第一章电磁波及遥感的物理基础

第二章遥感物理基础遥感技术是建立在物体电磁波辐射理论基础上的。

由于不同物体具有各自的电磁波反射或辐射特性，才可能应用遥感技术探测和研究远距离的物体。

理解并掌握地物的电磁波发射、反射、散射特性，电磁波的传输特性，大气层对电磁波传播的影响是正确解释遥感数据的基础。

本章重点是掌握可见光近红外、热红外和微波遥感机理，以及地物波谱特征。

图2-1第一节电磁波与电磁波谱2.1.1 电磁波与电磁波谱1. 电磁波一个简单的偶极振子的电路，电流在导线中往复震荡，两端出现正负交替的等量异种电荷，类似电视台的天线，不断向外辐射能量，同时在电路中不断的补充能量，以维持偶极振子的稳定振荡。

当电磁振荡进入空间，变化的磁场激发了涡旋电场，变化的电场又激发了涡旋磁场，使电磁振荡在空间传播，这就是电磁波。

2. 电磁辐射电磁场在空间的直接传播称为电磁辐射。

1887 年德国物理学家赫兹由两个带电小球的火花放电实验，证实了电磁场在空间的直接传播，验证了电磁辐射的存在。

装载在遥感平台上的遥感器系统，接收来自地表、地球大气物质的电磁辐射，经过成像仪器，形成遥感影像。

3. 电磁波谱γ射线、X 射线、紫外线、可见光、红外线和无线电波（微波、短波、中波、长波和超长波等）在真空中按照波长或频率递增或递减顺序排列，构成了电磁波谱。

目前遥感技术中通常采用的电磁波位于可见光、红外和微波波谱区间。

可见光区间辐射源于原子、分子中的外层电子跃迁。

红外辐射则产生于分子的振动和转动能级跃迁。

无线电波是由电容、电感组成的振荡回路产生电磁辐射，通过偶极子天线向空间发射。

微波由于振荡频率较高，用谐振腔及波导管激励与传输，通过微波天线向空间发射。

由于它们的波长或频率不同，不同电磁波又表现出各自的特性和特点。

可见光、红外和微波遥感，就是利用不同电磁波的特性。

电磁波与地物相互作用特点与过程，是遥感成像机理探讨的主要内容。

图2-2电磁辐射的性质4. 电磁辐射的性质电磁辐射在传播过程中具有波动性和量子性两重特性。

第一章遥感物理基础1 遥感：使用某种传感器，不直接接触被研究的目标，感测目标的特征信息（一般是电磁波的反射或者发射辐射），经过传输、处理，从中提取人们感兴趣的信息的过程。

2电磁波谱：把各种电磁波按照波长或频率的大小依次排列，就形成了电磁波谱。

3绝对黑体：指能够全部吸收而没有反射电磁波的理想物体。

4灰体：在各种波长处的发射率相等的实际物体。

5色温：在实际测定物体的光谱辐射通量密度曲线时，常常用一个最接近灰体辐射曲线的黑体辐射曲线作为参照这时的黑体辐射温度就叫色温。

6大气窗口：电磁波通过大气层时较少被反射、吸收和散射的，透过率较高、对遥感有利的波段。

7发射率：实际物体与同温度的黑体在相同条件下的辐射功率之比。

8光谱反射率：物体的反射辐射通量与入射辐射通量之比。

9波粒二象性：电磁波具有波动性和粒子性。

10光谱反射特性曲线：反射波谱曲线是物体的反射率随波长变化的规律，以波长为横轴，反射率为纵轴的曲线。

11 方向反射：实际地物表面由于地形起伏，在某个方向上反射最强烈的现象。

12 漫反射：如果入射电磁波波长λ不变，表面粗糙度h逐渐增加，知道h和λ同数量级，这时整个表面均匀反射入射光电磁波，入射到此表面的电磁辐射按照朗伯余弦定律反射。

13 波谱特性：是指各种地物各自具有的电磁波特性（发射辐射或反射辐射）。

二、问答题1黑体辐射遵循哪些规律？(1由普朗克定理知与黑体辐射曲线下的面积成正比的总辐射通量密度W随温度T的增加而迅速增加。

(2 绝对黑体表面上，单位面积发射的总辐射能与绝对温度的四次方成正比。

（玻尔兹曼公式）(3 黑体的绝对温度升高时，它的辐射峰值向短波方向移动。

（维恩位移定律）(4 好的辐射体一定是好的吸收体。

（基尔霍夫）(5 在微波段黑体的微波辐射亮度与温度的一次方成正比。

（瑞利金斯公式）2电磁波谱由哪些不同特性的电磁波段组成？遥感中所用的电磁波段主要有哪些？a. 包括无线电波、微波、红外波、可见光、紫外线、x射线、伽玛射线等b. 微波、红外波、可见光3 物体的辐射通量密度与哪些因素有关？常温下黑体的辐射峰值波长是多少？（1 与光谱反射率，太阳入射在地面上的光谱照度，大气光谱透射率，光度计视场角，光度计有效接受面积。

