第十一講微波遙感

第十一講微波遙感第1頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二第講、微波遙感

(1)概述(2)側(cè)視雷達系統(tǒng)的工作原理(3)合成孔徑雷達

(4)側(cè)視雷達圖像的幾何特征(5)側(cè)視雷達圖像的信息特點(6)微波傳感器及其遙感平臺第2頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二1、概述1、1微波波段劃分

微波波段三個區(qū)間：毫米波、厘米波和分米微波波段細分：并賦以更詳細的命名如圖7．1列出常用的微波波段：Ka，K、Ku、X、C、S，L、P．其波長與頻率的關(guān)系見表7．1。在微波遙感中．Ka、X、L。等都是常用波段

第3頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二1、概述-微波波長與頻率

波段名稱波長／cm頻率／MHzKa0.75~1.140.000~26.500K1.1~1.6726.500~18.000Ku1.67~2.418.000~12.500X2.4~3.7512.500~8.000C3.75~7.58.000~4.000S7.5~154.000~2.000L15~302.000~1.000P30~1001.000~0.300第4頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二1、概述-1.2微波遙感的優(yōu)點

微波具有穿云透霧能力。

這使遙感探測可以不受天氣影響地進行(波長越長，散射越弱。大氣中的云霧水珠及其他懸浮微粒比起微波波長要小很多)第5頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二1、概述-1.2微波遙感的優(yōu)點微波可以全天候工作可見光由太陽輻射而來，太陽照射時可以觀測到，夜晚就不可能觀測。而微波無論是被動遙感(接收目標(biāo)物發(fā)射的微波信號)或主動遙感(傳感器發(fā)出微波信號再接收地面目標(biāo)物反射回來的信號)都不受黑夜的影響而全天候工作。而且相對于同樣可以進行夜間工作的紅外遙感而言．微波的大氣衰減很小。第6頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二1、概述-1.2微波遙感的優(yōu)點微波對地表面的穿透能力較強一般來說，波長越長．穿透能力越強，但也與地表物質(zhì)的性質(zhì)相關(guān)。沙土、沃土、粘土相比較．干沙土穿透性最強，但土壤中的水分對穿透性影響很大。因此，無論對哪類土壤，濕度越大，穿透性越小。不同的物質(zhì)，微波的穿透能力有很大不同．同樣的頻率對干沙可以穿透幾十米，對冰層則能穿透百米?？偟膩碚f，微波的穿透能力比其他波段強，但需要注意的是，微波對于金屬和其他良導(dǎo)體幾乎是沒有穿透性。第7頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二1、概述-1.2微波遙感的優(yōu)點第四微波還具有某些獨特的探測能力。微波是海洋探測的重要波段，適用于精確的距離測量、海面波動、風(fēng)力等。微波還是測量地面高程、大地水準(zhǔn)面等的良好波段。此外．在土壤水分及地表下測量等方面也是可見光和紅外遙感所達不到的。第8頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二1、概述-1.3微波輻射的特征疊加：當(dāng)兩個或兩個以上的波在空間傳播時。如果在某點相遇．則該點的振動是各個波獨立引起該點振動時的疊加.相干性：兩波相干時，在交疊的位置，相位相同的地方，振動加強，相位相反的地方振動抵消．其他位置均有不同程度的減弱。當(dāng)兩束微波相干時，在微波雷達圖像上會出現(xiàn)顆粒狀或斑點狀特征。當(dāng)兩束波不符合相干條件時，即為非相干波。這時疊加后的合成波振幅是各個波振幅的代數(shù)和．因此上述現(xiàn)象在雷達圖像上便不會出現(xiàn)第9頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二衍射：電磁波傳播過程中，如果遇到不能透過的有限直徑的物體，會出現(xiàn)傳播的繞行現(xiàn)象，即一部分輻射沒有遵循直線傳播的規(guī)律而繞到障礙物的后面，這種改變傳播方向的現(xiàn)象稱為衍射，微波傳播時會發(fā)生衍射現(xiàn)象。1、概述-1.3微波輻射的特征第10頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二極化：電磁波傳播是電場和磁場交替變化的過程．凡它們的方向相互垂直。電場常用矢量表示，矢量必定在與傳播方向垂直的平面內(nèi)。矢量所指的方向可能隨時間變化，也可能不隨時間變化。當(dāng)電場矢量的方向不隨時間變化時．稱為線極化。線極化分為水平極化和垂直極化。1、概述-1.3微波輻射的特征第11頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二1、概述-1.3微波輻射的特征水平極化指電場矢量與雷達波束入射面垂直，記作H。垂直極化是電場矢量與入射面平行．記作v(圖7．4)。雷達波發(fā)射后遇目標(biāo)平面而反射。其極化狀況在反射時會發(fā)生改變．根據(jù)傳感器發(fā)射和接收的反射波極化狀況可以得到不同類型的極化圖像。第12頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二第13頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二第14頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二1、概述-1.3微波輻射的特征極化方式極化方式特征描述水平極化HH發(fā)射和接收的電磁波同為水平極化垂直極化VV發(fā)射和接收的電磁波同為垂直極化交叉極化圖像HV發(fā)射為水平極化H．而接收垂直極化V交叉極化圖像VH發(fā)射垂直極化V。而接收水平相化H圓極化波電場矢量在與傳播方面垂直的平面上運動第15頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二第16頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二微波傳感器可分為兩大類：非成像傳感器和成像傳感器。非成像傳感器：微波散射計，雷達高度計成像傳感器：共同特征是獲得在地面掃描所得到的帶有地物信息的電磁波信號并形成圖像。這些傳感器可以是主動遙感．例如側(cè)視雷達、合成孔徑雷達等。也可以是被動遙感．比如微波輻射計。1、概述-1、4、微波傳感器第17頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二1、概述-1、4、微波傳感器（1）微波輻射計微波輻射計主要用于探測地面各點的亮度溫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，其發(fā)射強度與自身的亮度溫度有關(guān)。通過掃描接收這些信號并換算成對應(yīng)的亮度溫度圖．對地面物體狀況的探測很有意義。第18頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二1、概述-1、4、微波傳感器（2）側(cè)視雷達側(cè)視雷達是在飛機或衛(wèi)星平臺上由傳感器與飛行方向垂直的側(cè)面，發(fā)射一個窄的波束，覆蓋地面上這一側(cè)面的一個條帶．然后接收在這一條帶上地物的反射波．從而形成一個圖像帶。隨著飛行器前進，不斷地發(fā)射這種脈沖波束，又不斷地接收回波，從而形成一幅一幅的雷達圖像。第19頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二第20頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二（3）合成孔徑雷達

