第二章微波遥感的基本原理.ppt

西安电子科技大学 理学院 垂直极化波用对偶定理互换即可得出 (5)电磁波在粗糙面上的散射 粗糙面的散射是一个独立完整的知识面，作为课后阅读学习内容(对于陆地遥感问题粗糙面散射非常重要)。 (a)微分散射系数 对于粗糙面，散射波既有镜面反射分量，也有漫反射分量，镜面反射分量极化入式与入射电磁辐射的极化相同，漫反射分量既有同极化分量也有正交极化分量，许多文献中都区别极化微分散射系数。还有单位面积微分散射系数。 朗伯余弦定理 r0与地表特性有关的常数 (b)粗糙面的发射率 (6)、地球表面的热辐射——表观温度、亮度温度（被动遥感） 当某温度的黑体置于遥感接收器孔径之前时，它在接收器工作谱段内发射给接收器的热辐射通量正好等于接收器从被测物体所接收的辐射通量，该温度为被测物体的表观温度。 (6)、地球表面的热辐射——表观温度、亮度温度、散射温度 当某温度的黑体置于遥感接收器孔径之前时，它在接收器工作谱段内发射给接收器的热辐射通量正好等于接收器从被测物体所接收的辐射通量，该温度为被测物体的表观温度。 当某温度的黑体辐射面的亮度与被测物体的亮度一致，该温度为被测物体的亮度温度。（辐射情况一致时） 亮度温度和表现温度都是等效的黑体辐射温度，通常在讨论关于表面或体积的自发辐射时用亮度温度；当讨论物体辐射到接收天线的电磁能量时用表观温度。 亮度温度和表观温度通常在被动遥感中经常用到；散射温度经常在主动遥感中用到。 二、微波与大气相互作用 辐射部分主要是被动遥感基础，散射、反射、透射规律主要是主动遥感基础，当然辐射部分也为主动遥感提供了研究基础。 大气是由气体分子和气溶胶粒子(灰尘、凝结核、水汽凝集物)组成的。电磁波(如雷达波)在大气中传播时遇到这些粒子就会发生散射。气象雷达观测到的各种气象回波，就是接收这些散射信号的结果。 二、微波与大气相互作用 粒子在各方向上散射电磁波的情况，除了与入射波的性质有关以外，还与质点的大小、形状、电学特性等物理性质有关。因此，当质点的物理性质和入射波的性质已知时，就可以知道质点向各方向发出的散射波的性质；反之，当质点散射波特性已知时，也可以推断出散射质点的物理特性。 1、大气粒子对电磁波的散射 1对目标辐射或散射的衰减2本身的辐射 介质球散射理论 Mie散射理论的原理是：以球表面为界，球外区由入射场和散射场组成，球内为透射场。首先将入射场展开成含已知系数的球矢量波函数，球内场和散射场展开成含未知系数的球矢量波函数，再应用麦克斯韦方程的边界条件（即切向分量连续）和辐射条件，使电磁场问题化为求散射场各波模的未知数的代数方程。 入射波为 则散射场为 入射波为 则散射场为 瑞丽近似下的散射函数的结果 所谓质点的散射藏面、吸收截面和衰减截面，分别是质点的散射功率、吸收功率和衰减功率与入射波波波印廷矢量的比值 有兴趣的同学自行了解椭球粒子的散射。 2、晴空大气、云、雾、降水对电磁波的衰减 晴空大气的衰减包括自由空间的能量扩散衰减和大气中气体分子（主要是氧气分子）和水蒸气的吸收衰减。自由空间扩散衰减表示为 f表示频率单位MHz ，d表示距离单位km。 Libebe模型是精确的物理模型，频率适用1-1000GHz，但是计算要求需要垂直分布的气象参数，计算吸收衰减率公式为 f表示频率单位GHz ，N“表示大气复折射指数虚部。 2、降水对电磁波的衰减 Din and Ajayi 特征衰减参数 3、大气对电磁波的折射散射 发射率是遥感研究中地物的重要参数，它给出了辐射体在球面空间内的发射本领，如与方向无关称为半球发射率。材料的发射率也可能随测量方向而变，特别是表面磨光的金属或者光滑平面，此时需要分析材料的定向发射本领。它是与辐射表面的法线成θ角的小立体角内所测到的发射率。 通常，在一定波长下，发射率既与辐射体表面的电磁特性和几何形状有关，又与电磁波的辐射方向和极化方式有关。例如，波长为了3cm时，垂直表面方向的平静海水的发射率约为0.6，含水25％的肥沃土壤的发射率为0.6，含水6％的肥沃土壤的发射率0.9，导电良好的金属板的微波发射率接近于0。 几种材料的微波发射率 通常，物质的辐射特性是电磁波遥感的重要基础，发射率的研究是物质辐射特性的重要参数，合理、准确、完整地建立物质的发射率模型是微波遥感的重要研究方向。 §2.2 微波与物质相互作用的机理 遥感器都是从大收集各种电磁辐射的(微波直至γ射线)，并从中获得被测目标的有用信息。电磁辐射从辐射源到达遥感器的传输途径中要经历反射、散射、吸收、再辐射以及波谱重新分布等过程，将会发生各种变化。这些变化主要取决于电磁辐射与有关介质和物质所发生的相互作用，可以提供与电磁