1、微波遙感復習要點武漢大學測繪學院XX第一章微波遙感基礎1、微波遙感：指利用波長1mm-1m電磁波（微波波段）進行遙感的統稱。利用微波傳感器 接受地面各種地物發射和反射的微波信號，藉以識別、分析地物、提取所需的信息。對云層、 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：主動式：側視雷達（成像）、微波高度計（不成像）、微波散射計（不 成像）被動式：微波輻射計（成像）。3、微波遙感的優勢：全天時：主動被動微波遙感都不依賴；全天候；一定的穿透能力：波 長越長、濕度越小濕度越小，穿透越深穿透；提供特殊信息：海面形狀，海面風速，土 壤；提供相位信息：高程信

2、息，地形形變信息（雷達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：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（雷達波束）在成像時沿距離向掃描，使觀察范圍加寬， 同時會降低方位向分辨率。聚束模式:對傳統的SAR成像模式而言，其發射波束一般正交于 衛飛行方向。而對聚束模式而言，雷達波束可以前后“斜視，偏離正方向。采用這種方式， 雷達波束對目標的照射時間將比傳統成像模要長，從而提高分辨率。通過聚束模式，將衛星 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、散射等規律。8、干涉的定義：由兩個（或兩個以上）頻率、振動方向相同，相位相同或相位差恒定的電 磁波在空間疊加時，合成波振幅為各個波的振幅矢量和。因此，會出現交疊區某些地方振 動加強，某些地方振動減弱或完全抵消的現象。這種現象稱為干涉。產生干涉現象的電磁 波稱為相干波。波的相干性導致微波雷達圖像的像片上會出現顆粒狀或斑點狀的特征。9、波的極化是指空間某點的電場強度矢量隨時間的變換規律。波的極化用電場強度矢量的 端點在空間隨時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（振動方向與參 考平面垂直）。垂直極化（振動方向與參考平面平行）。10、多普勒效應：當目標與觀測者之間有相對運動時，觀測者接收到的頻率與波源發出的頻 率不同，二者之差為多普勒頻移。互相接近時，頻率增加，遠離時頻率減少。不僅使用與聲 波，也使用與電磁波。11、大氣對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）對微波進行散射作用。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：主要在長波，復介電常數小，較干燥地物結構疏松， 如沙，復介電常數大則無透射如水面、銅。折射：波的分解T E （水平）TM （垂直）。單位投影面積內的散射率:y=4株2 S / %A cos00地表A單位面積散射系數:0（0,S）= 4歡2% /%oA指單位面積上雷達的反射率或者單位照射面積上的雷達散射截面。它是入射電磁波與地面目標相互作用結果的度量。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：目標的散射強度可用一表面面積度量，其大小為在觀察點處所截得的功率與散

6、 射場相同時所需截面的大小。（貌似是散射截面越大。散射能力越強）。第二章微波遙感系統1、散射計（有源、非成像）：強度一一后向散射系數，即定標后的雷達。可運用不同波長、 角度以及極化，測量地物散射特性及表面特征。2、雷達高度計（有源，非成象）：發射和接收信號的時間延遲來測量距離。3、微波輻射計（無源，成像型）：通過接受被測場景在一定頻帶內的電磁輻射，轉換為輸出 的低頻信號，來表述被測場景的地物信息。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最短距離。雷達發射的是短脈沖，信號之間必須 相差一個脈沖長度才能分開來

7、。距離分辨率與飛機一目標之間的距離無關。與俯角有關與航 空攝影相反。斜距分辨率：國=E2地距分辨率：cc /2sin由離地底點越近，入射角越小，分辨率越低；側視時距離分辨率好，近似垂直時反而差 與航空攝影的情況相反，雷達成像必須側視的原因。6、方位向分辨率：在方位向所能分辨的兩個目標的最小距離。在航向上，兩個目標要能區 分開來，就不能處于同一波束內。方位向分辨率等于雷達波束寬度所對應的弧長。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。7、合成孔徑雷達：利用雷達與目標的相對運動，把較小的真實天線孔徑與數據處理方法合成一種較大的等效

8、天線孔徑的雷達。Rs = d方位向分辨率僅由雷達天線的長度所確定？ ？8、雷達方程：描述了雷達發射機發射雷達波束后山地地物目標后向散射，雷達天線所接受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 的雷達方程應該大A。由雷達方程可知：當雷達系數參數和目標距離確定后，雷達天線接收 的回波功率與后向散射系數Q 0有關。10、灰度方程：表達了雷達回波功率轉換為圖像密度的過程。第三章微波圖像的特點1、側視雷達的圖像參數包括系統工作參數和圖像質量參數：波長、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、側視雷達圖像的幾何特點：（1）斜距顯示的近距離壓縮：方位向比例尺是一個常量，距 離向與俯角有關，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。成像時加延時補償或幾何校正（2）透視收縮與疊掩：透視收縮: 當雷達波束照射到位于雷達天線的同一側的斜面時，雷達波束到達頂部的斜距和到達底部的 斜距之差要比斜面對應的地面距離小。疊掩或頂部位移：對于朝向雷達波束的斜坡，當雷達 波束先到達斜坡頂部晚到達斜坡底部的時候，頂部先于底部成像。雷達陰

