1、微波遙感復(fù)習(xí)要點(diǎn)武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院XX第一章微波遙感基礎(chǔ)1、微波遙感：指利用波長(zhǎng)1mm-1m電磁波（微波波段）進(jìn)行遙感的統(tǒng)稱。利用微波傳感器 接受地面各種地物發(fā)射和反射的微波信號(hào)，藉以識(shí)別、分析地物、提取所需的信息。對(duì)云層、 地表植被、松散沙層和干燥冰雪具有一定的穿透能力，又能夜以繼日地全天候工作。2、微波遙感傳感器：主動(dòng)式：側(cè)視雷達(dá)（成像）、微波高度計(jì)（不成像）、微波散射計(jì)（不 成像）被動(dòng)式：微波輻射計(jì)（成像）。3、微波遙感的優(yōu)勢(shì)：全天時(shí)：主動(dòng)被動(dòng)微波遙感都不依賴；全天候；一定的穿透能力：波 長(zhǎng)越長(zhǎng)、濕度越小濕度越小，穿透越深穿透；提供特殊信息：海面形狀，海面風(fēng)速，土 壤；提供相位信息：高程信

2、息，地形形變信息（雷達(dá)遙感不僅可以記錄電磁波振幅信息，還 可以記錄電磁波相位信息，用于獲取高精度的DEM）4、 缺點(diǎn)：空間分辨率；影像幾何變形大處理困難；不易解譯；與可見光紅外影像在幾何 上很難一致。5、成像模式：寬掃描模式：天線（雷達(dá)波束）在成像時(shí)沿距離向掃描，使觀察范圍加寬， 同時(shí)會(huì)降低方位向分辨率。聚束模式:對(duì)傳統(tǒng)的SAR成像模式而言，其發(fā)射波束一般正交于 衛(wèi)飛行方向。而對(duì)聚束模式而言，雷達(dá)波束可以前后“斜視，偏離正方向。采用這種方式， 雷達(dá)波束對(duì)目標(biāo)的照射時(shí)間將比傳統(tǒng)成像模要長(zhǎng)，從而提高分辨率。通過聚束模式，將衛(wèi)星 分辨率提高到lm。條帶模式。6、微波：1mm-1m（0.3GHz-30

3、0GHz）,L 波段（1-2GHz： 15cm-30cm）7、電磁波的基本物理量：頻率、傳播方向、振幅、極化。傳播過程遵循：反射、折射、衍 射、干涉、吸收、散射等規(guī)律。8、干涉的定義：由兩個(gè)（或兩個(gè)以上）頻率、振動(dòng)方向相同，相位相同或相位差恒定的電 磁波在空間疊加時(shí)，合成波振幅為各個(gè)波的振幅矢量和。因此，會(huì)出現(xiàn)交疊區(qū)某些地方振 動(dòng)加強(qiáng)，某些地方振動(dòng)減弱或完全抵消的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象稱為干涉。產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的電磁 波稱為相干波。波的相干性導(dǎo)致微波雷達(dá)圖像的像片上會(huì)出現(xiàn)顆粒狀或斑點(diǎn)狀的特征。9、波的極化是指空間某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度矢量隨時(shí)間的變換規(guī)律。波的極化用電場(chǎng)強(qiáng)度矢量的 端點(diǎn)在空間隨時(shí)間變化所畫的軌跡來

4、表示。極化方式包括：線極化（水平極化、垂直極化）、 圓極化、橢圓極化。參考平面一一入射波方向和地表法線方向。水平極化（振動(dòng)方向與參 考平面垂直）。垂直極化（振動(dòng)方向與參考平面平行）。10、多普勒效應(yīng)：當(dāng)目標(biāo)與觀測(cè)者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀測(cè)者接收到的頻率與波源發(fā)出的頻 率不同，二者之差為多普勒頻移。互相接近時(shí)，頻率增加，遠(yuǎn)離時(shí)頻率減少。不僅使用與聲 波，也使用與電磁波。11、大氣對(duì)微波的衰減主要是吸收和散射，其中水分子和氧分子吸收毫米波；大氣微粒（水 滴、冰粒和塵埃）對(duì)微波進(jìn)行散射作用。12、微波與地物的相互作用：反射：地表平滑極化方式與入射波相同。關(guān)鍵是反射方向。散射：地表粗糙主要散射分量 保持

