第二章微波遥感的基本原理

微波遥感技术和应用机械工程学院机械设计制造及其自动化张霁1005040221一、遥感技术的介绍遥感技术是20世纪60年代兴起的一种探测技术，是根据电磁波的理论，应用各种传感仪器对远距离目标所辐射和反射的电磁波信息，进行收集、处理，并最后成像，从而对地面各种景物进行探测和识别的一种综合技术。

目前利用人造卫星每隔18天就可送回一套全球的图像资料。

利用遥感技术，可以高速度、高质量地测绘地图。

它好比孙悟空的一双火眼金睛，能从云朵上看清万物根本面目，从高空感知地下和海底的宝藏。

二、微波遥感的定义运用波长为1～1 000mm的微波电磁波的遥感技术。

包括通过接收地面目标物辐射的微波能量，或接收遥感器本身发射出的电磁波束的回波信号，根据其特征来判别目标物的性质，特征和状态，包括被动遥感和主动遥感技术。

微波遥感对云层、地表植被、松散沙层和冰雪具有一定的穿透能力，可以全天侯工作。

微波遥感是传感器的工作波长在微波波谱区的遥感技术，是利用微波投射于物体表面，由其反射回的微波波长改变及频移确定其大小、形态以及移动速度的技术。

常用的微波波长范围为0. 8～30厘米。

其中又细分为K、Ku、X、G、C、S、Ls、L等波段。

微波遥感的工作方式分主动式（有源）微波遥感和被动式（无源）微波遥感。

前者由传感器发射微波波束再接收由地面物体反射或散射回来的回波，如侧视雷达；后者接收地面物体自身辐射的微波，如微波辐射计、微波散射计等。

三、遥感技术的发展史遥感是以航空摄影技术为基础，在20世纪60年代初发展起来的一门新兴技术。

开始为航空遥感，自1972年美国发射了第一颗陆地卫星后，这就标志着航天遥感时代的开始。

经过几十年的迅速发展，目前遥感技术已广泛应用于资源环境、水文、气象，地质地理等领域，成为一门实用的，先进的空间探测技术。

1、萌芽时期1608年制造了世界第一架望远镜。

1609年伽利略制作了放大三倍的科学望远镜并首次观测月球。

1794年气球首次升空侦察。

微波遥感的成像机理微波遥感是一种通过接收地面反射或散射的微波辐射来获取地表信息的技术。

它主要应用于土地覆盖、农业、水文气象、森林和海洋等领域。

微波遥感可以提供高分辨率、全天候和全球性的数据，因此受到了广泛关注。

一、微波遥感成像机理微波遥感成像机理是指微波信号与地表物体相互作用后产生的反射、散射和吸收等现象。

在微波遥感中，主要有两种类型的信号：主动式和被动式。

1. 主动式信号主动式信号是由雷达发射器产生的电磁波，它穿过大气层并与地表物体相互作用后返回雷达接收器。

在这个过程中，电磁波会经历多次反射和散射，最终形成一张反映地表物体特征的图像。

主动式信号可以通过调整雷达发射器的频率和极化方式来实现对不同类型地表物体的探测。

例如，在SAR（合成孔径雷达）中，发射器会以高速旋转方式发出一系列微波脉冲，这些脉冲会穿过大气层并与地表物体相互作用后返回雷达接收器。

通过对这些脉冲进行处理，可以得到高分辨率的地表图像。

2. 被动式信号被动式信号是由地球表面的微波辐射产生的，它可以被接收器直接捕捉到。

在这个过程中，微波辐射会受到大气层、云层和其他干扰因素的影响，因此需要进行校正和处理才能得到准确的地表信息。

被动式微波遥感主要应用于土壤湿度、降雨量、海洋表面温度等领域。

例如，在SMOS（Soil Moisture and Ocean Salinity）卫星中，接收器会捕捉地球表面发出的微波辐射，并通过对其频率和极化方式进行分析来获取土壤湿度和海洋盐度等信息。