10、影：在雷達影像上 由雷達與目標之間的障礙物而出現的無回波區，即無訊號的區域。當a0時發生疊掩；當 以 時發生雷達陰影。俯角越大越容易產生疊掩，俯角越小越容易產生雷達陰影。4、地物目標的幾種類型：（1）點目標：尺寸遠小于一個分辨單元，回撥信號很強，以亮點 的形式表現在圖像上（2）線目標：在圖像上具有一定形狀的亮（暗）線目標，如鐵路、公 路、橋梁、輸電線等（3）面目標/分布目標：同類的點或物質隨機分布，并且表面很粗糙的 大塊區域，如農田、草地（4）硬目標：既不占相當面積，又不局限在分辨單元，回撥信號 在圖像上表現為一系列亮點或一定形狀的亮線，大多數人工建筑目標屬于此類，例如橋梁、 輸電線和房屋，亮

11、度一定非常強。h V 15、影響雷達圖像色調的因素：（1）粗糙度：8sinb，粗糙度與、是相對的。波長越長，俯角越小，表面越光滑。（2）復介電常數（介電常數和損耗因子）：介電常數高則反射作用 大，穿透作用小。復介電常數的大小取決于含水量，含水量高則復介電常數大，回撥信號強。（3）波長：主要通過影響粗糙度和介電常數來影響圖像色調的，波長，相當于表面光滑， 介電常數大。（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，雷達波束 的入射角都在平直區范圍內，平均后向散射系數變化不大，地物的回波強度隨距離變化不大。 對于大尺度粗糙表面，平均后向散射系數處于近垂直入射區，圖像上色調會變亮。而背

12、向雷 達波束的坡面圖像上色調會變暗。海洋遙感，有時需要將入射角控制在近垂直入射區，如海 洋油污檢測。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：對于同極 化，粗糙表面與比較光滑表面不同，HHVV；近垂直入射時，兩種極化的差別很小。但水 面和城市情況不同。對于交叉極化，通常回波比同極化低8-25dB。所以交叉極化接收機的 增益要高些。去極化（產生交叉極化的過程）q由平均的平滑起伏表面上反射系數的差別引 起的準鏡面反射q非常粗糙的表面引起的多次散射q地表趨膚深度層內的非均勻物體引起的 散射q地物目標本身的各向異性產生的散射。次表面粗糙度與體散射：當電磁波穿透地 物時，第二層介質的

13、表面粗糙度稱為次表面粗糙度。第二層介質不均勻引起體散射體散射是 當雷達波束穿透地物時，由于地物內物質的不均勻性，和不連續的空間位置分布，如樹干、 枝干、葉面等分布的隨機性，引起體內散射的各向同性。第二層介質均勻則只有表面散射無 體散射。面散射和體散射的區別：q面散射的強度與表面復介電常數成正比，散射特性曲線 的形狀由表面粗糙度決定；q體散射的散射強度與內部物質介質的不連續程度成正比，其散 射曲線的形狀由平均介電常數等因素決定。（7）角反射器：回波信號很強，角反射器回波強 度與材料有關。金屬角反射器混凝土角反射器木質角反射器。6、雷達圖像中的某些虛假現象：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為地物對于某一波長（包括不同極化方式） 或某幾個波長的雷達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；地面多為粗糙面對入射角不敏感。（1）農作物與草地：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3）一般對入射角不敏感水稻在近垂直入射區有較強回波（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6）不同波長回波不同，波長長者回波小7）不同的生長期、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。落葉林回波強度大2）水平極化回波強度 大3）不同波長穿透程度不同，體散射信號強度各異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。1）入射角越大，散射 系數越小2）粗糙度增加，散射系數曲線變得平緩3）特定入射角與粗糙度無關、僅與含水 量有關，便于探測土壤濕度。如1.1GHZ 7 4）散射系數與濕度呈線性關系。（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，巖石構成元素，植 被與土壤復蓋，極化方式。（5）海浪海風：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 關系，以便研究海浪和海風的狀況

