微波遥感与成像侧视雷达工作原理课件.ppt

1、12微波波段划分微波波段划分3微波遥感的特点：1、能全天候、全天时工作2、对某些地物具有特殊的波谱特征：在微波波段，水的比辐射率为0.4，冰的比辐射率为0.99；而在红外波段，水的比辐射率为0.96，冰的比辐射率为0.92。3、对冰、雪、森林、土壤等具有一定穿透能力。4、对海洋遥感具有特殊意义：适合于海面动态情况（海面风、海浪等）的观测 5、分辨率较低，但特性明显。4微波遥感方式：主动和被动微波遥感方式：主动和被动5微波遥感传感器分类微波遥感传感器分类主动方式被动方式1、雷达（侧视雷达）：成像2、微波高度计：不成像3、微波散射计：不成像1、微波辐射计：成像2、微波散射计：不成像6微波遥感传感器

2、分类微波遥感传感器分类微波散射计：测量地物的散射或反射特性微波散射计：测量地物的散射或反射特性微波高度计：测量目标物与遥感平台间的距离，从而准确微波高度计：测量目标物与遥感平台间的距离，从而准确得知地表高度变化，海浪的高度等参数。得知地表高度变化，海浪的高度等参数。根据发射波和接收波间的时间差，测出距离。根据发射波和接收波间的时间差，测出距离。7微波遥感传感器分类微波遥感传感器分类微波辐射计微波辐射计 微波辐射计主要用于探测地面各点的微波辐射计主要用于探测地面各点的亮度温度亮度温度并生成并生成亮度温度图像。由于地面物体都具有发射微波的能力亮度温度图像。由于地面物体都具有发射微波的能力,其其发射

3、强度与自身的亮度温度有关。通过发射强度与自身的亮度温度有关。通过 扫描接收这些信扫描接收这些信号并换算成对应的亮度温度图号并换算成对应的亮度温度图,对地面物体状况的探测很对地面物体状况的探测很有意义。有意义。亮度温度是指辐射出与被测物体相等的辐射能量的黑体的温度。8微波遥感传感器分类微波遥感传感器分类侧视雷达侧视雷达 侧视雷达是在飞机或卫星平台上由传感器向与飞行方侧视雷达是在飞机或卫星平台上由传感器向与飞行方向垂直的侧面向垂直的侧面,发射一个窄的波束发射一个窄的波束,覆盖地面上这一侧面覆盖地面上这一侧面的一个条带的一个条带,然后接收在这一条带上地物的反射波然后接收在这一条带上地物的反射波,从而

4、从而形成一个图像带。随着飞行器前进形成一个图像带。随着飞行器前进,不断地发射这种脉冲不断地发射这种脉冲波束波束,又不断地接收回波又不断地接收回波,从而形成一幅一幅的雷达图像从而形成一幅一幅的雷达图像。雷达成像的基本条件：雷达发射的波束照在目标不同部位时，要有时雷达成像的基本条件：雷达发射的波束照在目标不同部位时，要有时间先后差异，这样从目标反射的回波也同时出现时间差，才有可能区间先后差异，这样从目标反射的回波也同时出现时间差，才有可能区分目标的不同部位。分目标的不同部位。9合成孔径雷达合成孔径雷达 合成孔径雷达与侧视雷达类似合成孔径雷达与侧视雷达类似,也是在飞机或卫星平台上由传感也是在飞机或卫

5、星平台上由传感器向与飞行方向垂直的侧面发射信号。所不同的是将发射和接收天线器向与飞行方向垂直的侧面发射信号。所不同的是将发射和接收天线分成许多小单元分成许多小单元,每一单元发射和接收信号的时刻不同。由于天线位每一单元发射和接收信号的时刻不同。由于天线位置不同，记录的回波相位和强度都不同。置不同，记录的回波相位和强度都不同。目的：提高图象在飞行方向的分辨率。目的：提高图象在飞行方向的分辨率。微波遥感传感器分类微波遥感传感器分类10侧视雷达工作原理侧视雷达工作原理 雷达发射器通过天线在很短的微秒级时间内发射一束能雷达发射器通过天线在很短的微秒级时间内发射一束能量很强的脉冲波，当遇到地面物体时，被反