第一章电磁波及遥感物理基础名词解释：1、遥感2、遥感技术3、电磁波4、电磁波谱5、大气窗口6、光谱反射率7、光谱反射特性曲线问答题：1、叙述沙土、植物和水的光谱反射率随波长变化的一般规律。

2、地物光谱反射率受哪些主要的因素影响？3、何为大气窗口？分析形成大气窗口的原因，并列出用于从空间对地面遥感的大气窗口的波长范围。

第二章遥感平台及运行特点名词解释：1、遥感平台2、遥感传感器3、卫星轨道参数4、升交点赤经5、轨道倾角5、近地点角距6、卫星姿态角7、重复周期8、近圆形轨道9、与太阳同步轨道10、近极地轨道11、小卫星问答题：2、以Landsat-1为例，说明遥感卫星轨道的四大特点及其在遥感中的作用。

3、叙述地心直角坐标系与地心大地直角坐标系的差别和联系。

4、获得传感器姿态的方法有哪些？简述其原理。

5、简述遥感平台的发展趋势。

6、LANDSAT系列卫星、SPOT系列卫星、RADARSAT系列卫星传感器各有何特点？第三章遥感传感器及其成像原理名词解释：1、遥感传感器2、红外扫描仪3、多光谱扫描仪4、推扫式成像仪5、成像光谱仪6、MSS7、TM8、HRV9、SAR 10、INSAR 11、CCD 12、真实孔径侧视雷达13、合成孔径侧视雷达14、全景畸变15、动态全景畸变16、静态全景畸变17、距离分辨率18、方位分辨率19、雷达盲区20、粗加工产品21、精加工产品22、多中心投影填空题：1、目前遥感中使用的传感器大体上可分为等几种。

2、遥感传感器大体上包括几部份。

3、MSS成像板上有个探测单元;TM有个探测单元。

4、LANDSAT系列卫星具有全色波段的是,其空间分辨率为。

5、利用合成孔径技术能堤高侧视雷达的分辨率。

6、扫描仪产生的全景畸变，使影像分辨率发生变化，x方向以变化，y 方向以变化。

7、实现扫描线衔接应满足。

选择题：(单项或多项选择)1、全景畸变引起的影像比例尺变化在X方向①与COSθ成正比②在X方向与COSθ成反比③在X方向与COS²θ成正比④在X方向与COS²θ成反比。

绪论第一章遥感物理基础Chapter 1 Physical basis of remote sensing电磁波：在真空或物质中通过传播电磁场的振动而传输电磁能量的波。

（在真空或介质中传播的交变电磁场）电磁波是通过电场和磁场之间相互联系和转化传播的，是物质运动能量的一种特殊传递形式。

原子光谱、分子光谱和晶体光谱波粒二象性：1 波动性：表现出干涉、衍射、偏振等现象。

一般成像只记录了电磁波的振幅，只有全息成像时才同时记录振幅和相位，在遥感成像时，只有雷达成像是如此。

干涉的影响：利—利用能量增大的趋势使图像清晰，方向性强；弊—造成同一物质所表现的性质不同SAR成像时，斑点的产生就是由于电磁波的干涉引起的。

衍射的影响：(1)使电磁辐射通量的数量、质量和方向都发生变化，结果测量不准确，对目标物的解译也带来困难。

(2)缩小阴影区域。

(3)影响遥感仪器的分辨能力。

光的偏振现象说明光波是横波，在微波技术中称为“极化”。

多普勒效应：电磁辐射因辐射源或观察者相对于传播介质的移动，而使观察者接受到的频率发生变化的现象。

2 粒子性的基本特点是能量分布的量子化光电效应应用：扫描成像、电视摄像等，把光像变成电子像，把对人眼无作用的电磁辐射变成人们可以看见的影像。

3、波粒二象性的关系电磁波的波动性与粒子性是对立统一的，E（能量）、P（动量）是粒子的属性，υ（频率），λ（波长）是波动的属性，二者通过h联系起来。

光的波动性和粒子性是光在不同条件下的不同表现：从数量上看：少量光子的运动表现出粒子性；大量光子的运动表现出波动性。

从频率上看：频率高的光子粒子性强，频率低的光子波动性强。

当光和其它物质发生相互作用时表现为粒子性，当在传播时表现为波动性。

为什么说遥感的物理基础是电磁波理论？➢不同地物电磁波特性不同（表现为不同颜色，不同温度）➢传感器接收的是电磁波➢数据传输是电磁波➢数据处理的是地物电磁波信息➢应用的是地物电磁波特性电磁波谱：将电磁波在真空中按照波长或频率的依大小顺序划分成波段，排列成谱。

