遥感物理基础电磁波与电磁波谱.PDF

第二章 遥感物理基础 遥感技术是建立在物体电磁波辐射理论基础上的。由于不同物体具有各自的电磁波反射或辐射特性， 才可能应用遥感技术探测和研究远距离的物体。理解并掌握地物的电磁波发射、反射、散射特性，电磁波 的传输特性，大气层对电磁波传播的影响是正确解释遥感数据的基础。 本章重点是掌握可见光近红外、热红外和微波遥感机理，以及地物波谱特征。 图2-1 第一节 电磁波与电磁波谱 2.1.1 电磁波与电磁波谱 1. 电磁波 一个简单的偶极振子的电路，电流在导线中往复震荡，两端出现正负交替的等量异种电荷，类似电视 台的天线，不断向外辐射能量，同时在电路中不断的补充能量，以维持偶极振子 的稳定振荡。当电磁振荡 进入空间，变化的磁场激发了涡旋电场，变化的电场又激发了涡旋磁场，使电磁振荡在空间传播，这就是 电磁波。 2. 电磁辐射 电磁场在空间的直接传播称为电磁辐射。1887 年德国物理学家赫兹由两个带电小球的火花放电实验， 证实了电磁场在空间的直接传播，验证了电磁辐射的存在。装载在遥感平台上的遥感器系统，接收来自地 表、地球大气物质的电磁辐射，经过成像仪器，形成遥感影像。 3. 电磁波谱 γ 射线、 X 射线、紫外线、可见光、红外线和无线电波（微波、短波、中波、长波和超长波等）在 真空中按照波长或频率递增或递减顺序排列，构成了电磁波谱。 目前遥感技术中通常采用的电磁波位于可见光、红外和微波波谱区间。可见光区间辐射源于原子、分 子中的外层电子跃迁。红外辐射则产生于分子的振动和转动能级跃迁。无线电波是由电容、电感组成的振 荡回路产生电磁辐射，通过偶极子天线向空间发射。微波由于振荡频率较高，用谐振腔及波导管激励与传 输，通过微波天线向空间发射。由于它们的波长或频率不同，不同电磁波又表现出各自的特性和特点。可 见光、红外和微波遥感，就是利用不同电磁波的特性。电磁波与地物相互作用特点与过程，是遥感成像机 理探讨的主要内容。 图2-2 4. 电磁辐射的性质 电磁辐射在传播过程中具有波动性和量子性两重特性。 5 ．目前遥感应用的各电磁波波段即特征 1）紫外线：0.01～0.4 μm 源于太阳辐射，绝大部分被大气吸收，应用于萤石矿和石油勘探 2 ）可见光：0.4～0.7 μm 源于太阳辐射，遥感的主要波段 3) 红外线： 0.7～3 μm 近红外主要源于太阳辐射，3～6 μm 中红外，源于太阳辐射及地物热 辐射，6～1mm 远红外、超远红外红外，源于地物热辐射，应用于城市热岛、热污染、热 惯量 4) 微波：1mm~1m 主动遥感 2.1.2 电磁辐射的传播 电磁辐射通过不同的介质时，其强度、波长、相位、传播方向和偏振面等将发生变化，这些变化可能 是单一的，也可能是复合的。电磁波可以采用频率、相位、能量、极化等物理参数来描述。电磁波在传播 中遵循波的反射，折射，衍射，干涉，吸收，散射等传播规律。 2.1.3 电磁辐射的测量与度量单位 遥感信息是从遥感器定量记录的地表物体电磁辐射数据中提取的。为了测量从目标地物反射或辐射的 电磁波的能量，这里介绍两种电磁辐射的测量方式和度量单位： 1. 辐射测量（radiometry ），以伽玛射线到电磁波的整个波段范围为对象的物理辐射量的测定，其度量 单位见下表。 图2- 3 2. 光度测量（photometry ），由人眼的视觉特性（标准光度观察）评价的物理辐射量的测定，其度量单 位见下表。 图2-4 第二节 大气对电磁辐射的影响 2 ．2 ．1 影响辐射的因素 1.太阳常数(solar constant):指不受大气影响在一个天文单位内，垂直于太阳光辐射方向上，单位面积单位时 间黑体所接受的太阳辐射能量。I 2.实际地面接受太阳辐射能：辐射通量Φ=I*S*sina 所以辐射通量与入射角a 有关即，不同季节，a