6、射回来的信号再量很强的脉冲波，当遇到地面物体时，被反射回来的信号再被天线接收。被天线接收。由于系统与地物距离不同，同时发出的脉冲，接收的时由于系统与地物距离不同，同时发出的脉冲，接收的时间不同。间不同。11遥感平台向前飞行，天线发射和接收雷达脉冲交替进行；遥感平台向前飞行，天线发射和接收雷达脉冲交替进行；在波束宽度范围内，地面不同的地物由于距离不同而在不在波束宽度范围内，地面不同的地物由于距离不同而在不同的时间反射回波。反射回波的信号记录一条图象扫描线。同的时间反射回波。反射回波的信号记录一条图象扫描线。返回的信号被天线接收并记录下来返回的信号被天线接收并记录下来侧视雷达工作原理侧视雷达工作原

7、理12侧视雷达工作原理侧视雷达工作原理有关术语有关术语A：飞行方向；：飞行方向；B：天底方向：天底方向E：方位向；：方位向；D：距离向；：距离向；C：扫描宽度：扫描宽度13侧视雷达工作原理侧视雷达工作原理有关术语有关术语A入射角;B视角;C斜距;D地距;俯角14侧视雷达工作原理侧视雷达工作原理有关术语有关术语A:近射程（near range）;B:远射程（far range）15侧视雷达工作原理侧视雷达工作原理距离分辨力距离分辨力Pg在侧视方向的分辨率在侧视方向的分辨率距离分辨率距离分辨率 Pg=c /2sin 脉冲持续期（脉冲宽度），脉冲持续期（脉冲宽度），视角，视角，c光速光速越大（俯角（

8、越大（俯角（90-）越小），越小），Pg越小，分辨率越高越小，分辨率越高即：距离越近，距离向分辨率即：距离越近，距离向分辨率越低越低/216距离越近，方位分辨率越高；与距离向分辨率变化规律相反距离越近，方位分辨率越高；与距离向分辨率变化规律相反沿航线方向的分辨率沿航线方向的分辨率方位分辨率，沿迹分辨率方位分辨率，沿迹分辨率 Pa=*R波束宽度，波束宽度，R天线到该像元的倾斜距离天线到该像元的倾斜距离=/l,波长，波长，l天线长度天线长度 Pa=(/l)*R天线越长，天线越长，Pa越小，方位分辨率越高越小，方位分辨率越高侧视雷达工作原理侧视雷达工作原理方位分辨力方位分辨力Pa17合成孔径雷达工作

9、原理合成孔径雷达工作原理合成孔径雷达（合成孔径雷达（SAR，Synthetic Aperture Radar）,也是侧视也是侧视雷达。雷达。利用短的天线，通过修改数据记录和处理技术，利用短的天线，通过修改数据记录和处理技术，产生很长孔径天线的效果，等于通过加长天线孔径来提高观产生很长孔径天线的效果，等于通过加长天线孔径来提高观测精度。测精度。在沿飞行航迹方向上形成一个天线阵列，并与数据记录和处在沿飞行航迹方向上形成一个天线阵列，并与数据记录和处理过程联系在一起。理过程联系在一起。在不同位置接收同一地物的回波信号，信号得到的时间不同，在不同位置接收同一地物的回波信号，信号得到的时间不同，相位和强

10、度不同，形成相干影象。经过复杂的处理，得到地相位和强度不同，形成相干影象。经过复杂的处理，得到地面的实际影象面的实际影象18合成孔径雷达工作原理合成孔径雷达工作原理19合成孔径雷达工作原理合成孔径雷达工作原理理论计算表明，合成孔径雷达在沿航迹方向的分辨率为：ra=l/2 l为天线长度20合成孔径雷达工作原理合成孔径雷达工作原理21合成孔径雷达工作原理合成孔径雷达工作原理22合成孔径雷达工作原理合成孔径雷达工作原理23几何特征：目标地物的大小、形状及空间分布特点；几何特征：目标地物的大小、形状及空间分布特点；物理特征：目标地物的属性特点；物理特征：目标地物的属性特点；时间特征：目标地物的变化动态