5、相干特性。關(guān)鍵是后向散射（逆入射方向的散射分量）一部分為同極化與入射波極化 方式相同，一部分為正交極化。透射：主要在長(zhǎng)波，復(fù)介電常數(shù)小，較干燥地物結(jié)構(gòu)疏松， 如沙，復(fù)介電常數(shù)大則無透射如水面、銅。折射：波的分解T E （水平）TM （垂直）。單位投影面積內(nèi)的散射率:y=4株2 S / %A cos00地表A單位面積散射系數(shù):0（0,S）= 4歡2% /%oA指單位面積上雷達(dá)的反射率或者單位照射面積上的雷達(dá)散射截面。它是入射電磁波與地面目標(biāo)相互作用結(jié)果的度量。散射截面:饑R2% /%0即散射波的全功率與入射功率密度之比物理意義：目標(biāo)的散射強(qiáng)度可用一表面面積度量，其大小為在觀察點(diǎn)處所截得的功率與散

6、 射場(chǎng)相同時(shí)所需截面的大小。（貌似是散射截面越大。散射能力越強(qiáng)）。第二章微波遙感系統(tǒng)1、散射計(jì)（有源、非成像）：強(qiáng)度一一后向散射系數(shù)，即定標(biāo)后的雷達(dá)。可運(yùn)用不同波長(zhǎng)、 角度以及極化，測(cè)量地物散射特性及表面特征。2、雷達(dá)高度計(jì)（有源，非成象）：發(fā)射和接收信號(hào)的時(shí)間延遲來測(cè)量距離。3、微波輻射計(jì)（無源，成像型）：通過接受被測(cè)場(chǎng)景在一定頻帶內(nèi)的電磁輻射，轉(zhuǎn)換為輸出 的低頻信號(hào)，來表述被測(cè)場(chǎng)景的地物信息。4、工作基本原理。波束寬度角：入/L （L為天線長(zhǎng)度）波束高度角：入/即（W： 天線寬度）。5、距離向分辨率：地面可以分辨的兩目標(biāo)最短距離。雷達(dá)發(fā)射的是短脈沖，信號(hào)之間必須 相差一個(gè)脈沖長(zhǎng)度才能分開來

7、。距離分辨率與飛機(jī)一目標(biāo)之間的距離無關(guān)。與俯角有關(guān)與航 空攝影相反。斜距分辨率：國(guó)=E2地距分辨率：cc /2sin由離地底點(diǎn)越近，入射角越小，分辨率越低；側(cè)視時(shí)距離分辨率好，近似垂直時(shí)反而差 與航空攝影的情況相反，雷達(dá)成像必須側(cè)視的原因。6、方位向分辨率：在方位向所能分辨的兩個(gè)目標(biāo)的最小距離。在航向上，兩個(gè)目標(biāo)要能區(qū) 分開來，就不能處于同一波束內(nèi)。方位向分辨率等于雷達(dá)波束寬度所對(duì)應(yīng)的弧長(zhǎng)。6 A =P .R = X.R / D = X.H / D cos0為了提高方位向的分辨率，采用合成孔徑技術(shù)。7、合成孔徑雷達(dá)：利用雷達(dá)與目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，把較小的真實(shí)天線孔徑與數(shù)據(jù)處理方法合成一種較大的等效

8、天線孔徑的雷達(dá)。Rs = d方位向分辨率僅由雷達(dá)天線的長(zhǎng)度所確定？ ？8、雷達(dá)方程：描述了雷達(dá)發(fā)射機(jī)發(fā)射雷達(dá)波束后山地地物目標(biāo)后向散射，雷達(dá)天線所接受P .G1 ,八 4兀At Q.G =到的回波功率。4kR2 4kR2處9、如果波束照射到地面的面積是A，那么地物總的有效散射截面Q=Q .A，所以分布目標(biāo) 的雷達(dá)方程應(yīng)該大A。由雷達(dá)方程可知：當(dāng)雷達(dá)系數(shù)參數(shù)和目標(biāo)距離確定后，雷達(dá)天線接收 的回波功率與后向散射系數(shù)Q 0有關(guān)。10、灰度方程：表達(dá)了雷達(dá)回波功率轉(zhuǎn)換為圖像密度的過程。第三章微波圖像的特點(diǎn)1、側(cè)視雷達(dá)的圖像參數(shù)包括系統(tǒng)工作參數(shù)和圖像質(zhì)量參數(shù)：波長(zhǎng)、俯角（入射角）、顯示方 式（地距顯示方

