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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,微波遙感,遙感科學與技術系,2010-9-26,2010-2011,第一學期,參考書目：,微波遙感原理 舒寧 武漢大學出版社,(2000-03,出版,),主動式雷達遙感 隋立春 測繪出版社,(2009-05,出版,),地球衛(wèi)星遙感卷,1:,理論與儀器 曲,(,Qu.J.J,.),、等 清華大學出版社,(2006-09,出版,),微波技術基礎 廖承恩 西安電子科技大學出版社,(1994-12,出版,),第一章 微波遙感原理,1.1,引言,空間遙感是在空間,(,衛(wèi)星,),平臺上用電磁波與地球大氣、地表、海洋環(huán)境

2、相互作用的散射與輻射來進行觀測。它從可見光攝影開始，經過紅外熱輻射探測，到,20,世紀,70,年代已發(fā)展到微波、毫米波遙感。,1.1.1,微波遙感的學科地位、優(yōu)越性,微波在電磁波譜中的位置,-,長波端,1,）波長范圍,可見光,-,近紅外遙感載波波長,0.38-0.76um,熱紅外遙感載波波長,0.76-1000um,微波遙感載波波長,1-1000mm,微波的頻譜與能量譜,(1,焦耳,=10,7,耳格,)(MKS,制,-CGS,制,),2,）波段劃分,微波波段,毫米波,厘米波,分米波,0.1-1.0mm,0.1-1.0cm,0.1-1.0m,Ka,K,Ku,X,C,S,S,L,P,3,）微波波段

3、名稱與相對頻率、波長,v=,f,F(GHz,),(mm,),(cm,),P,0.23,0.39,1333.33,769.23,133.33,76.92,L,0.39,1.55,769.23,193.55,76.92,19.35,S,1.56,4.20,192.93,71.43,19.29,7.14,C,4.20,5.75,71.43,52.17,7.14,5.22,X,5.75,10.90,52.17,27.52,5.22,2.75,K,10.90,36.00,27.52,8.33,2.75,0.83,Q,36.00,46.00,8.33,6.52,0.83,0.65,V,46.00,56.0

4、0,6.52,5.36,0.65,0.54,W,56.00,100.00,5.36,3.00,0.54,0.30,4,）常見雷達衛(wèi)星載波,衛(wèi)星,發(fā)射,波段,波長,(CM),頻率,(GHZ),SAESAT,1978,L,23.5,1.275,SIR-A,1981,L,23.5,1.278,SIR-B,1984,L,23.4,1.282,SIR-C/X-SAR,1994,L/C/X,23.5/5.8/3.1,Lacrosse,1988,L,、,X,23.5/3.0,1.278/10,ALMAZ,1991,L,10,3.1,ERS-1/2,1991/1995,C,5.7,5.25,JERS-1,19

5、92,L,23.5,1.275,RADARSAT-1,1995,C,5.7,5.25,XSAR/SRTM,2000,C,5.7,5.25,ENVISAT,2002,C,5.7,5.25,ALOS PALSAR,2005,L,23.5,1.275,RADARSAT-2,2005,C,5.7,5.25,COSMO Sky-med,2007,X,3.1,10,Terra SAR-X,2009,X,3.1,10,1.1.2,優(yōu)越性,-,全天候，全天時，穿透性,微波能穿透云霧、雨雪，具有全天候工作能力。,全天時工作能力。,微波對地物具有一定穿透性。,微波能提供不同于可見光和紅外遙感所能提供的信息。,微波

6、遙感的主動方式不僅記錄電磁波振幅信號，而且可以記錄電磁波相位信息。,行星際探測的主要手段。,1,）全天候工作能力,All weather capabilities,對云的透過性,（全球日平均云層覆蓋率為,40%-60%,）,C,S,X,對雨的透過性,當波長大于,3cm,大雨傾盆的地區(qū),對微波影響很小。,C,S,X,2,）全天時工作,Day/night capabilities,雷達是有源傳感器（自己提供照射）并不依賴于日光。,在汶川地震遙感監(jiān)測中，高分辨率,SAR,發(fā)揮了重要作用。,在,5,月,13,日至,5,月,15,日，災區(qū)一直是陰雨天，光學遙感（衛(wèi)星和航空）都無法得到圖像，通訊也基本中斷