合成孔徑雷達與側(cè)視雷達類似．也是在飛機或衛(wèi)星平臺上由傳感器向與飛行方向垂直的側(cè)面發(fā)射信號。所不同的是將發(fā)射和接收天線分成許多小單元，一單元發(fā)射和接收信號的時刻不同。由于天線位置不同，記錄的回波相位和強度都不同。這樣做的最大好處是提高了圖像在飛行方向上的分辨率。天線的孔徑越?。畡t分辨率越高。1、概述-1、4、微波傳感器第21頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二§7.2側(cè)視雷達系統(tǒng)的工作原理側(cè)視雷達系統(tǒng)常表示為SLR(side—lookingradarsystem)。如果是側(cè)視機載雷達系統(tǒng)則表示為SLAR。系統(tǒng)中的天線稱之為真實孔徑天線第22頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二如圖7．6所示。由于電磁波的傳播速度為光速c．發(fā)射和返回的總時間是t．則發(fā)射器和被探測物體的距離D=c.t/2工作原理§7.2側(cè)視雷達系統(tǒng)的工作原理第23頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二第24頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二第25頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二第26頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二2、距離分辨率與方位分辨率雷達圖像的分辨率就是在圖像上一個像元大小對應(yīng)于水平地面的大小。由于一個像元的長和寬對應(yīng)的地面長度和寬度距離常常不相等，因此將分辨率分成二種:把在側(cè)視方向上的分辨率稱為距離分辨率．沿航線方向上的分辨率稱為方位分辨率§7.2側(cè)視雷達系統(tǒng)的工作原理第27頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二第28頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二圖7．8中，C，為光速。即電磁波傳播的速度。是一個脈沖的持續(xù)期。這樣距離分辨率可以表示為是因為傾斜方向的波束投影到地面而產(chǎn)生的因子?！?.2側(cè)視雷達系統(tǒng)的工作原理第29頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二§7.2