9、式和斜距顯示方式：地距顯示有利于分析判讀，斜距分析有利于幾何處理）、 分辨率（空間分辨率、灰度分辨率、體分辨率）、灰度范圍。2、側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特點(diǎn)：（1）斜距顯示的近距離壓縮：方位向比例尺是一個(gè)常量，距 離向與俯角有關(guān)，距離天線越近則被壓縮的程度越大。為了得到距離向無幾何失真的圖像，3、采用地距顯示的形式。成像時(shí)加延時(shí)補(bǔ)償或幾何校正（2）透視收縮與疊掩：透視收縮: 當(dāng)雷達(dá)波束照射到位于雷達(dá)天線的同一側(cè)的斜面時(shí)，雷達(dá)波束到達(dá)頂部的斜距和到達(dá)底部的 斜距之差要比斜面對(duì)應(yīng)的地面距離小。疊掩或頂部位移：對(duì)于朝向雷達(dá)波束的斜坡，當(dāng)雷達(dá) 波束先到達(dá)斜坡頂部晚到達(dá)斜坡底部的時(shí)候，頂部先于底部成像。雷達(dá)陰

10、影：在雷達(dá)影像上 由雷達(dá)與目標(biāo)之間的障礙物而出現(xiàn)的無回波區(qū)，即無訊號(hào)的區(qū)域。當(dāng)a0時(shí)發(fā)生疊掩；當(dāng) 以 時(shí)發(fā)生雷達(dá)陰影。俯角越大越容易產(chǎn)生疊掩，俯角越小越容易產(chǎn)生雷達(dá)陰影。4、地物目標(biāo)的幾種類型：（1）點(diǎn)目標(biāo)：尺寸遠(yuǎn)小于一個(gè)分辨單元，回?fù)苄盘?hào)很強(qiáng)，以亮點(diǎn) 的形式表現(xiàn)在圖像上（2）線目標(biāo)：在圖像上具有一定形狀的亮（暗）線目標(biāo)，如鐵路、公 路、橋梁、輸電線等（3）面目標(biāo)/分布目標(biāo)：同類的點(diǎn)或物質(zhì)隨機(jī)分布，并且表面很粗糙的 大塊區(qū)域，如農(nóng)田、草地（4）硬目標(biāo)：既不占相當(dāng)面積，又不局限在分辨單元，回?fù)苄盘?hào) 在圖像上表現(xiàn)為一系列亮點(diǎn)或一定形狀的亮線，大多數(shù)人工建筑目標(biāo)屬于此類，例如橋梁、 輸電線和房屋，亮

11、度一定非常強(qiáng)。h V 15、影響雷達(dá)圖像色調(diào)的因素：（1）粗糙度：8sinb，粗糙度與、是相對(duì)的。波長(zhǎng)越長(zhǎng)，俯角越小，表面越光滑。（2）復(fù)介電常數(shù)（介電常數(shù)和損耗因子）：介電常數(shù)高則反射作用 大，穿透作用小。復(fù)介電常數(shù)的大小取決于含水量，含水量高則復(fù)介電常數(shù)大，回?fù)苄盘?hào)強(qiáng)。（3）波長(zhǎng)：主要通過影響粗糙度和介電常數(shù)來影響圖像色調(diào)的，波長(zhǎng)，相當(dāng)于表面光滑， 介電常數(shù)大。（4）入射角：小則粗糙度增加，大則粗糙度減小。一般在陸地上空，雷達(dá)波束 的入射角都在平直區(qū)范圍內(nèi)，平均后向散射系數(shù)變化不大，地物的回波強(qiáng)度隨距離變化不大。 對(duì)于大尺度粗糙表面，平均后向散射系數(shù)處于近垂直入射區(qū)，圖像上色調(diào)會(huì)變亮。而背