二、微波遥感成像技术微波遥感成像技术是指利用主动式或被动式信号来获取地表信息的方法。

根据不同的应用领域和需求，可以选择不同类型的雷达或接收器来实现数据采集和处理。

1. SAR（合成孔径雷达）SAR是一种主动式微波遥感技术，它通过调整雷达发射器的频率和极化方式来实现对不同类型地表物体的探测。

SAR可以提供高分辨率、全天候和全球性的数据，因此在土地覆盖、农业、水文气象、森林和海洋等领域得到广泛应用。

微波遥感原理和应用
微波遥感是利用微波或微波的改变去通过测量这些变化，从而了解下一个特定表面的物理特性的技术。

典型的活动包括回波探测（例如反射、散射和多普勒散射）以及现场探测（吸收率）。

微波遥感最常见的应用是用于从宇航器映射农业、示踪冰盖变化以及测量水文参数，而这也是微波遥感最具开发潜力的领域。

微波遥感的优势在于它能够直接探测到某些表面物理因素，而其它感应器（如光学感应器）需要更多的推断和计算来实现同样的结果。

微波对运动对象的检测也是精确和有效的，因为它们能够非常快速地跨越大量距离。

此外，它还可以在任何时间，任何条件下运行，而光学传感器则受到白天黑夜和气候条件的限制。

因此，微波遥感在日照不足和濛濛雾气的情况下仍然可以正常运行。

另一方面，微波遥感所受到的缺陷将限制它对特定领域的应用，例如视觉表面检测。

在这种情况下，微波的数据处理可能会过于简单（例如进行分类，而不是分析图像），从而无法满足实际应用的要求。

此外，其占存储器的效率也比光学存储低得多，这是由于大小比较大的探测阵列和/或滤波数据处理所导致的。

微波遥感原理微波遥感是一种利用微波进行遥感探测的技术，它可以获取地球表面的信息，包括地形、植被、土壤、水文等。

微波遥感具有天气无关性和全天候性的优点，因此在农业、环境监测、气象预测、国防安全等领域有着广泛的应用。

微波遥感的原理是利用微波与地物之间的相互作用来获取地物的信息。

微波在穿过大气层和与地物相互作用时会发生散射、反射、吸收等现象，不同地物对微波的响应也不同，因此可以通过分析微波与地物之间的相互作用来识别和提取地物信息。

微波遥感的基本原理可以用雷达技术来解释。

雷达是一种利用电磁波进行探测和测距的技术，它发射的微波脉冲被地物反射后再接收，通过测量微波的传播时间和频率的变化来获取地物的位置、形状、运动状态等信息。

在微波遥感中，利用雷达技术可以获取地表的高程、形态、粗糙度等信息。

除了雷达技术，微波遥感还可以利用 passiv 微波遥感技术。

在 passiv 微波遥感中，利用地物自身发射的微波辐射来获取地物的信息。

地物的微波辐射受地物的温度、湿度、盐度等因素影响，因此可以通过分析地物的微波辐射来获取地物的温度、湿度、盐度等信息。

微波遥感技术在农业领域有着广泛的应用。

通过微波遥感可以获取作物的生长状态、土壤湿度、地表温度等信息，帮助农民进行精准农业管理，提高农作物的产量和质量。

同时，微波遥感还可以监测农田的水分状况，帮助农民进行灌溉调度，提高水资源利用效率。

在环境监测领域，微波遥感可以用来监测湖泊、河流、海洋等水体的水质、水温、水位等信息，帮助保护水资源、预防水灾。

此外，微波遥感还可以监测森林、草原、湿地等生态系统的变化，帮助保护生态环境、预防自然灾害。

总的来说，微波遥感技术具有广泛的应用前景，可以为农业、环境监测、气象预测、国防安全等领域提供重要的数据支持。

随着技术的不断发展，微波遥感技术将会发挥越来越重要的作用，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。

