第31-33讲 电磁场与电磁波知识典型应用.ppt

2004-10-12 CRIRP 电磁场与电磁波知识典型应用 雷达系统 电磁波地波传播典型应用 近地空间环境遥感探测及应用 遥感技术 任何物质都对电磁场有一定的响应 遥感：通过电磁场与物质的作用（不直接接触）获取物质的某些特征信息，从而感知物质的存在与特性。 遥感技术：用遥感方法得到需要信息的各种方法 遥感对象 环境媒质结构及其发生的物理变化 地球大气 地面植物 森林资源 地壳结构 自然或人为的在空间上更为局限的特定目标 地下矿体、溶洞、管道 地雷、军事目标、飞机、火箭、航天器 人体肿瘤 电磁波遥感 电磁波传播技术遥感地球环境涉及： 环境结构特性 电子信道特性 各种环境中目标检测与识别等 使用频段：从极低频直至微波 优点：速度快、全天候、能较深穿入各种媒质等 是在有限时间内获 取广大空间环境数据的有效方法。 电磁波遥感方法 电磁波遥感就是通过检测遥感对象与电磁波相互作用中波 场在时、空、频域的变化效应来实现。 也就是通过一定的遥感技术获得逆问题所需的波场数据, 然后采用某种反演方法确定遥感对象的特性。 电磁波大气探测 在大气探测中的相互作用有两种类型 : 光谱学效应：即大气分子在与波的作用过程中所产生的吸收、散射及辐射效应 , 其 吸收和散射截面依赖于特定分子特性、频率及环境状况 ( 压力、温度 ) 。利用微波吸收测量、 卫星红外遥感、脉冲多普勒雷达和激光雷达等可测量反演粒子折射指数特性及其尺寸分布、 大气运动与温度剖面及水汽分布等。 折射指数不均匀性的折射与散射：大气湍流引起的折射指数起伏 , 导致电磁波的幅、 相波动 , 由此可检测湍流特性 , 反演由结构常数 Cn 表征的湍流强度和风速。 目前的遥感研究几乎全部基于较成熟的弱起伏理论 , 因此 , 在光频段只能应用于几千米以内。由折射弯曲 效应可测定折射指数的空间分布特性。 遥感技术主要问题 波源选择 探测平台 测试设备 环境影响修正 地面与植被遥感 地面散射特性测量 地面辐射特性测量 卫星微波遥感 对流层遥感 大气辐射遥感 温度、湿度、云中含水量、折射率 湍流与风场遥感 湍流、风剖面 声波大气遥感 低层大气结构、大气污染 电离层遥感 电离层电子浓度遥感 测高仪 GPS 斜向探测仪 对流层遥感应用——微波辐射计 机理 只要温度大于-273度的物质不仅接受电磁波，而且以热电磁辐射方式向外辐射。 微波辐射计就是一种测量物体热电磁辐射的高灵敏度的微波噪声功率接收机，它可以以很高的灵敏度探测物体发射的电磁波能量。 对流层遥感应用——微波辐射计 微波辐射计 ——作用 雷达电波折射误差修正 大气温度、湿度、折射率、云中含水量测量 隐身飞行物的测量定位 微波辐射计 ——雷达电波折射修正 采用对水汽含量敏感的微波辐射计来直接测量电波传播路径上的大气辐射亮温来得到折射率湿项的积分，从而得到折射率湿项产生的距离误差。 微波辐射计 ——大气参数反演 大气积分水汽、云中液态水含量的测量 利用微波辐射计测量降水 大气温度廓线反演 大气湿度廓线反演 大气折射率反演 微波辐射计 —隐身飞行物的测量定位 隐身飞机是一种现代军事技术武器王牌 海湾战争中，美国应用F-117A隐身飞机进行突防 美国计划在2005-2010年期间解决对隐身飞机的探测问题 我国的反隐身技术研究起步较晚 辐射计探测隐身飞行物机理 隐身飞机——减小反射截面 隐身飞机——涂吸波材料 吸波就要发热 辐射计测量热辐射 探测隐身飞行物试验 探测隐身飞行物试验 辐射计其它应用 1.环境应用 沙子潮湿的测量 海洋表面的风速 洪水绘图 雪层/冰层的测绘 遥感应用——雷电探测 机理 发生闪电时，同时产生强大的闪电电磁脉冲，辐射出频谱极宽的电磁波。 雷电探测仪就是一种接收闪电电磁辐射的高灵敏度接收机，它可以探测出雷电的强度和方位。 遥感应用——雷电探测 遥感应用——雷电探测 遥感应用——雷电探测 2.军事应用 目标检测 监视 目标确认 绘图 3.天文学应用 行星绘图 银河星系射电噪声目标的测绘 太阳辐射测绘 宇宙黑体辐射的测量 1. 在静止轨道上放置太阳能电池帆板，产生500万kW能量； 2. 通过“变电站”——微波发生器，将直流功率变 为微波功率； 3. 通过天线阵向地面 定向辐射； 4. 地面接收站将微波 转换为电能； 5. 提供用户。 空间太阳能发电站和电力传输 产生500万kW 谢 谢！ * * 第31-33讲 雷达(radar): Radio Detection And Ranging无线电探测与测距。 工作机理: 电波遇到物体产生反射 根据从物体反射回波获得被测物体的有关信息 电波垂直入射近理想金属表面时所产生的反射最强烈 发