遙感科學與技術系2010-9-26[2010-2011第一學期]參考書目：微波遙感原理舒寧武漢大學出版社(2000-03出版)主動式雷達遙感隋立春測繪出版社(2009-05出版)地球衛星遙感卷1:理論與儀器曲(Qu.J.J.)、等清華大學出版社(2006-09出版)微波技術基礎廖承恩西安電子科技大學出版社(1994-12出版)第一章微波遙感原理§1.1引言空間遙感是在空間(衛星)平臺上用電磁波與地球大氣、地表、海洋環境相互作用的散射與輻射來進行觀測。它從可見光攝影開始，經過紅外熱輻射探測，到20世紀70年代已發展到微波、毫米波遙感。1）波長范圍可見光-近紅外遙感載波波長0.38-0.76um熱紅外遙感載波波長0.76-1000um微波遙感載波波長1-1000mm微波的頻譜與能量譜(1焦耳=107耳格)(MKS制-CGS制)2）波段劃分微波波段毫米波厘米波分米波0.1-1.0mm0.1-1.0cm0.1-1.0mKaK,Ku,X,C,SS,L,P4）常見雷達衛星載波衛星發射波段波長(CM)頻率(GHZ)SAESAT1978L23.51.275SIR-A1981L23.51.278SIR-B1984L23.41.282SIR-C/X-SAR1994L/C/X23.5/5.8/3.1Lacrosse1988L、X23.5/3.01.278/10ALMAZ1991L103.1ERS-1/21991/1995C5.75.25JERS-11992L23.51.275RADARSAT-11995C5.75.25XSAR/SRTM2000C5.75.25ENVISAT2002C5.75.25ALOSPALSAR2005L23.51.275RADARSAT-22005C5.75.25COSMOSky-med2007X3.110TerraSAR-X2009X3.1101.1.2優越性-全天候，全天時，穿透性微波能穿透云霧、雨雪，具有全天候工作能力。全天時工作能力。微波對地物具有一定穿透性。微波能提供不同于可見光和紅外遙感所能提供的信息。微波遙感的主動方式不僅記錄電磁波振幅信號，而且可以記錄電磁波相位信息。行星際探測的主要手段。1）全天候工作能力Allweathercapabilities對云的透過性（全球日平均云層覆蓋率為40%-60%）CSX2）全天時工作Day/nightcapabilities雷達是有源傳感器（自己提供照射）并不依賴于日光。在汶川地震遙感監測中，高分辨率SAR發揮了重要作用。在5月13日至5月15日，災區一直是陰雨天，光學遙感（衛星和航空）都無法得到圖像，通訊也基本中斷，5月13日日本方面ALOSPALSAR首先獲得ScanSAR模式的圖像，但是分辨率為100米，無法應用；意大利的COSMOSkyMed首先得到都江堰3米和1米分辨率的SAR圖像；5月14日我國的遙感1號得到分辨率為5米的災區SAR圖像。5月底直升飛機失事，在找尋飛機殘骸的過程中，P波段和L波段的雷達也發揮了重要的作用。在2008春節期間我國南方地區的冰雪災害過程中，在歷次洪澇災害過程中，在我國南方地區農作物生長的關鍵時刻，經常是陰云密布，或大雨滂沱，只有SAR能夠工作得到遙感圖像。SWISSDAY/NIGHTIMAGESIR-A測繪沙特阿拉伯古河道（1981年）

ShuttleImagingRadar4）不同于可見光和紅外遙感的信息微波高度計：大地水準面測量，內波，海面風場，海浪高度測量合成孔徑雷達：內波，海底地形，海洋溢油，艦只潛航尾跡，相位變化測量5）相位測量-合成孔徑雷達干涉測量SRTM全球地形三維測量Landers地震同震形變場SoufriereHillsvolcano,Montserrat，UKLandersearthquake1992，《nature》開采沉陷：實踐證明InSAR技術用于開采沉陷監測可以達到厘米級的分辨率，完全滿足精度要求，未來將是一種行之有效的開采沉陷監測方法。

冰川移動：InSAR技術對冰川研究有兩個重要作用。首先InSAR技術能夠提供完整的、高分辨率的、高精度的地形數據；其次，重復軌道能夠測量冰的流動。

地表沉降：利用InSAR技術進行了城市地表沉降監測，與常規水準測量相比，兩者相關度達0.943，說明InSAR測量值與其保持很高的一致性

火山研究：實踐表明，基于InSAR技術，一個月幾次的重復觀測很容易監測每月幾個厘米的火山運動形變量，無論在熱帶雨林（如印尼的Merapi地區）還是在北極冰雪地帶（北極Katmai地區），SAR圖像均能保持令人滿意的相干性。