微波遥感和成像侧视雷达工作基本原理概述微波遥感和成像侧视雷达是两种常用的遥感技术，它们通过利用微波的特性来获取地球表面信息。

本文将介绍微波遥感和成像侧视雷达的工作基本原理。

一、微波遥感的工作原理微波遥感是利用微波信号对地球物体和环境进行探测和测量的一种技术。

微波遥感系统由微波源、发射器、接收器和数据处理系统等组成。

1. 微波源微波源是产生微波信号的装置，常见的有微波发射机、毫米波源等。

微波源将电能转化为微波能量，并通过天线辐射出去。

2. 发射器发射器是将微波信号传输到目标物体的装置。

它可以调节微波信号的频率、幅度和极化等参数，并将微波信号辐射出去。

3. 接收器接收器是接收由目标物体反射回来的微波信号的装置。

它可以接收微波信号的幅度、相位和极化等信息。

4. 数据处理系统数据处理系统对接收到的微波信号进行处理和分析，从中提取出地球物体的特征信息。

常见的处理方法有滤波、解调、调幅和解调等。

二、成像侧视雷达的工作原理成像侧视雷达（InSAR）是一种利用雷达波束和合成孔径雷达（SAR）数据生成地表高程和表面形变等信息的技术。

1. SAR数据采集SAR是一种全天候、全时序、全天时的遥感技术。

它通过发射和接收脉冲雷达波束，测量地表物体的反射回波。

2. SAR数据处理SAR数据处理主要包括预处理、图像生成和解译等步骤。

预处理用于去除图像中的噪声和干扰，图像生成则是从原始数据中合成出高质量的成像结果。

3. 多幅SAR图像融合成像侧视雷达通过将多幅SAR图像进行融合，可以获取地表高程和形变等信息。

这是通过计算不同时间和角度下的雷达干涉图生成的。

4. 数据解译融合后的数据可以利用地表参考点进行几何校正和高程校正，进而得到具体的地表高程和形变等信息。

总结微波遥感和成像侧视雷达是两种常用的遥感技术，它们利用微波信号对地球物体和环境进行探测和测量。

微波遥感通过微波源、发射器、接收器和数据处理系统等装置，获得地球物体的特征信息。

微波遥感一、微波遥感概述1、微波微波是指波长1mm——1m（即频率300MHz——300GHz）的电磁波，包括毫米波、厘米波、分米波，它比可见光-红外（0.38——15μm）波长要大的多。

最长的微波波长可以是最短的光学波长的250万倍。

常用的微波波长范围为0. 8～30厘米。

其中又细分为K、Ku、X、G、C、S、Ls、L等波段。

微波遥感用的是无线电技术。

微波遥感：是传感器的工作波长在微波波谱区的遥感技术，是利用某种传感器接受地理各种地物发射或者反射的微波信号，藉以识别、分析地物，提取地物所需的信息。

微波遥感系统有主动和被动之分。

所谓主动微波遥感系统，指遥感器自身发射能源。

“雷达”是一种主动微波遥感仪器。

雷达是用无线电波探测物体并测定物体距离的，这一过程中需要它主动发射某一频率的微波信号，再接收这些信号与地面相互作用后的回波反射信号，并对这两种信号的探测频率和极化位移等进行比较，生成地表的数字图像或者模拟图像。

微波辐射计是一种被动微波遥感仪器，记录的是在自然状况下，地面发射、反射的微弱的微波能量。

2、微波遥感的历史微波遥感的发展可以追溯到20世纪50年代早期，由于军事侦察的需求，美国军方发展了侧视机载雷达。

之后，侧视机载雷达SLAR 逐步用于非军事领域，成为获取自然资源与环境数据的有力工具。

1978年美国发射的Seasat海洋卫星以及随后发射的航天飞机成像雷达计划、苏联发射的Cosmos1870，标志着航天雷达遥感的开始。

20世纪90年代以来各国相继发射了一系列的星载雷达，单波段单极化雷达遥感得到了很大的发展。

进入21世纪以来另有一系列先进的雷达遥感计划得以实施，使得多波段多极化雷达遥感得到了很大的发展。

这一系列计划的实施大大地推动了极化雷达和干涉雷达等新型雷达的发展，使卫星雷达遥感进入了一个新时代。

我国的微波遥感事业起步于上世纪70年代。

在国家历次科技攻关中，遥感技术都作为重要项目列入。

经过若干阶段的发展，近年来已取得了技术、理论及应用研究的全面发展。

2 微波遥感基础原理本章要点本章从电磁波传播的基本概念到SAR 的基本原理对于雷达遥感的基本知识作了概要的介绍，包括相干成像和合成孔径的概念、重要的参数、SAR影像的基本特征等。

