遥感原理与应用(2.1.1)--电磁波谱及遥感物理基础(一)

学习-----好资料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内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：单位时间内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：p =P P/P O X 100%，即物体反射的辐射能量P P占总入射能量R的百分比，称为反射率p。

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丫射线、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 和波长入的函数。

（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入乘绝对温度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 卩m。

三、选择题：（单项或多项选择）1、绝对黑体的（②③）①反射率等于1②反射率等于0③发射率等于1④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。

第一章遥感物理基础1 遥感：即遥远感知，在不接触的情况下，对目标或自然现象远距离探测和感知的一门技术。

具体讲，是在高空和外层各种平台上，运用各种传感器获取反映地表特征的各种数据，通过传输，变换，和处理，提取有用的信息，实现研究第五空间形状.位置.性质.变化及其与环境互相关系的一门现代运用技术科学。

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：能够完全吸收任何波长入射能量的物体4灰体：在各种波长处的发射率相等。

5色温：用嘴接近回头辐射曲线的黑体辐射曲线作为参照，这是的黑体辐射温度。

6大气窗口：电磁波有些波段通过大气层时减弱较少，透过率较高，这些电磁波段被称为大气窗口。

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：发射波普是某物体的反射率随波长的变化规律，以波长为横轴，反射率为纵轴的曲线。

11.地物波普特性：是指各种地物各自所具有的电磁波特性，包括发射辐射和反射辐射。

二．简答1黑体辐射遵循哪些规律？（1）凡是吸收热辐射能力强的物体，它的热发射能力也强。

凡是吸收热辐射能力弱的物体他们的热发射能力也弱（1）普朗克定律：（2）斯忒藩-波耳兹曼定律：（3）基尔霍夫定律：（4）瑞利-琴斯定律：5）维恩位移定律：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？电磁波包含了从波长最短的r射线到最长的无线电波段，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。

遥感中所用的为从紫外线到微波波段，包括紫外线、可见光、红外波段、微波波段。

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？a.温度和波长利用波长乘温度=2897.84叙述沙土、植物、和水的光谱反射率随波长变化的一般规律。

自然状态下土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值，一般来讲土壤的光谱特性曲线与一下因素有关，即土壤类别、含水量、有几只含量、砂等含量有关。

一．绪论1.遥感的定义：遥感即遥远感知，是在不直接接触的情况下，对目标或自然现象远距离探测和感知的一种技术。

2.遥感的过程:地物发射或反射电磁波通过介质（大气）被传感器接受，通过传感器获取数据，再经计算机对数据处理后，我们提取有用的信息，最后应用于实践。

（地物发射或反射电磁波→介质（大气）→传感器数据获取→计算机数据处理→信息提取→应用）二．电磁波及物理遥感基础1.电磁波的定义：变化的电场和磁场交替产生，以有限的速度由近及远在空间内传播的过程称为电磁波。

2.电磁波的特性：波动性（干涉、衍射、偏振）粒子性（光电转换）3.电磁波谱的定义:按电磁波在真空中传播的波长或频率递增或递减顺序排列，就能得到电磁波谱。

4.（1）地物发射电磁波:①绝对黑体的定义：如果一个物体对于任何波长的电磁辐射都全部吸收，则这个物体是绝对黑体。

黑体辐射1.绝对黑体：吸收率α(λ,T)≡1 反射率ρ（λ,T）≡02.绝对白体：吸收率α(λ,T)≡0 反射率ρ（λ,T）≡1 绝对黑体与绝对白体与温度和波长无关。

②遥感的两种形式：被动遥感，主动遥感。

其中太阳是被动遥感最主要的辐射源。

⒈太阳辐射的特点：与黑体特性一致；能量集中在可见光和红外波段。

⒉一般物体的发射辐射：自然界中实际物体的发射和吸收的辐射量都比相同条件下绝对黑体的低。

发射率ε：实际物体与同温度的黑体在相同条件下辐射功率之比。

ε= W′/ W（ε是一个介于0和1的数）►绝对黑体ελ＝ε＝1►灰体ελ＝ε但0＜ε＜1►选择性辐射体ε＝ｆ(λ)►理想反射体（绝对白体）ελ＝ε＝0大多数物体可以视为灰体：W'=εW=εσT4（2）地物反射电磁波：①光谱反射率:物体的反射辐射通量与入射辐射通量之比。