側(cè)視雷達系統(tǒng)的工作原理當(dāng)波束傳播時，其寬度與天線的真實孔徑l成反比和微波波長成正比．即則方位分辨率R傾斜距離第30頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二

波長Cm

像元大小(方位分辨率X距離分辨率)(mXm)地面距離5km地面距離20km0．868.6X14.123．0X9．43246.6X18.7125X12．53260.1X46.8161X31．30.8627.3X23.473．1~15．7雷達圖像分辨率的變化比較

第31頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二§7．3合成孔徑雷達

合成孔徑雷達(SAR，synthericapertureradar)也是側(cè)視雷達在沿飛行航跡方向上形成一個天線陣列，并與數(shù)據(jù)記錄和處理過程聯(lián)系在一起。如果與前面所描述的側(cè)視雷達真實孔徑天線來比較，真實孔徑天線是在一個位置上接收地物目標(biāo)的回波，而合成孔徑天線是在不同位置上接收同一地物的回波信號(圖7．10)．這些信號得到的時間不同，相位和強度也不相同．因而形成相干影像。經(jīng)過復(fù)雜的處理，才能得到地面的實際影像。

第32頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二第33頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二合成孔徑雷達系統(tǒng)與真實孔徑側(cè)視雷達系統(tǒng)相比，最大的優(yōu)點在于它的方位分辨與距離只無關(guān)。理論計算表明，合成孔徑雷達在沿航跡的方向上，像元尺寸(分辨率)為rd=li／2(7.5)其中l(wèi)i為天線沿航跡方向的長度(不是全部天線的總長度)

§7．3合成孔徑雷達第34頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二圖(a)代表真實孔徑雷達的狀況。圖(b)代表合成孔徑雷達狀況。第35頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二§7．4側(cè)視雷達圖像的幾何特征一、斜距圖像的比例尺變化雷達圖像是通過天線接收傾斜方向的回波而生成的，我們稱之為斜距(S1ant—range)圖像。而同樣線長的目標(biāo)物A、B、C，由于在不同距離上產(chǎn)生回波，斜距圖像顯示出的地物為A1、B1、C1,其長度與原地物目標(biāo)(A、B、C)的視角的大小相關(guān)(圖7．13)視角越小，也就是地物距天線越近，在斜距圖像上的長度就縮小越多，即A1<B1<C1，從圖上就可以看出，同樣長度的地物，投影到不同視角的對應(yīng)半徑上長度的變化。這種現(xiàn)象稱為斜距顯示的近距離壓縮，隨著地物與雷達天線距離的變化，圖像上的比例尺也在變化。形成幾何失真現(xiàn)象。第36頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二第37頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二觀察圖7．14圖中表示出三種面向雷達發(fā)射的坡度不同的山坡情況二、地形畸變(一)透視收縮和疊掩第38頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二第39頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二二、地形畸變(一)透視收縮和疊掩當(dāng)雷達波束發(fā)出后：對于圖中a，山坡較緩。雷達波束先到坡底，再到坡中部，最后到達坡頂。原來的山坡坡長為L，在圖像上則顯示為⊿R，由于存在視角，則⊿R<L．這種現(xiàn)象叫做透視收縮(foreshortening)。二、地形畸變(一)透視收縮和疊掩二、地形畸變(一)透視收縮和疊掩第40頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二透視收縮是指山上面向雷達的一面在圖像上被壓縮，這一部分往往表現(xiàn)為較高的亮度。根據(jù)前面關(guān)于斜距圖像的分析，坡底的收縮度一定比坡頂?shù)氖湛s度大。各處收縮尺度不同顯然．山坡的坡度越大，收縮量越大(圖7．15)二、地形畸變(一)透視收縮和疊掩第41頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二對于圖7．14圖中b，山坡傾斜度很大，致使雷達波束傳播時，先到坡頂再到坡中部，最后到達坡底。這時，原來的山坡波長L，在圖像上顯示為⊿R’，顯然⊿R’<L。但這時靠近天線的一端是山頂而不是山底，正好與圖a相反。也就是說當(dāng)面向雷達的山坡很陡時，出現(xiàn)山頂比山底更接近雷達的情況因此在圖像的距離方向．山頂與山底的相對位置出現(xiàn)顛倒，這種現(xiàn)象叫做雷達疊掩(1ayover)。同時收縮度也與前面相反，坡底的收縮度變小，坡頂收縮度變大。二、地形畸變(一)透視收縮和疊掩第42頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二對于圖7．14中c，即斜坡上的部位基本位于與天線同等的距離．同時反射回去．在圖像上斜坡成為一個點，坡度長度看不到了。二、地形畸變(一)透視收縮和疊掩第43頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二這里特別要注意圖像中的疊掩現(xiàn)象，這種成像與一般的航空攝影和掃描影像山坡的走向方向相反。解譯時要特別小心(圖7．16)二、地形畸變(一)透視收縮和疊掩第44頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二(二)背坡影像和陰影