主要内容§2．1 微波遥感物理基础§2．2 真实孔径雷达基本原理§2．3 SAR系统基本原理§2．4 SAR影像的主要特性2.1 微波遥感物理基础作业：目标的散射特性与哪些因素有关？在真空或介质中通过传播电磁场的振动而传输电磁能量的波。

E为电场矢量方向，M为磁场矢量方向，C为传播方向。

• 电磁波是时间和空间的函数• 电场矢量和磁场矢量相互垂直，而且又都垂直于传播方向• 电磁波具有波动性和粒子性• 波长、相干性、叠加性和极化等都是电磁波的重要特性＋幅度和相位• 如果某电磁波的电场矢量和磁场矢量均在垂直于传播方向的平面上，并且幅度为常数，则称为平面波在均匀介质中电磁波随时间作正弦变化，波长或频率是描述电磁波重要的参量。

微波偏振与极化Polarization电磁波遇到“狭缝”的障碍物时，能够通过狭缝的振动分量，称为电磁破的偏振非偏振光，偏振光，部分偏振EHZE 线极化H ZE 椭圆极化H ZE 圆极化H Z极化即电场振动方向的变化趋势，线极化是电场矢量方向Polarization of Microwave水平极化是指电场矢量与入射面垂直 垂直极化是指电场矢量与入射面平行EHZ 垂直极化同极化HH，VV交叉极化HV，VH目标入射平面衍射衍射：波在传播过程中经过障碍物边缘或孔隙时所发生的传播方向弯曲现象。

远场衍射，也称夫琅和费衍射，若光源或观察屏离开衍射孔或缝为无限远，这种衍射现象称远场衍射。

衍射现象是波的特有现象，一切波都会发生衍射现象；孔隙越小，波长越大，这种现象就越显著。

衍射对微波遥感的两个意义：天线；感兴趣的地表目标的大小与微波传感器的波长是相当的（毫米-米），土壤粗糙度、树枝、麦秆、水波和海浪等。

微波遥感基础微波遥感基础微波遥感基础 (1)⼀、微波遥感物理基础 (2)⼆、微波遥感技术的简介 (4)2.1 微波遥感 (4)2.2 微波遥感器 (5)2.2.1 雷达散射计 (5)2.2.2 微波辐射计 (5)2.2.3 雷达⾼度计 (6)2.3 微波遥感技术的特点 (7)2.4 微波遥感的优越性 (7)2.5 微波遥感的不⾜ (7)2.6 微波微波拥有强⼤⽣命⼒的根源 (7)2.7 我国微波遥感的差距 (8)三、雷达概念、分类 (8)3.1 成像雷达 (8)3.2 ⾮成像雷达 (8)3.3 真实孔径雷达 (9)3.4 合成孔径雷达 (9)3.5 极化雷达 (10)3.6 ⼲涉雷达 (11)3.7 激光雷达 (11)3.8 侧视雷达 (11)四、微波遥感图像 (11)4.1雷达图像 (11)4.1.1雷达图像 (11)4.1.2 雷达图像显⽰ (12)4.1.3 雷达图像分辨率 (12)4.1.4 雷达图像的处理 (12)4.2 侧视雷达图像 (13)4.3 雷达图像校准 (14)4.4 雷达图像定标 (14)4.5 雷达图像模拟 (14)五、微波遥感定标 (15)六、微波遥感概念、理论和技术的突破 (15)七、我国微波遥感的差距 (16)⼋、微波相关技术介绍 (17)8.1 偏振探测技术的特点 (17)8.2 微波散射特性 (18)九、微波遥感有待进⼀步研究的问题 (19)⼗、微波遥感的应⽤ (20)10.1 空间对地观测 (20)⼀、微波遥感物理基础电磁波具有波长（或频率）、传播⽅向、振幅和极化⾯（亦称偏振⾯）四个基本物理量。