7、，,5,月,13,日日本方面,ALOS PALSAR,首先獲得,ScanSAR,模式的圖像，但是分辨率為,100,米，無法應用；意大利的,COSMO,SkyMed,首先得到都江堰,3,米和,1,米分辨率的,SAR,圖像；,5,月,14,日我國的遙感,1,號得到分辨率為,5,米的災區(qū),SAR,圖像。,5,月底直升飛機失事，在找尋飛機殘骸的過程中，,P,波段和,L,波段的雷達也發(fā)揮了重要的作用。,在,2008,春節(jié)期間我國南方地區(qū)的冰雪災害過程中,，在歷次洪澇災害過程中，在我國南方地區(qū)農作物生長的關鍵時刻，經常是陰云密布，或大雨滂沱，只有,SAR,能夠工作得到遙感圖像。,SWISS DAY/NIG

8、HT IMAGE,3,）一定的穿透性,Surface penetration capabilities,穿透深度與,土壤濕度、,頻率、土壤,類型的關系,對干沙可以穿透,幾十米，對冰層,能穿透,100m,左右,L,C,X,SIR-A,測繪沙特阿拉伯古河道（,1981,年）,Shuttle Imaging Radar,4,）不同于可見光和紅外遙感的信息,微波高度計：大地水準面測量，內波，海面風場，海浪高度測量,合成孔徑雷達：內波，海底地形，海洋溢油，艦只潛航尾跡，相位變化測量,5,）相位測量,-,合成孔徑雷達干涉測量,SRTM,全球地形三維測量,Landers,地震同震形變場,Soufriere

9、Hills volcano,Montserrat，UK,Landers earthquake,1992,，,nature,開采沉陷,：,實踐證明,InSAR,技術用于開采沉陷監(jiān)測可以達到厘米級的分辨率，完全滿足精度要求，未來將是一種行之有效的開采沉陷監(jiān)測方法。,冰川移動,：,InSAR,技術對冰川研究有兩個重要作用。首先,InSAR,技術能夠提供完整的、高分辨率的、高精度的地形數據；其次，重復軌道能夠測量冰的流動。,地表沉降,：,利用,InSAR,技術進行了城市地表沉降監(jiān)測，與常規(guī)水準測量相比，兩者相關度達,0.943,，說明,InSAR,測量值與其保持很高的一致性,火山研究,：,實踐表明，基

10、于,InSAR,技術，一個月幾次的重復觀測很容易監(jiān)測每月幾個厘米的火山運動形變量，無論在熱帶雨林（如印尼的,Merapi,地區(qū)）還是在北極冰雪地帶（北極,Katmai,地區(qū)），,SAR,圖像均能保持令人滿意的相干性。,地震形變,：,地震形變監(jiān)測是,InSAR,技術應用最為成功的領域之一。,地殼運動,：,用,InSAR,技術研究地殼運動及板塊漂移在國外已多有研究，其中規(guī)模最大的當屬美國國家科學基金會,(,NSF),、,地質調查所,(,USGS),和國家航空和航天局,(,NASA),聯合發(fā)起的,“,地球探測,”(,Earthscope,),計劃,.,滑坡監(jiān)測,：目前已有采用,InSAR,手段研究滑

11、坡的先例。如對法國南部,SaintEtienne de,Tinee,的滑坡現象應用,D-,InSAR,技術進行監(jiān)測，幾十個干涉圖序列中提取位移梯度圖，利用它們模擬該地區(qū)的變形模型，處理結果與常規(guī)離散監(jiān)測方法吻合程度很高。,5,各種形變監(jiān)測技術比較,SRTM,全球地形三維測量,航天飛機雷達地形測繪任務,Shuttle Radar Topography Mission,2000,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 了人類有文明以來,5000,年未能完成的使命。,6,）深空探測的主要手段,行星際探測,金星表面

12、溫度（,1967,），月面地,形，火星地,形，火星水冰，宇宙背景微波輻射。,水遙感：干旱與洪澇、積雪凍土、海冰海洋監(jiān),測、大洋水準面測量精度,7cm,天氣雷達,通過對探測數據的處理，還獲得了其它探測儀器的一些初步科學成果，比如：干涉成像儀獲取的光譜圖、干涉圖，激光高度計獲取的測距值，,/X,射線譜儀獲取的能譜圖，,微波輻射計獲取的月表亮溫變化趨勢圖,，,空間環(huán)境探測儀獲取的粒子計數圖等。,二十世紀六十年代初，美國科學家彭齊亞斯和,R.W.,威爾遜為了改進衛(wèi)星通訊，建立了高靈敏度的號角式接收天線系統(tǒng)。為了降低噪音，他們甚至清除了天線上的鳥糞，但依然有消除不掉的背景噪聲。他們認為，這些來自宇宙的波