12、向雷 達(dá)波束的坡面圖像上色調(diào)會(huì)變暗。海洋遙感，有時(shí)需要將入射角控制在近垂直入射區(qū)，如海 洋油污檢測(cè)。粗糙表面的散射特性比較平滑，隨入射角變化不大。（5）極化方式：對(duì)于同極 化，粗糙表面與比較光滑表面不同，HHVV；近垂直入射時(shí)，兩種極化的差別很小。但水 面和城市情況不同。對(duì)于交叉極化，通常回波比同極化低8-25dB。所以交叉極化接收機(jī)的 增益要高些。去極化（產(chǎn)生交叉極化的過程）q由平均的平滑起伏表面上反射系數(shù)的差別引 起的準(zhǔn)鏡面反射q非常粗糙的表面引起的多次散射q地表趨膚深度層內(nèi)的非均勻物體引起的 散射q地物目標(biāo)本身的各向異性產(chǎn)生的散射。次表面粗糙度與體散射：當(dāng)電磁波穿透地 物時(shí)，第二層介質(zhì)的

13、表面粗糙度稱為次表面粗糙度。第二層介質(zhì)不均勻引起體散射體散射是 當(dāng)雷達(dá)波束穿透地物時(shí)，由于地物內(nèi)物質(zhì)的不均勻性，和不連續(xù)的空間位置分布，如樹干、 枝干、葉面等分布的隨機(jī)性，引起體內(nèi)散射的各向同性。第二層介質(zhì)均勻則只有表面散射無 體散射。面散射和體散射的區(qū)別：q面散射的強(qiáng)度與表面復(fù)介電常數(shù)成正比，散射特性曲線 的形狀由表面粗糙度決定；q體散射的散射強(qiáng)度與內(nèi)部物質(zhì)介質(zhì)的不連續(xù)程度成正比，其散 射曲線的形狀由平均介電常數(shù)等因素決定。（7）角反射器：回波信號(hào)很強(qiáng)，角反射器回波強(qiáng) 度與材料有關(guān)。金屬角反射器混凝土角反射器木質(zhì)角反射器。6、雷達(dá)圖像中的某些虛假現(xiàn)象：地物的反射、散射和多路徑散射。7、典型地

14、物的散射特性：地物波譜特性主要表現(xiàn)為地物對(duì)于某一波長(zhǎng)（包括不同極化方式） 或某幾個(gè)波長(zhǎng)的雷達(dá)波束的不同散射特性。粗糙表面的散射特性曲線是比較平滑的；同極化 與交叉極化相差5-15dB；地面多為粗糙面對(duì)入射角不敏感。（1）農(nóng)作物與草地：1）不同同極化或不同交叉極化之間差異小2）同極化與交叉極化相差 515分貝，曲線之間呈平行趨勢(shì)3）一般對(duì)入射角不敏感水稻在近垂直入射區(qū)有較強(qiáng)回波（水）4）一般為土壤與植物回波疊加近垂直入射方向，土壤回波影響較大5）含水量不同 影響較大多者回波越強(qiáng)6）不同波長(zhǎng)回波不同，波長(zhǎng)長(zhǎng)者回波小7）不同的生長(zhǎng)期、作物密 度葉穗形狀變化作物種植起壟方向均有影響。（2）林地：1）密

15、度不同，樹種不同，回波各異。落葉林回波強(qiáng)度大2）水平極化回波強(qiáng)度 大3）不同波長(zhǎng)穿透程度不同，體散射信號(hào)強(qiáng)度各異4）所處地形不同，回波不同。（3）土壤：土壤的散射特性與入射角、地表粗糙度、含水量等有關(guān)。1）入射角越大，散射 系數(shù)越小2）粗糙度增加，散射系數(shù)曲線變得平緩3）特定入射角與粗糙度無關(guān)、僅與含水 量有關(guān)，便于探測(cè)土壤濕度。如1.1GHZ 7 4）散射系數(shù)與濕度呈線性關(guān)系。（4）巖石：影響回波的因素：表面粗糙度，照射角取向，角反射效應(yīng)，巖石構(gòu)成元素，植 被與土壤復(fù)蓋，極化方式。（5）海浪海風(fēng)：海浪可看作是粗糙度比較均勻的表面，比較容易建立散射特性與粗糙度的 關(guān)系，以便研究海浪和海風(fēng)的狀況