极化⾯是是指电场振动⽅向所在的平⾯。

电磁波谱有时把波长在mm到km很宽的幅度内通称为⽆线电波区间，在这⼀区间按照波长由短到长⼜可以划分为亚毫⽶波、毫⽶波、厘⽶波、分⽶波、超短波、短波中波和长波。

其中的毫⽶波，厘⽶波和分⽶波三个区间称为微波波段，因此有时⼜更明确地吧这⼀区间分为微波波段和⽆线电波段。

微波遥感成像原理1.发射：微波遥感系统通过天线向地面发射一定频率和功率的微波信号。

发射的微波信号可以有不同的极化方式，如水平极化、垂直极化、圆极化等。

水平和垂直极化信号的能量传播性质与地面特性有关，可以用来探测地面物体的水平和垂直方向的散射特性。

圆极化信号包含水平和垂直极化的成分，可以综合反映地物的散射特性。

2.传播：发射的微波信号在大气中传播，受大气吸收、散射、折射等影响。

大气吸收主要是由于水汽分子、氧气分子和二氧化碳分子对微波的吸收作用。

大气散射主要是由于大气中的悬浮粒子对微波的散射作用。

大气折射是指微波信号在大气中传播会发生折射现象，使得地物观测位置发生偏移。

这些大气影响需要通过大气校正算法进行修正，以减小其对地物观测的干扰。

3.接收：接收器接收散射回来的微波信号，并将其转换为电信号。

接收信号的强度和极化状态受到地物的散射特性、地形高度的变化、大气吸收和散射等多种因素的影响。

接收器通常具有多通道的接收系统，用来接收不同频率的微波信号，以获取不同的地物信息。

4.信号处理：接收到的电信号经过增益调节、滤波、干扰抑制等处理后，通过信号处理技术获得地物的信息。

主要的信号处理技术包括功率谱分析、多普勒处理、图像重建等。

功率谱分析用于分析接收信号的频谱特征，以获得地物反射的频谱分布情况。

多普勒处理可以提取出目标物体的运动速度和方向等相关信息。

图像重建技术则通过合理的算法和模型将接收到的微波信号转换为图像，以实现对地物的成像。

综上所述，微波遥感成像原理是通过发射微波信号、大气传播、接收反射信号和信号处理等过程，获取地物的散射特性并进行成像分析。

这种技术在农业、环境监测、地质勘探等领域具有广泛的应用前景。

微波遥感一、微波遥感概述1、微波微波是指波长1mm——1m（即频率300MHz——300GHz）的电磁波，包括毫米波、厘米波、分米波，它比可见光-红外（0.38——15μm）波长要大的多。

最长的微波波长可以是最短的光学波长的250万倍。

常用的微波波长范围为0. 8～30厘米。

其中又细分为K、Ku、X、G、C、S、Ls、L等波段。

微波遥感用的是无线电技术。

微波遥感：是传感器的工作波长在微波波谱区的遥感技术，是利用某种传感器接受地理各种地物发射或者反射的微波信号，藉以识别、分析地物，提取地物所需的信息。

微波遥感系统有主动和被动之分。

所谓主动微波遥感系统，指遥感器自身发射能源。

“雷达”是一种主动微波遥感仪器。

雷达是用无线电波探测物体并测定物体距离的，这一过程中需要它主动发射某一频率的微波信号，再接收这些信号与地面相互作用后的回波反射信号，并对这两种信号的探测频率和极化位移等进行比较，生成地表的数字图像或者模拟图像。