分析背向雷達天線的坡面影像狀況。如果后坡坡度角很小，即坡度很緩時，即便是背向，雷達波束仍可以達到。這時與前坡相比。若坡度角相同，坡長也相同，由于背坡入射時，入射角大，更加傾斜射入，所以在圖像上后坡一定比前坡要長，表7．3列出了前后坡坡度均為15°，不同視角時在雷達影像上前后坡的長度比例情況。當(dāng)波束入射越傾斜，視角越大，這個比值越小。二、地形畸變第45頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二

視角(波束與垂直方向夾角)雷達坡度長度(原山坡坡長為1)坡比(后坡／前坡)前坡后坡5°OO．50∞25°O．7O．643．7635°O．34O．772．2645°O．50O．871．7455°O．64O．941．4765°O．77O．981．2875°O．871．OO1．15第46頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二應(yīng)該注意到，由于前坡影像收縮的多，能量相對集中，所以在影像上總是前坡比后坡亮度高。在解譯時要注意前后坡的長度畸變和亮度差異。當(dāng)后坡坡度角較大時，雷達波束不能到達后坡坡面上，這時沒有回波信號產(chǎn)生，在圖像上這——位置出現(xiàn)暗區(qū)．稱為雷達陰影(shadow)(一般來說．當(dāng)山坡后坡的坡度與視角之和大于90°時產(chǎn)生陰影)二、地形畸變(二)背坡影像和陰影第47頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二與疊掩的情況相反，山坡距雷達天線越遠，波束越傾斜，或者山坡后坡傾角越大，陰影也越長．陰影區(qū)面積越大。這一點與可見光照射時產(chǎn)生陰影的原理類似．但雷達是光束照射在不同位置上視角變化，而可見光是近似平行光照射，視角不變(如圖)。

第48頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二有時由于地勢起伏，山峰高聳．面向衛(wèi)星的山前坡產(chǎn)生疊掩，山后坡產(chǎn)生陰影。當(dāng)衛(wèi)星在圖像左側(cè)時，圖像右邊的陰影長于左邊的陰影，與衛(wèi)星視角的加大密切相關(guān)，在解譯時需注意雷達影像獨特的幾何特性。在利用二條航線觀察同一地區(qū)時，由于觀察角度的不同，可以產(chǎn)生視差。

(二)背坡影像和陰影二、地形畸變第49頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二利用航空影像像對或SPOT衛(wèi)星的像對都可以作立體觀察，而雷達影像則不然，當(dāng)在同一地物的兩側(cè)觀察，常常產(chǎn)生相反的結(jié)果。因此為了取得立體效果，采用二條不同航線同一側(cè)觀察，利用觀察角度不同，產(chǎn)生立體效果。