16、。1）風(fēng)速越大海面粗糙度越大曲線越平緩2）觀測(cè)方 向與風(fēng)向所成角度順風(fēng)表現(xiàn)為光滑逆風(fēng)表現(xiàn)為粗糙側(cè)向與逆風(fēng)時(shí)比稍弱3）風(fēng)浪大時(shí) VV/HH回波之間差異小（與農(nóng)作物類似）海面平靜時(shí)VV極化散射系數(shù)要大。（6）冰雪:n大面積冰層：表面光滑，回波弱n融化時(shí)，海、河中大量浮冰增加了粗糙度， 回波強(qiáng)預(yù)測(cè)河流的通航期。n雪層越厚，回波越弱穿透作用，反映地表的信息。n水量不同， 回波各異n波長(zhǎng)長(zhǎng)者、穿透愈深，回波愈弱n雪層一般能穿透回波可反映雪層下地物信息。第四章雷達(dá)圖像的校準(zhǔn)、定標(biāo)和模擬1、校準(zhǔn)：雷達(dá)圖像需要改正由于天線、發(fā)射機(jī)和接收機(jī)性能等的衰變?cè)斐山邮招盘?hào)的誤差， 改正由于環(huán)境干擾造成的信號(hào)混雜或噪聲帶

17、來的誤差，使雷達(dá)圖像所反映的信號(hào)在最大限度 上真實(shí)表現(xiàn)地物目標(biāo)的回波強(qiáng)度。校準(zhǔn)大氣干擾，噪聲影響，系統(tǒng)性能。定標(biāo)即“反演”。 在校準(zhǔn)后確定灰度后向散射系數(shù)關(guān)系。2、定標(biāo)：對(duì)于校準(zhǔn)后的雷達(dá)圖像，建立起圖像灰度與標(biāo)準(zhǔn)后向散射截面的關(guān)系。3、內(nèi)部校準(zhǔn)：內(nèi)部校準(zhǔn)是為了克服信號(hào)獲取過程中的系統(tǒng)誤差，解決輸出電壓是否正確的 問題。通過標(biāo)定的發(fā)射功率來測(cè)試發(fā)射接受系統(tǒng)的傳輸函數(shù)。4、校準(zhǔn)器：規(guī)則形狀回波強(qiáng)的人造目標(biāo)作為校準(zhǔn)器如角反射器，矩形板等4、絕對(duì)校準(zhǔn)：為了解決回波量測(cè)過程中的隨機(jī)誤差。通過獲得已知散射截面的地面目標(biāo)信號(hào)來進(jìn)行。利用理論計(jì)算散射截面和實(shí)際量測(cè)的散射截面的偏差。5、雷達(dá)圖像的定標(biāo)：雷達(dá)圖像

18、的定標(biāo)確定圖像的灰度與標(biāo)準(zhǔn)雷達(dá)散射截面的關(guān)系。定標(biāo)是 定量分析的前提，定標(biāo)后，即可由雷達(dá)圖像的灰度計(jì)算出地物目標(biāo)回波的絕對(duì)值。總體傳遞 函數(shù)f定標(biāo)第五章微波圖像的幾何糾正1、幾何變形分析：斜距投影變形：dy = yp-yp= f （ 1/ cos0 -tg0 ） = yp1 - sin arccos （ f / y p）地形起伏影響：沒有地形起伏時(shí)P點(diǎn)坐標(biāo)：七一X（Rp + hcOs）地球曲率的影響： 特殊的地形起伏大氣折射的影響：大氣折射和地球自轉(zhuǎn)則只考慮地面點(diǎn)的位置，而沒考慮 大地基準(zhǔn)面（主要是折射率引起的時(shí)間變化）外方位元素的影響：理想狀態(tài)與實(shí)際狀態(tài)的影 響，外方位元素（位置和姿態(tài)的變化