地震形變：地震形變監測是InSAR技術應用最為成功的領域之一。

地殼運動：用InSAR技術研究地殼運動及板塊漂移在國外已多有研究，其中規模最大的當屬美國國家科學基金會(NSF)、地質調查所(USGS)和國家航空和航天局(NASA)聯合發起的“地球探測”(Earthscope)計劃.滑坡監測：目前已有采用InSAR手段研究滑坡的先例。如對法國南部SaintEtiennedeTinee的滑坡現象應用D-InSAR技術進行監測，幾十個干涉圖序列中提取位移梯度圖，利用它們模擬該地區的變形模型，處理結果與常規離散監測方法吻合程度很高。

[5]各種形變監測技術比較SRTM全球地形三維測量

航天飛機雷達地形測繪任務

ShuttleRadarTopographyMission2000年2月11日，11天生成全球80%陸地表面DEM（30m,16m）和SAR圖像（30m），完成了人類有文明以來5000年未能完成的使命。通過對探測數據的處理，還獲得了其它探測儀器的一些初步科學成果，比如：干涉成像儀獲取的光譜圖、干涉圖，激光高度計獲取的測距值，γ/X射線譜儀獲取的能譜圖，微波輻射計獲取的月表亮溫變化趨勢圖，空間環境探測儀獲取的粒子計數圖等。二十世紀六十年代初，美國科學家彭齊亞斯和R.W.威爾遜為了改進衛星通訊，建立了高靈敏度的號角式接收天線系統。為了降低噪音，他們甚至清除了天線上的鳥糞，但依然有消除不掉的背景噪聲。他們認為，這些來自宇宙的波長為7.35厘米的微波噪聲相當于3.5K。1965年，他們又訂正為3K，并將這一發現公諸于世，為此獲1978年諾貝爾物理學獎。由于微波的全天候特點，能穿過云層，還可能探測地下結構，隨著空間分辨率的不斷提高，高分辨率合成孔徑雷達(SAR)與多通道輻射計成像(如：特別微波成像輻射計SSM/I)技術的發展，以及多源、多極化、多通道、多視角、多用途、主動與被動、多系列、連續多年的空間遙感計劃的進行，已使微波遙感成為空間遙感發展最前沿的技術。微波遙感技術已使以往受晝夜云霧影響的光與紅外遙感獲取全球環境35％的信息增加到全天候地獲取全球環境95％的信息，凸現了以微波遙感為主的發展態勢。5）缺點與不足雷達圖像分辨率較低雷達成像處理困難數據源較少微波遙感的分類與應用微波被動遙感：微波輻射計根據普朗克定律，任何地物在一定溫度下，不僅向空間發射紅外輻射，而且還發射微波輻射，地物的微波輻射基本上和紅外輻射相似，符合熱輻射定律。但微波是低溫狀態下地物的重要輻射特性，其特點是地物的溫度越低，微波輻射也就越明顯。盡管微波輻射比紅外輻射能量要弱得多，但可以用無線電技術經調諧和放大線路來接收。目前，微波輻射在地學等領域正作為有力的探測手段，加速進行研究。微波被動遙感傳感器Nimbus-5,6:ESMR電掃描微波輻射計Nimbus-7:10通道雙極化SMMRF-8(DMSP)-13，14：7通道微波成像儀SMM/ITRMM熱帶降雨測量任務：微波成像儀TMIEOS-PMAqua:多通道先進微波掃描輻射計AMSR-EFY-3：10通道微波成像儀HY-2：微波成像儀SMM/I神州-4，嫦娥-1：多波段微波輻射計應用范圍微波被動遙感對于水特別敏感，因此在區域和全球性水圈遙感中起著十分重要的關鍵作用。比如，探測大氣溫度、水汽廓線，大氣降雨、大氣可降水量、云中液態水含量；反演海面風場(風速、風向)、臺風、海冰的監側；獲取陸地面溫度、土壤濕度、積雪深度與水當量、干旱、洪澇、沙漠，陸地水文與地理環境、植被生物量、農作物生長評估及其在空間尺度上的分布與時間尺度上變化等。FY-3微波輻射計地基12通道微波輻射計微波主動遙感：微波散射計，雷達高度計，固定孔徑雷達，合成孔徑雷達。多通道（X，C，L，P），多模式（SCANSAR,）,多極化（HH，VV，HV，VH），高分辨率SAR應用范圍雷達與SAR對于大氣降雨、大氣可降水量、云中液態水含量，海面風場、臺風、海冰的監測，陸地土壤濕度、積雪、干旱洪澇災害、陸地水文、植被與農作物