16、。1）風速越大海面粗糙度越大曲線越平緩2）觀測方 向與風向所成角度順風表現為光滑逆風表現為粗糙側向與逆風時比稍弱3）風浪大時 VV/HH回波之間差異小（與農作物類似）海面平靜時VV極化散射系數要大。（6）冰雪:n大面積冰層：表面光滑，回波弱n融化時，海、河中大量浮冰增加了粗糙度， 回波強預測河流的通航期。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波長長者、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。第四章雷達圖像的校準、定標和模擬1、校準：雷達圖像需要改正由于天線、發射機和接收機性能等的衰變造成接收信號的誤差， 改正由于環境干擾造成的信號混雜或噪聲帶

17、來的誤差，使雷達圖像所反映的信號在最大限度 上真實表現地物目標的回波強度。校準大氣干擾，噪聲影響，系統性能。定標即“反演”。 在校準后確定灰度后向散射系數關系。2、定標：對于校準后的雷達圖像，建立起圖像灰度與標準后向散射截面的關系。3、內部校準：內部校準是為了克服信號獲取過程中的系統誤差，解決輸出電壓是否正確的 問題。通過標定的發射功率來測試發射接受系統的傳輸函數。4、校準器：規則形狀回波強的人造目標作為校準器如角反射器，矩形板等4、絕對校準：為了解決回波量測過程中的隨機誤差。通過獲得已知散射截面的地面目標信號來進行。利用理論計算散射截面和實際量測的散射截面的偏差。5、雷達圖像的定標：雷達圖像

18、的定標確定圖像的灰度與標準雷達散射截面的關系。定標是 定量分析的前提，定標后，即可由雷達圖像的灰度計算出地物目標回波的絕對值。總體傳遞 函數f定標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P點坐標：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則只考慮地面點的位置，而沒考慮 大地基準面（主要是折射率引起的時間變化）外方位元素的影響：理想狀態與實際狀態的影 響，外方位元素（位置和姿態的變化

19、），對于SAR影像，航速變化會導致影像產生變形。（見 習題）2、構像方程：成像幾何關系的表達，影像點坐標與相應地面點地面坐標，由成像機理所形 成的關系表達式。用于幾何變形分析，成像幾何質量分析，影像幾何校正。基于多普勒的構 像方程:三個方程式所組成的方程組就形成了基于多普勒方程的衛星雷達成像方程.相應于 等效中心投影的雷達影像構像方程、konecny提出的等效共線方程：前述等效共線方程以 雷達影像平均比例尺為基礎，仍是一種近似，事實上雷達影像各點處比例尺不盡一致。3、雷達圖像的幾何糾正方法：（1）多項式方法。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，相對平坦）（2）利用構像方 程：數學模型比較嚴密，每一點上要用高程信息（主要是基于多普勒方程的構像方程的幾何 校正，需要較高的星歷精度）（3）雷達圖像模擬：雷達圖像的模擬是根據地面實際情況或其 它資料（如地圖或其它遙感資料），按照雷達圖像的成像機理，用計算機產生一幅雷達圖像， 或根據已有雷達圖像產生不同頻率、不同極化的另外一種雷達圖像，以供多種應用的技術。 需要的數據：知地理信息數據庫：DEM，土地利用；地物目標散射特性數據庫、雷達設備 參量、成像參數等數據。實施步驟：1）按分辨單元大小，根據飛行路線、俯角、照射帶寬 在地形圖上確定格網2）計算每一格的實際面積和雷達波入射角（根據DEM）

21、 3）按每一格 的地物（需土地利用數據）及其在不同條件下的散射系數（散射特性數據庫）由雷達參數計 算回波功率4）計算每一格所對應的圖上灰度。第六章微波圖像與測量1、平面測量：前提地面起伏較小，地距顯示圖像光點尺寸補償強信號減一弱信號 加一（原因：由于雷達圖像記錄了地面上每一分辨單元中的地物回波信號，若這一分辨 單元中由某一地物回波信號很強，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，所以量測結果須減去一個分辨單元的長度，而對于無回波地物或陰影 的長度計算則正好相反，須加上一個分辨單元的長度，因為其兩端所處的分辨單元可能 有回波信號較強的地物。）高度量測：前提條件獨立地物立體量測中的視差表示視差： 同一地物在立體影像上的坐標差異。立體相對要求左右入射角有較大的差別，缺點：左 右影像的幾何變形大，加上噪聲斑點，使得影像的圖像匹配困難。第七章雷達圖像的目視解譯和計算機處理1、雷達圖像的解譯標志特點：解譯標志主要在于色調、紋理、相對位置關系形狀、大小由 于受變形影響，很難利用盡可能利用多極化圖像，多時域圖像和多頻段圖像。可與其它 圖像一起