二、地形畸變(二)背坡影像和陰影第50頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二當(dāng)電磁波波束射向地面目標(biāo)后，地面目標(biāo)可能產(chǎn)生反射、透射和吸收，也可能產(chǎn)生散射。當(dāng)?shù)孛婺繕?biāo)非常光滑時，例如金屬，這時電磁波產(chǎn)生鏡面反射，沒有或很少有回波返回到接收天線，圖像上呈現(xiàn)黑色(圖7．18a)7．5側(cè)視雷達圖像的信息特點第51頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二當(dāng)?shù)孛婺繕?biāo)的吸收能力很強時。例如水體，幾乎沒有雷達波束返回到接收天線，圖像也呈現(xiàn)黑色7．5側(cè)視雷達圖像的信息特點第52頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二當(dāng)?shù)孛婺繕?biāo)的表面狀況粗糙．電磁波射人后向四面八方發(fā)生不同角度的反射，這就產(chǎn)生了散射作用。散射發(fā)生時，雷達波有后向散射，即在入射方向上返回，被接收天線接收(圖7．18b)。7．5側(cè)視雷達圖像的信息特點第53頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二還有一種情況是入射波束沒有從地物表面發(fā)生后向散射，但由于建筑物或高出地面的某些物體接收反射信號后的二次反射使接收天線接收到回波，這種反射叫角反射(圖7．18c)。7．5側(cè)視雷達圖像的信息特點第54頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二結(jié)論：天線接收回波輻射信號后形成微波圖像，圖像上的亮度差異就是天線接收的輻射強弱差異。這種差異引起的原因，除了與地面目標(biāo)的特征密切相關(guān)外，還與波長、人射角、極化情況等多種因素相關(guān)。7．5側(cè)視雷達圖像的信息特點第55頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二一、地面狀況、波長、入射角的影響

一般來說，光滑表面對應(yīng)微波反射．而粗糙表面對應(yīng)微波散射，或者介于二者之間，即反射較強并與散射并存。但是對于什么是光滑表面，什么是粗糙表面，什么是介于二者中間。并沒有絕對的定義．而是與入射波長及接觸地面的入射角密切相關(guān)，是一個相對的概念。同樣的地面狀況，對于波長短的波束是粗糙面，對于波長長的波束就可能是光滑面了。入射角的影響也是類似．入射角越大，地面的粗糙度就變小了。第56頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二例如比較X波段(波長為2．4～3．75cm)和L波段(波長為15—30cm)在相同入射角的情況下，不同地面的粗糙度狀況對反射的影響會發(fā)現(xiàn)，同樣地面狀況對L波段，粗糙度相對較小，散射較弱。一、地面狀況、波長、入射角的影響第57頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二極化是微波的一個突出特點圖7．19是真實孔徑側(cè)視航空雷達(SLAR)的不同極化影像。圖中可見HV極化圖像比HH極化圖像反差大。注意圖中的B點是兩種沖積狀況不同物質(zhì)的交界線，在HV圖像上非常清楚，而在HH圖像上卻看不見，可見圖像的極化狀況對于今后圖像的解譯緊密相關(guān)二、極化對圖像的影響第58頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二第59頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二三、雷達圖像中的亮斑雷達圖像上常常會產(chǎn)生許多不同亮度的斑點．影響圖像解譯．這些亮斑點的產(chǎn)生是因為信號從地面返回，被傳感器接收時．這些點的信號特別強于周圍像元點的信號而形成的。一般來說．這種現(xiàn)象產(chǎn)生的地物目標(biāo)有面目標(biāo)(也叫分布目標(biāo))、點目標(biāo)和“硬”目標(biāo)第60頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二三、雷達圖像中的亮斑面目標(biāo)或分布目標(biāo)是指同類的點或物質(zhì)隨機分布，并且表面粗糙的大塊地區(qū)。例如：草地，草地中的草可以認為是隨機分布的。由于位置不同．它們接收到的雷達波位相不同，回波的初位相和振幅都不相同。這樣雷達天線所接收的電磁波就有最強信號和最弱信號之間的周期性變化．在圖像上表現(xiàn)為亮點和暗點相間的圖斑。由于亮點突出，這一現(xiàn)象叫做光斑效應(yīng)(圖7．20)。幾何分辨率越高，這種效應(yīng)越強，所以常常用降低分辨率的方法來減少光斑效應(yīng)。第61頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二第62頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二三、雷達圖像中的亮斑點目標(biāo)是指特殊的目標(biāo)點，它的大小比一個像元還要小，并且目標(biāo)的性質(zhì)不同于周圍的其他目標(biāo)點．因此散射的回波明顯不同于周圍目標(biāo)的回波。當(dāng)該點目標(biāo)的回波信號相當(dāng)強時，就被明顯地突出出來，成為亮點。第63頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二三、雷達圖像中的亮斑