微波辐射计是一种被动微波遥感仪器，记录的是在自然状况下，地面发射、反射的微弱的微波能量。

2、微波遥感的历史微波遥感的发展可以追溯到20世纪50年代早期，由于军事侦察的需求，美国军方发展了侧视机载雷达。

之后，侧视机载雷达SLAR 逐步用于非军事领域，成为获取自然资源与环境数据的有力工具。

1978年美国发射的Seasat海洋卫星以及随后发射的航天飞机成像雷达计划、苏联发射的Cosmos1870，标志着航天雷达遥感的开始。

20世纪90年代以来各国相继发射了一系列的星载雷达，单波段单极化雷达遥感得到了很大的发展。

进入21世纪以来另有一系列先进的雷达遥感计划得以实施，使得多波段多极化雷达遥感得到了很大的发展。

这一系列计划的实施大大地推动了极化雷达和干涉雷达等新型雷达的发展，使卫星雷达遥感进入了一个新时代。

我国的微波遥感事业起步于上世纪70年代。

在国家历次科技攻关中，遥感技术都作为重要项目列入。

经过若干阶段的发展，近年来已取得了技术、理论及应用研究的全面发展。

简述遥感的基本原理
遥感是一种通过探测和记录地球表面的电磁辐射来获取地球信息的技术。

它利用遥感卫星、飞机等载体，通过接收地球表面反射的电磁波或地球自身辐射的电磁波，来获取地球表面的信息。

遥感的基本原理是利用电磁波与地物之间的相互作用来获取地球表面的信息。

电磁波是一种由电场和磁场相互作用而产生的能量传播现象，它在空间中以波的形式传播。

电磁波包括可见光、红外线、微波等不同波长的波段，而不同波段的电磁波与地物之间的相互作用也不同。

例如，可见光主要与地表物体的颜色和纹理有关，红外线则与地表物体的温度有关，微波则可以穿透云层和植被，获取地表物体的内部信息。

遥感技术通过感知和记录电磁波在地球上的分布和变化，来获取地球表面的信息。

遥感卫星或飞机上搭载的传感器可以接收到地球表面反射的电磁波或地球自身辐射的电磁波，并将其转化为数字信号。

接收到的数字信号经过处理和解译，可以得到地球表面的各种信息，如地表反射率、温度、湿度、植被覆盖程度等。

这些信息可以用于地质勘探、环境监测、农业生产、城市规划等领域。

遥感技术的基本原理是通过探测和记录地球表面的电磁辐射来获取地球信息。

它利用电磁波与地物之间的相互作用，通过感知和记录电磁波在地球上的分布和变化，来获取地球表面的各种信息。

这种
技术可以广泛应用于各个领域，为人们提供了更多的地球信息，促进了人类社会的发展。

微波遥感一、微波遥感概述1、微波微波是指波长1mm——1m（即频率300MHz——300GHz）的电磁波，包括毫米波、厘米波、分米波，它比可见光-红外（0.38——15μm）波长要大的多。

最长的微波波长可以是最短的光学波长的250万倍。

常用的微波波长范围为0. 8～30厘米。

其中又细分为K、Ku、X、G、C、S、Ls、L等波段。

微波遥感用的是无线电技术。

微波遥感：是传感器的工作波长在微波波谱区的遥感技术，是利用某种传感器接受地理各种地物发射或者反射的微波信号，藉以识别、分析地物，提取地物所需的信息。

微波遥感系统有主动和被动之分。

所谓主动微波遥感系统，指遥感器自身发射能源。

“雷达”是一种主动微波遥感仪器。

雷达是用无线电波探测物体并测定物体距离的，这一过程中需要它主动发射某一频率的微波信号，再接收这些信号与地面相互作用后的回波反射信号，并对这两种信号的探测频率和极化位移等进行比较，生成地表的数字图像或者模拟图像。

微波辐射计是一种被动微波遥感仪器，记录的是在自然状况下，地面发射、反射的微弱的微波能量。

2、微波遥感的历史微波遥感的发展可以追溯到20世纪50年代早期，由于军事侦察的需求，美国军方发展了侧视机载雷达。

之后，侧视机载雷达SLAR 逐步用于非军事领域，成为获取自然资源与环境数据的有力工具。

1978年美国发射的Seasat海洋卫星以及随后发射的航天飞机成像雷达计划、苏联发射的Cosmos1870，标志着航天雷达遥感的开始。

20世纪90年代以来各国相继发射了一系列的星载雷达，单波段单极化雷达遥感得到了很大的发展。

进入21世纪以来另有一系列先进的雷达遥感计划得以实施，使得多波段多极化雷达遥感得到了很大的发展。

这一系列计划的实施大大地推动了极化雷达和干涉雷达等新型雷达的发展，使卫星雷达遥感进入了一个新时代。

我国的微波遥感事业起步于上世纪70年代。

在国家历次科技攻关中，遥感技术都作为重要项目列入。

经过若干阶段的发展，近年来已取得了技术、理论及应用研究的全面发展。