遥感概论第一章绪论一、遥感（狭义）：在不直接接触目标物的情况下，使用特定的探测仪器来接受目标物体的电磁波信息，再经过对信息的传输、加工、处理、判读，从而识别目标物体的技术。

二、遥感平台：用来装载传感器的运载工具。

三、遥感的原理：1．物理依据：地球上的物体都在不停地辐射、反射和吸收电磁波，并且不同物体的电磁波特征是不同的。

2．原理：利用传感器接收地物反射或辐射出的电磁波，通过分析电磁波的特性区分不同的地物及其环境，主要基于两点：不同地物在不同波段反射率存在差异；同类地物的光谱是相似的，但随着该地物的内在差异而有所变化。

四、遥感技术系统：遥感技术系统是一个从地面到空中直至空间，从信息收集、存储、传输处理到分析判读、应用的完整技术系统，包括：被测目标的信息特征、信息的获取、信息的传输与记录、信息的处理和信息的应用。

五、遥感技术特点：1. 大面积的同步观测；便于发现和研究宏观现象（平台越高，视角越广，同步探测范围越大）2. 时效性：可以在短时间内对同一地区进行重复探测，有利于发现地球表面事物的动态变化，对天气预报，火灾、水灾的灾害监测等非常重要。

3. 数据的综合性和可比性：综合性包括：自然和人文信息的综合、多层空间的综合、多波段的综合、多时相的综合；可比性指获得的数据具有同一性或相似性，并且不同传感器具有兼容性。

4. 经济性；与传统方法相比，遥感可大大节省人力、物力、财力和时间，同时具有很高的经济效益和社会效益。

5. 局限性：一方面，遥感技术所利用的电磁波段很有限；另一方面，已利用的电磁波段对许多地物的某些特征不能准确反映。

六、遥感分类：1．按照遥感的工作平台分为：航天遥感、航空遥感、地面遥感。

2．按照资料的记录方式分为：成像方式、非成像方式。

3．按照电磁波的工作波段分为：紫外遥感、可见光遥感、红外遥感、微波遥感、多波段遥感。

〓多波段遥感：探测波段在可见光与近红外波段范围内，再分为若干窄波段来探测目标。

第一章电磁波及遥感物理基础一、名词解释：1、遥感：（1）广义的概念：无接触远距离探测(磁场、力场、机械波）；（2）狭义的概念：在遥感平台的支持下，不与目标地物相接触，利用传感器从远处将目标地物的地磁波信息记录下来，通过处理和分析，揭示出地物性质及其变化的综合性探测技术。

2、电磁波：变化的电场和磁场的交替产生，以有限的速度由近及远在空间传播的过程称为电磁波。

3、电磁波谱：将电磁波在真空中传播的波长或频率递增或递减依次排列为一个序谱，将此序谱称为电磁波谱。

4、绝对黑体：对于任何波长的电磁辐射都全部吸收的物体称为绝对黑体。

5、绝对白体：反射所有波长的电磁辐射。

6、光谱辐射通量密度：单位时间通过单位面积的辐射能量。

8、大气窗口：电磁波通过大气层时较少被反射、吸收和散射的，透过率较高的电磁辐射波段。

11、光谱反射率：ρ=Pρ/P0 X 100%，即物体反射的辐射能量Pρ占总入射能量P0 的百分比，称为反射率ρ。

12、光谱反射特性曲线：按照某物体的反射率随波长变化的规律，以波长为横坐标，反射率为纵坐标所得的曲线。

二、填空题：1、电磁波谱按频率由高到低排列主要由γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波等组成。

2、绝对黑体辐射通量密度是温度Ｔ和波长λ的函数。

（19页公式）3、一般物体的总辐射通量密度与绝对温度和发射率成正比关系。

4、维恩位移定律表明绝对黑体的最强辐射波长λ乘绝对温度T 是常数2897.8。

当绝对黑体的温度增高时，它的辐射峰值波长向短波方向移动。

5、大气层顶上太阳的辐射峰值波长为0.47 μm。

三、选择题：(单项或多项选择)1、绝对黑体的（②③）①反射率等于1 ②反射率等于0 ③发射率等于1 ④发射率等于0。

2、物体的总辐射功率与以下那几项成正比关系（⑥）①反射率②发射率③物体温度一次方④物体温度二次方⑤物体温度三次方⑥物体温度四次方。

3、大气窗口是指（③）①没有云的天空区域②电磁波能穿过大气层的局部天空区域③电磁波能穿过大气的电磁波谱段④没有障碍物阻挡的天空区域。