硬目標(biāo)主要指人工的建筑目標(biāo)．例如，橋梁、輔電線和房屋等。這些目標(biāo)反射強度都很高．而它們的位置或者與雷達波束相垂直，直接反射，或者與周圍目標(biāo)一起產(chǎn)生角反射．或者由于其他原因?qū)е禄夭ㄐ盘柡軓?，于是這種回波信號在圖像上形成亮點或亮線。一旦形成硬目標(biāo)亮點或亮線，其亮度一定是非常強

(圖7．21)。第64頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二第65頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二四、物理性質(zhì)對圖像的影響地物目標(biāo)復(fù)介電常數(shù)與雷達回波的關(guān)系：物體的復(fù)介電常數(shù)越高，對雷達波束的反射作用越強．穿透作用越小．如果與地物目標(biāo)的水分相聯(lián)系，復(fù)介電常數(shù)越高，水分含量也越高。因此，當(dāng)?shù)匚锬繕?biāo)含水量高時，反射能力變高而穿透力變?nèi)酰?6頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二四、物理性質(zhì)對圖像的影響圖7．22反映3月到11月Ka波段草的雷達回波強度變化，這種季節(jié)性的變化是由于含水量的季節(jié)變化引起，六七月份草中含水量高，回波信號也強第67頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二四、物理性質(zhì)對圖像的影響回波信號的強度還與輻射波長(或頻率)關(guān)系：波長越短，頻率越高．能量衰減大，穿透率越差。這種作用對于植被的探測影響最大。當(dāng)波長短．頻率高時，穿透能力差，所以回波從植被上部產(chǎn)生，易于探測樹冠；當(dāng)波長長．頻率低時，穿透力強．回波主要來自植被下的地表面，易于探測土壤。這點在解譯時要特別注意。第68頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二五、某些地物的雷達影像實例-(一)土壤圖7．23是非洲撒哈拉沙漠埃及東南部影像的比較圖。其中a圖是陸地衛(wèi)星MSS的黑白彩紅外影像．b圖是L波段雷達影像，從中可以看出由于沙土對可見光和近紅外波段反射率很高，因此圖像上亮度高而且差別?。床怀鎏嘈畔?。而雷達影像上卻看到了清晰的河流和臺地。這是埋在沙漠下面的古河道。甚至是過去的農(nóng)田區(qū)域。雷達影像發(fā)現(xiàn)了許多過去不為人知的歷史地貌狀況。第69頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二圖7．23撒哈拉沙漠的影像比較(a)MSS彩紅外影像(黑白印刷)(b)SIR—A圖像，L波段第70頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二五、某些地物的雷達影像實例-(一)土壤因為這里水的復(fù)介電常數(shù)要高于干土10倍以上。當(dāng)裸土含水時，雷達僅可以探測土表幾厘米的含水層，而在極度干旱的沙漠條件下用L波段，信號就可以穿透幾米深。由于含水量低，波長長，因而可以探測到沙漠的沙層下面狀況。第71頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二五、某些地物的雷達影像實例-(二)植被在同一農(nóng)業(yè)地區(qū)．不同波段的雷達影像明顯不同?？梢妼τ跋穹治鲆郧耙私庵脖粚τ谀程囟úㄩL的反應(yīng)。一般來說較短的波段(2—6cm)能較好地探測農(nóng)作物和樹葉冠層。植被下土壤的信息較少．而較長的波段(10一30cm)則較好地探測樹干和樹枝，另外含水較多的植被．其后向散射要強于含水分較少的干旱植被。