②反射波谱特征曲线：反射波谱是某物体的反射率（或反射辐射能）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即为该物体的反射波谱特性曲线。

同一地物时间效应：地物的光谱特性一般随时间季节变化。

遥感原理与应用：第二章第一章电磁波及遥感物理基础1 遥感的概念2 电磁波和电磁波谱3 物体的发射辐射1)黑体辐射2)太阳辐射3)大气对辐射的影响4) 一般物体的发射辐射4 地物的反射辐射1)地物的反射类别2)光谱反射率以及地物的反射光谱特性3) 影响地物光谱反射率变化的因素5 地物波谱特性的测定1)地物波谱特性的概念2) 地物波谱特性的测定原理3)地物波谱特性的测定步骤补充材料１辐射能量,电磁辐射的能量,w辐射通量,单位时间通过一定面积的辐射能量．Ｗ辐射通量密度：单位时间内通过单位面积的辐射能．Ｗ／平方米辐射出射度：辐射源的物体表面单位面积上的辐射能,辐照度：被辐射的物体表面单位面积的辐射能,辐射亮度,补充材料２遥感影像的特征空间分辨率：每个像元对应空间的大小,巨型环境特征,大型环境特征,中型环境特征,小型环境特征,波谱分辨率：传感器所用的波段数目,波段宽度,中心波长几光的波谱范围,辐射分辨率：区分光谱信号强度差异的能力,时间分辨率：对同一地区遥感影像重复覆盖的时间,补充材料３遥感系统的组成遥感系统信息源信息获取信息记录与传输信息处理地面站的处理用户处理光学处理数字图像处理图象增强多元信息复合计算机解译处理信息应用一遥感平台的种类遥感平台,搭载传感器的工具统称为遥感平台,地面遥感平台,三脚架,遥感塔,遥感车100米以下,航空平台, 100米以上,100公里以下航天平台,航天飞机和卫星,240公里以上 A,气象卫星B.陆地卫星C,海洋卫星第二章遥感平台及运行特点陆地卫星：ＳＰＯＴ，ＬＡＮＤＳＡＴ，ＩＫＯＮＯＳ,海洋卫星：以微波为主气象卫星,ＮＯＡＡ系列为代表二卫星轨道随着遥感技术的发展，各种地球资源卫星提供了越来越多的卫星遥感图像（简称卫星图象）。

卫星图像有几个优点：宏观性好，成本低，周期性好。

卫星运行轨道对卫星图象具有多种影响，有必要加以了解。

根据开普勒定律，人造地球卫星在空间的位置可以用几个特定数据来确定，这些数据称为轨道参数,对地观测卫星轨道一般为椭圆形，轨道有 6 个参数,①半长轴 a,即卫星离地面的最大高度,它用来确定卫星轨道的大小；②偏心率 e,决定卫星轨道的形状；③轨道面倾角 i,地球赤道平面与卫星轨道平面间的夹角；④升交点赤经 W,卫星轨道与地球赤道面有两个交点，卫星由南向北飞行时与地球赤道面的交点称为升交点，卫星由北向南飞行时与地球赤道面的交点称为降交点；升交点与春分点之间的角距为Ｗ,⑤近地点角距 w,升交点向径与轨道近地点向径之间的夹角；⑥卫星过近地点的时刻 T,对于卫星的跟踪和预报来说，上述参数中最重要的轨道参数是轨道倾角ī和升交点赤径Ω,它们确定了卫星的轨道相对于地球的方位，但还必须知道椭圆轨道半长轴的方向。

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。

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。