhǎng)度為L(zhǎng)S，則方位分辨率是：ΔLs＝βS?R，其中βS＝λ/(2LS)為合成波束寬度，而LS＝β?R。所以：三、合成孔徑側(cè)視雷達(dá)工作原理合成孔徑側(cè)視雷達(dá)的距離分辨率則與真實(shí)孔徑雷達(dá)相同。第04章遙感圖像的成像原理合成孔徑側(cè)視雷達(dá)原理簡(jiǎn)介此外，合成孔徑側(cè)視雷達(dá)的距離分辨率與方位分辨率都只取決于雷達(dá)本身，而與遙感平臺(tái)無(wú)關(guān)。三、合成孔徑側(cè)視雷達(dá)工作原理雙天線INSAR（SRTM計(jì)劃）第04章遙感圖像的成像原理合成孔徑側(cè)視雷達(dá)原理簡(jiǎn)介透視收縮當(dāng)波束照射到傳感器一側(cè)的斜面時(shí)，其到達(dá)斜面頂部的斜距與到達(dá)底部的斜距之差ΔR比地距之差(水平距離之差)ΔX要小，所以在圖像上斜面的長(zhǎng)度被縮短了，這種現(xiàn)象稱為透視收縮。四、側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特性因?yàn)閭?cè)視雷達(dá)是斜著照射地表的，所以，如果地形有起伏，就會(huì)在圖像上出現(xiàn)透視收縮，頂?shù)孜灰埔约袄走_(dá)陰影等現(xiàn)象，從而使圖像失真。ΔR：斜距之差ΔX：地距頂?shù)孜灰仆敢暿湛s透視收縮與頂?shù)孜灰频?4章遙感圖像的成像原理合成孔徑側(cè)視雷達(dá)原理簡(jiǎn)介四、側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特性地形起伏越大，或波束的照射方向與垂直方向所夾的偏天底角越小時(shí)，這種現(xiàn)就越容易產(chǎn)生。由于起伏地形的前斜面長(zhǎng)度在圖像上被縮短了，從而造成圖像失真。因此，由雷達(dá)圖像正確地判讀斜面形狀及坡度角是很困難的。頂?shù)孜灰仆敢暿湛s進(jìn)一步發(fā)展，使得波束到達(dá)頂部的斜距比到達(dá)底部的斜距更短時(shí)，其頂部和底部是顛倒顯示的，這種現(xiàn)象稱為頂?shù)孜灰?。ΔR：斜距之差ΔX：地距頂?shù)孜灰仆敢暿湛s透視收縮與頂?shù)孜灰频?4章遙感圖像的成像原理合成孔徑側(cè)視雷達(dá)原理簡(jiǎn)介四、側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特性雷達(dá)陰影

雷達(dá)陰影是由波束照射到有起伏的地形時(shí)，在斜面的背后往往存在電波不能到達(dá)的陰影部分而產(chǎn)生的。當(dāng)與傳感器相背的后斜面的坡度角α與偏天底角θ之間滿足（α＋θ）>90°的關(guān)系時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生雷達(dá)陰影。雷達(dá)陰影h?secθαααhθ雷達(dá)陰影的斜距長(zhǎng)度可以由斜面的高差h求出：h?secθ。第04章遙感圖像的成像原理附：與微波遙感有關(guān)的向個(gè)電磁波特征一、疊加當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上的波在空間傳播時(shí)，如果在某點(diǎn)相遇，則該點(diǎn)的振動(dòng)是各個(gè)波獨(dú)立引起該點(diǎn)振動(dòng)時(shí)的疊加。第04章遙感圖像的成像原理附：與微波遙感有關(guān)的向個(gè)電磁波特征二、相干性當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上的波在空間傳播，它們的頻率相同，振動(dòng)方向相同，振動(dòng)位相差是一個(gè)常數(shù)時(shí)，這時(shí)疊加后合成波的振幅是各個(gè)波振幅的矢量和，這種現(xiàn)象稱為干涉。兩波相干時(shí)，在交疊的位置，相位相同的地方，振動(dòng)加強(qiáng)，相位相反的地方振動(dòng)抵消，其他位置均有不同程度的減弱。當(dāng)兩束微波相干時(shí)，在微波雷達(dá)圖像上會(huì)出現(xiàn)顆粒狀或斑點(diǎn)狀特征。當(dāng)兩束波不符合相干條件時(shí)，即為非相干波。這時(shí)疊加后的合成波振幅是各個(gè)波振幅的代數(shù)和，因此上述現(xiàn)象在雷達(dá)圖像上便不會(huì)出現(xiàn)。第04章遙感圖像的成像原理附：與微波遙感有關(guān)的向個(gè)電磁波特征三、