第72頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二圖7.24波長越長，對植被的穿透性越好第73頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二圖7.25航空SAR圖像中的農(nóng)業(yè)地區(qū)，HH同極化C波段(3.5—7.5cm)L波段(15~30cm)P波段(30～100cm)第74頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二五、某些地物的雷達影像實例-(三)水和冰研究表明：當(dāng)水面波高大于1m．表面風(fēng)速超過2m／s時．L波段雷達系統(tǒng)可以探測到波長大于100m的波浪，特別是水浪運動方向與航行方向垂直時更易探測。比如潮汐運動時，水的運動可以清楚地在圖像上看到，甚至在海岸線附近．其紋理與水底沙丘走向一致。第75頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二圖7．26洞湖庭雷達影像第76頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二杭州灣漬水區(qū)雷達影像圖7．27第77頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二雷達對于冰的探測與冰的復(fù)介電特性、空間分布，年齡、表面粗糙度、內(nèi)部幾何形狀、溫度、雪的覆蓋等多因素有關(guān)。一般來說．X和C波段可以探測冰的類型和推斷冰層厚度，而L波段則只能對冰作整體探測。雷達判別水體特別方便，其原因是水體對雷達波的吸收比較完全，在影像上水陸邊界黑白分明(圖7．26)。當(dāng)土壤含水量很高，但又無明水，即發(fā)生漬的時候，在雷達影像上反而發(fā)亮，因此也是探測堤防險情的有力工具。(圖7．27)五、某些地物的雷達影像實例-(三)水和冰第78頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二五、某些地物的雷達影像實例-(四)城區(qū)由于城市建筑物多，金屬和光滑材料多，正對波束入射方向的地物或容易產(chǎn)生角反射的地物是城市微波遙感的主要目標(biāo)，因為其回波反射很強，在雷達圖像上城區(qū)一定是高亮度的(參考圖7．21)第79頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二§7．6微波傳感器及其遙感平臺一、海洋衛(wèi)星海洋衛(wèi)星系列的第一顆是1978年6月發(fā)射的SEASAT—1。最初的目的是對全球表面波和極地海冰條件的監(jiān)測．但得到圖像后卻發(fā)現(xiàn)了許多海洋和大氣現(xiàn)象的光譜特征，例如，內(nèi)波，渦流。暴風(fēng)。降雨以及海洋測量特征等。同時海洋衛(wèi)星對陸地的覆蓋部分也顯示了地質(zhì)、水資源、土地覆蓋制圖、農(nóng)業(yè)評價和其他相關(guān)的應(yīng)用前景。第80頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二§7．6微波傳感器及其遙感平臺

這一系統(tǒng)可以覆蓋全球海洋的95％，具有良好的應(yīng)用前景。只可惜由于能源系統(tǒng)的問題，只獲得了99天的數(shù)據(jù)資料。盡管如此Seasat—1在海洋衛(wèi)星歷史上的貢獻是非常大的。我國在2002年5月發(fā)射了第一顆海洋探測衛(wèi)星“海洋一號”

第81頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二§7．6微波傳感器及其遙感平臺二、航天飛機成像雷達

美國航天飛機上的雷達傳感器屬側(cè)視雷達（S1R)系統(tǒng)，共發(fā)射三次，1981年的SIR—A，1984年的SIR—B和1994年的SIR—C。這三個系統(tǒng)都與SEASAT—1有共同點．并且每一次都比前一次有所改進，表7．4對比了這四種雷達系統(tǒng)的異同點。第82頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二表7．4合成孔徑雷達參數(shù)比較