11、特点时间特征：目标地物的变化动态特点 24 遥感图象上能够详细区分的最小单元的尺寸，是用来遥感图象上能够详细区分的最小单元的尺寸，是用来表征图象分辨地面目标细节能力的指标。通常用像元表征图象分辨地面目标细节能力的指标。通常用像元大小、像解率或视场角来表示。大小、像解率或视场角来表示。像元（像元（pixel）：将地面信息单元离散化而形成的格网）：将地面信息单元离散化而形成的格网单元，单位为米，是组成图象的基本单元。像元越小，单元，单位为米，是组成图象的基本单元。像元越小，空间分辨率越高；空间分辨率越高；像解率是用单位距离内能分辨的线宽或间隔相等的平像解率是用单位距离内能分辨的线宽或间隔相等的平行

12、细线的条数来表示，如线行细线的条数来表示，如线/毫米或线对毫米或线对/毫米；毫米；瞬时视场角瞬时视场角(instantaneous field of view,IFOV):指传感指传感器的张角及瞬时视域，又称器的张角及瞬时视域，又称角分辨率角分辨率。传感器在某一时刻所能感测的外来光（或其它电磁波）所来自的传感器在某一时刻所能感测的外来光（或其它电磁波）所来自的空间角度区域空间角度区域空间分辨率空间分辨率25分辨率（像元大小）分辨率（像元大小）=平台高度平台高度*角分辨率（弧度）角分辨率（弧度）D=H*IFOV如，飞机飞行高度如，飞机飞行高度8000米，角分辨率为米，角分辨率为2.5毫弧度，毫弧

13、度，则地面分辨率为：则地面分辨率为：8000m*2.5*10-3=20m空间分辨率空间分辨率26不同空间分辨率的图象不同空间分辨率的图象271米米2810米米2930米米3080米31传感器在接收目标辐射的光谱时能分辨的最小波长间隔。传感器在接收目标辐射的光谱时能分辨的最小波长间隔。间隔愈小，分辨率愈高间隔愈小，分辨率愈高或：所记录的电磁波谱中，某一特定的波长范围值，越或：所记录的电磁波谱中，某一特定的波长范围值，越宽，分辨率越低宽，分辨率越低不同光谱分辨率的传感器对同一地物的探测效果有很不同光谱分辨率的传感器对同一地物的探测效果有很大区别；大区别；如如MSS（100-200nm）、）、AVI

14、RIS（10 nm）传感器的波段选择必须考虑目标的光谱特征值，才能传感器的波段选择必须考虑目标的光谱特征值，才能取得好效果取得好效果感测人体选择感测人体选择8-12 m,探测森林火灾应选择探测森林火灾应选择3-5 m波谱分辨率波谱分辨率32波谱分辨率波谱分辨率33波谱分辨率波谱分辨率34辐射分辨率辐射分辨率 传感器接收光谱信号时，能分辨的最小辐射差。在遥传感器接收光谱信号时，能分辨的最小辐射差。在遥感图象上表现为每一像元的辐射量化级感图象上表现为每一像元的辐射量化级(D)。如如6bit,7bit,8bit,11bit,一个一个6-bit 的传感器可以记录的传感器可以记录26级（级（64）的亮度

15、值，）的亮度值，一个一个8-bit 的传感器可以记录的传感器可以记录28级（级（256）的亮度值，）的亮度值，一个一个12-bit 的传感器可以记录的传感器可以记录212级（级（4096）的亮度值）的亮度值358-bit256 greys6-bit64 greys4-bit16 greys3-bit8 greys2-bit4 greys1-bit2 greys辐射分辨率辐射分辨率36Maximum brightness=255Maximum brightness=127辐射亮度范围辐射亮度范围37对同一目标进行重复探测时，相邻两次探测的时间间隔，对同一目标进行重复探测时，相邻两次探测的时间间隔，（重访周期）（重访周期）短：一天内的变化，小时为单位短：一天内的变化，小时为单位中：一年内的变化，以天为单位中：一年内的变化，以天为单位长：以年为单位长：以年为单位LANDSAT：16 天；天；CBERS：26天；天；太阳同步气象卫星：太阳同步气象卫星：0.5天天动态监测动态监测时间分辨率时间分辨率