13、長為,7.35,厘米的微波噪聲相當于,3.5K,。,1965,年，他們又訂正為,3K,，并將這一發(fā)現公諸于世，為此獲,1978,年諾貝爾物理學獎。,科學界普遍認為，宇宙誕生于距今,137,億年前的一次大爆炸，作為大爆炸的“余燼”，微波背景輻射均勻地分布在整個宇宙空間。更精確地觀測宇宙微波背景輻射，對于揭開宇宙形成和演變的奧秘至關重要。,由于微波的全天候特點，能穿過云層，還可能探測地下結構，隨著空間分辨率的不斷提高，高分辨率合成孔徑雷達,(SAR),與多通道輻射計成像,(,如：特別微波成像輻射計,SSM/I),技術的發(fā)展，以及多源、多極化、多通道、多視角、多用途、主動與被動、多系列、連續(xù)多年的空

14、間遙感計劃的進行，已使微波遙感成為空間遙感發(fā)展最前沿的技術。,微波遙感技術已使以往受晝夜云霧影響的光與紅外遙感獲取全球環(huán)境,35,的信息增加到全天候地獲取全球環(huán)境,95,的信息，凸現了以微波遙感為主的發(fā)展態(tài)勢。,5,）缺點與不足,雷達圖像分辨率較低,雷達成像處理困難,數據源較少,微波遙感的分類與應用,微波被動遙感：,微波輻射計,根據普朗克定律，任何地物在一定溫度下，不僅向空間發(fā)射紅外輻射，而且還發(fā)射微波輻射，地物的微波輻射基本上和紅外輻射相似，符合熱輻射定律。但微波是低溫狀態(tài)下地物的重要輻射特性，其特點是地物的溫度越低，微波輻射也就越明顯。,盡管微波輻射比紅外輻射能量要弱得多，但可以用無線電技

15、術經調諧和放大線路來接收。目前，微波輻射在地學等領域正作為有力的探測手段，加速進行研究。,微波被動遙感傳感器,Nimbus-5,6:ESMR,電掃描微波輻射計,Nimbus-7:10,通道雙極化,SMMR,F-8(DMSP)-13,，,14,：,7,通道微波成像儀,SMM/I,TRMM,熱帶降雨測量任務：微波成像儀,TMI,EOS-PM Aqua:,多通道先進微波掃描輻射計,AMSR-E,FY-3,：,10,通道微波成像儀,HY-2,：微波成像儀,SMM/I,神州,-4,，嫦娥,-1,：多波段微波輻射計,應用范圍,微波被動遙感對于水特別敏感，因此在區(qū)域和全球性水圈遙感中起著十分重要的關鍵作用。

16、,比如，探測,大氣溫度,、,水汽廓線,，,大氣降雨,、,大氣可降水量,、,云中液態(tài)水含量,；,反演海面風場,(,風速、風向,),、,臺風,、,海冰的監(jiān)側,；獲取,陸地面溫度,、,土壤濕度,、,積雪深度與水當量,、,干旱,、,洪澇,、,沙漠,，,陸地水文與地理環(huán)境,、,植被生物量,、,農作物生長評估,及其在空間尺度上的分布與時間尺度上變化等。,FY-3,微波輻射計,地基,12,通道微波輻射計,微波主動遙感：,微波散射計，雷達高度計，固定孔徑雷達，合成孔徑雷達,。,多通道（,X,，,C,，,L,，,P,），多模式（,SCANSAR,）,多極化（,HH,，,VV,，,HV,，,VH,），高分辨率,SAR,應用范圍,雷達與,SAR,對于,大氣降雨,、,大氣可降水量,、,云中液態(tài)水含量,，,海面風場,、,臺風,、,海冰的監(jiān)測,，,陸地土壤濕度,、,積雪,、,干旱洪澇災害,、,陸地水文,、,植被與農作物生長監(jiān)測,等都有重要的應用。同時，還可在,土地利用,、,地質資源與探礦,、,地下目標探測,、,大地河口與海岸監(jiān)測,、,城市發(fā)展管理,、,海流與海面污染,、,海面艦船或地面目標的識別,等民用和國防技術