第83頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二三、加拿大遙感衛(wèi)星RADARSATRADARSAT的合成孔徑雷達系統(tǒng)(SAR)采用C波段(5．6cm)HH極化(見第六章)。它的最突出的優(yōu)點是．該系統(tǒng)有町變的波束選擇方式，包括多種地面刈幅(Swarhwidth)、分辨率，視角等。還有寬波束的掃描“ScanSAR”方式

第84頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二波束方式波束位置數(shù)刈幅/KM視角／度分辨率／m標(biāo)準(zhǔn)模式（s）710020~4925寬幅模式（w）3156-16520~3930精細模式(F)5+4537~488超高模式(EH)67550~6025超低模式(EL)117010~2335窄掃描ScanSAR~(SN)230520~4650寬掃描ScanSAR~(SW)151020~49100RADARSAT-1波束選擇方式

第85頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二第86頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二從表中看：精細模式有最高的空間分辨率，最小的成像范圍；標(biāo)準(zhǔn)模式有7個成像位置，優(yōu)秀的圖像質(zhì)量；寬模式的分辨率與標(biāo)準(zhǔn)模式接近．成像范圍更大，但這是以輕微犧牲圖像質(zhì)量為代價的；超低模式由于成像在最佳角度范圍外，圖像質(zhì)量可能有少許降低，超高模式有6個成像位置，優(yōu)秀的圖像質(zhì)量，但同樣由于成像在最佳角度范圍外，圖像質(zhì)量可能有少許降低。

第87頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二四.其他雷達衛(wèi)星(一)ALMAZ1991年3月31日蘇聯(lián)第—一個發(fā)射地球軌道雷達系統(tǒng)用于商業(yè)，稱之為ALMAZ。衛(wèi)星工作18個月后，于1992年lO月17日返回地球.(二)ERSERS是歐空局(EuropeanSpaceAgency)發(fā)射第一種遙感衛(wèi)星(第六章)。其中C波段主動微波儀AMI是SAR系統(tǒng)，可以有選擇地以成像方式工作第88頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二四.其他雷達衛(wèi)星(三)ENVISAT

歐洲空間局(ESA)于2002年3月1日發(fā)射一顆先進的歐洲環(huán)境觀測衛(wèi)星(Envisat)。傳感器有先進的合成孔徑雷達(ASAR)、中分辨率圖像光譜儀(MERIS)，以及先進的沿跡向掃描輻射計(AATSR)等最主要的是ASAR系統(tǒng)，這個系統(tǒng)使用C波段，其波長類似于安裝在ERS—1和ERS—2上的SAR系統(tǒng)。在成像方式上，ASAR可以生成4種高分辨率觀測圖像(30m)和7種預(yù)設(shè)幅寬．刈幅從58到109km和視角從14°到45°。第89頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二ASAR還有多種觀測方式：①全球監(jiān)測方式：提供1km低分辨率的405km寬的HH與VV極化圖像，②波方式：測量海波活動中從海洋表面的后向散射變化；③可變的極化方式：提供在任何時間的兩種極化操作的30m高分辨率圖像，極化方式為HH和VV，VV和VH，或HH和HV；④寬掃描(Scan—SAR)方式：提供150m中分辨率的405kin寬的HH與VV極化圖像。四.其他雷達衛(wèi)星第90頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二四.其他雷達衛(wèi)星(四)JERS日本國家空間發(fā)展部于1992年2月11日發(fā)射的衛(wèi)星稱為JERS。該衛(wèi)星一直工作到1998年10月12日。(五)ALOS日本計劃于2004年發(fā)射一先進的陸地觀測衛(wèi)星(ALOS)搭載更先進的多角度多極化多分辨串的傳感器，相位陣列L波段合成孔徑雷達(PALSAR)．相信其探測能力會大大增強，從而獲得更多更細的地面信息。

第91頁，共98頁，2023年，2月20日，星期二四.其他雷達衛(wèi)星(六)LIGHTSAR這