19、），對(duì)于SAR影像，航速變化會(huì)導(dǎo)致影像產(chǎn)生變形。（見 習(xí)題）2、構(gòu)像方程：成像幾何關(guān)系的表達(dá)，影像點(diǎn)坐標(biāo)與相應(yīng)地面點(diǎn)地面坐標(biāo)，由成像機(jī)理所形 成的關(guān)系表達(dá)式。用于幾何變形分析，成像幾何質(zhì)量分析，影像幾何校正。基于多普勒的構(gòu) 像方程:三個(gè)方程式所組成的方程組就形成了基于多普勒方程的衛(wèi)星雷達(dá)成像方程.相應(yīng)于 等效中心投影的雷達(dá)影像構(gòu)像方程、konecny提出的等效共線方程：前述等效共線方程以 雷達(dá)影像平均比例尺為基礎(chǔ)，仍是一種近似，事實(shí)上雷達(dá)影像各點(diǎn)處比例尺不盡一致。3、雷達(dá)圖像的幾何糾正方法：（1）多項(xiàng)式方法。前提：影像最好為地距顯示方式；地面起 伏不大；校正精度要求不高（局限于變形小，垂直下視

20、圖像，相對(duì)平坦）（2）利用構(gòu)像方 程：數(shù)學(xué)模型比較嚴(yán)密，每一點(diǎn)上要用高程信息（主要是基于多普勒方程的構(gòu)像方程的幾何 校正，需要較高的星歷精度）（3）雷達(dá)圖像模擬：雷達(dá)圖像的模擬是根據(jù)地面實(shí)際情況或其 它資料（如地圖或其它遙感資料），按照雷達(dá)圖像的成像機(jī)理，用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生一幅雷達(dá)圖像， 或根據(jù)已有雷達(dá)圖像產(chǎn)生不同頻率、不同極化的另外一種雷達(dá)圖像，以供多種應(yīng)用的技術(shù)。 需要的數(shù)據(jù)：知地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)：DEM，土地利用；地物目標(biāo)散射特性數(shù)據(jù)庫(kù)、雷達(dá)設(shè)備 參量、成像參數(shù)等數(shù)據(jù)。實(shí)施步驟：1）按分辨單元大小，根據(jù)飛行路線、俯角、照射帶寬 在地形圖上確定格網(wǎng)2）計(jì)算每一格的實(shí)際面積和雷達(dá)波入射角（根據(jù)DEM）

21、 3）按每一格 的地物（需土地利用數(shù)據(jù)）及其在不同條件下的散射系數(shù)（散射特性數(shù)據(jù)庫(kù)）由雷達(dá)參數(shù)計(jì) 算回波功率4）計(jì)算每一格所對(duì)應(yīng)的圖上灰度。第六章微波圖像與測(cè)量1、平面測(cè)量：前提地面起伏較小，地距顯示圖像光點(diǎn)尺寸補(bǔ)償強(qiáng)信號(hào)減一弱信號(hào) 加一（原因：由于雷達(dá)圖像記錄了地面上每一分辨單元中的地物回波信號(hào)，若這一分辨 單元中由某一地物回波信號(hào)很強(qiáng)，即使它在這一分辨單元所占的比例很小，依然能使所 在分辨單元較亮，所以量測(cè)結(jié)果須減去一個(gè)分辨單元的長(zhǎng)度，而對(duì)于無回波地物或陰影 的長(zhǎng)度計(jì)算則正好相反，須加上一個(gè)分辨單元的長(zhǎng)度，因?yàn)槠鋬啥怂幍姆直鎲卧赡?有回波信號(hào)較強(qiáng)的地物。）高度量測(cè)：前提條件獨(dú)立地物立體量測(cè)中的視差表示視差： 同一地物在立體影像上的坐標(biāo)差異。立體相對(duì)要求左右入射角有較大的差別，缺點(diǎn)：左 右影像的幾何變形大，加上噪聲斑點(diǎn)，使得影像的圖像匹配困難。第七章雷達(dá)圖像的目視解譯和計(jì)算機(jī)處理1、雷達(dá)圖像的解譯標(biāo)志特點(diǎn)：解譯標(biāo)志主要在于色調(diào)、紋理、相對(duì)位置關(guān)系形狀、大小由 于受變形影響，很難利用盡可能利用多極化圖像，多時(shí)域圖像和多頻段圖像。可與其它 圖像一起