光的偏振 极化 二向性反射分布函数与遥感 定量化 模型.docVIP

光的偏振 极化 、二向性反射分布函数和遥感 定量化 模型 机载激光雷达与机载InSAR的比较 机载激光雷达测量技术和机载InSAR技术都是最近才发展起来的主要用于获取高时空分辨率、高精度DEM数据的两种高新技术，并有可能生产DEM等地形地貌产品时真正代替传统的摄影测量和地面常规测量技术。尽管机载激光雷达测量技术和机载InSAR技术都可用于空间数据的获取，但通过比较发现，两者各有优缺点，这对用户根据自己的需要选择不同的技术又显得非常重要。概括来讲，机载激光雷达测量数据的后处理非常重要，并且较为复杂，处理后能获得详细的地形数据以及更高一级的产品，如三维城市模型。InSAR获得的数据后处理较少，所获得的地形数据没有机载激光雷达所获取的数据详细，且X波段的无线电信号无法穿透植被覆盖。当然将来有可能融合两种数据就能更有效地获取更加丰富的高层信息。 3.1概述 ●物体的微波反射、发射与它们的可见光或热红外的反射、发射无直接关系。一般说来，微波响应给人们一个完全不同于光和热的视角去观察世界。 ●微波波长范围为1mm~1m(300GHz~300MHz)，实质上是属于无线电波范围的一种电磁波。 ●微波遥感波段: 微波遥感器的分类 3.2雷达遥感原理 ●微波与目标的相互作用，可以测量目标的后向散射特性、多普勒效应、偏振特性等，还可以反演目标的物理特性(介电常数、湿度等)，及几何特性(目标大小、形状、结构、粗糙度等)多种有用信息。 (1)微波的散射 1)表面散射 自然表面可以分解为一系列平面元，其中有小尺度的几何形状--即粗糙度。在表面散射中，散射面的粗糙度是非常重要的。若表面是光滑的，入射的能量与表面相互作用后形成两束平面波，一束为表面向上的反射波。它与法线的夹角与入射角相同，方向相反(即镜面反射):另一束为表面向下的折射波或透射波。若表面是粗糙的，入射的能量与表面相互作用后，再辐射而射向各个方向，成为散射场(即漫反射)。 2)体散射 体散射指在介质内部产生的散射，为经多次散射后所产生的总有效散射。当介质不均匀，或不同介质混合的情况下，往往发生体散射。如，降雨(属多个散射体分布)、土壤或积雪内部、植被等。 3)散射截面与散射系数 散射截面--一个可与目标等效的各向同性反射体的截面积，它对入射电磁波的反射功率能相等于实际目标的散射功率; 散射系数--在给定方向上单位立体角内，单位散射体积对入射电磁波单位能流密度的散射功率。它是入射电磁波与地面目标相互作用结果的度量; 后向散射--沿电磁波入射方向返回的散射; 后向散射截面--入射方向的散射截面。 (2)雷达方程 式中，Wr为接收功率;Wt为发射功率;G为天线增益;R为目标离雷达的距离;σ为目标的雷达散射截面;Ar为接收天线孔径的有效面积;Ar=Gλ2/4π。 则得，此式是针对点目标而言，对于面目标σ=σ0A，则面目标的回波效率，用积分表示为: 式中，σ0为后向散射系数;A为雷达波束照射面积;若目标为散射体，则σ0为单位体积的散射截面，A则对应辅照体内的体积分。 从雷达方程可知，当雷达系数参数(Wt,G,λ)及雷达与目标距离(R)确定后，雷达天线接收的回波功率(Wr)与后向散射系数(σ0)直接有关。 (3)多普勒效应(Doppler) 多普勒效应指由观察者和辐射源(或目标与传感器)的相对运动，而引起的电磁发射频率与回波频率的变化。 对于成像雷达而言，飞行器与地面相对运动，由于多普勒效应，雷达的发射频率r，到达地面时已改变为r，其差△r=r-r，称为多普勒频移。若两者距离缩小则△r0:若两者距离增加，则△r0。最终传感器所接收的回波频率，已是又经过1次多普勒频移的r〞了。其关系可用下式表达: 式中，u为辐射源和观察者之间的相对速度;c为光速，即电磁辐射速度;θ为辐射源与观察者间连线与运动方向的夹角。 尽管对于飞机或空间飞行器的运动速度来说，此频率的改变是很小的，但它对遥感是有用的。遥感利用多普勒效应，可以观测目标的运动，得到地表物体的信息，并可以通过外差技术测出和区分多普勒频移，以避免产生图像模糊，确保获得高分辨率的雷达图像。 3.3侧视雷达成像系统 ●雷达(RADAR)一词是取自RadioDetectionandRanging(无线电探测和测距)的缩写词，它不仅能探测，而且能测距。 机载侧视雷达 星载侧视雷达 侧视成像雷达是一种主动微波遥感系统。它是测量目标物对雷达波束后向散射回波强度的成像设备。 以机载侧视雷达为例，一个雷达成像系统，基本包含发射器、雷达天线、接收器、记录器等四个部分。 由脉冲发生器，产生高功率调频信号(即电磁波计时脉冲):经发射器，以一定的时间间隔，(脉冲长度)反复发射具有特定波长的微波脉冲; 通过发射天线向飞行器的一侧沿扇状波束宽度发射雷达信号照射与飞行方向垂直的狭长地面条带: