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遥感原理与应用（第二版） 孙家抦 主编 武汉大学出版社 2009年6月 第 1 章 电磁波及遥感物理基础 概述 物体发射辐射 地物反射辐射 地物波谱特性测定 1、概述 基本概念 电磁波 电磁波的波粒二相性 电磁波谱 1.1、遥感（Remote Sensing) （广义）遥感：不直接接触，对目标或自然现象远距离探测和感知的一种技术 遥远感知 1962年，美国地理学会在密执安大学召开的“环境遥测讨论会” 上确定“遥感”这一新概念 1.1、遥感数据采集 一切可通过特定仪器感知并记录的信息，均可作为遥感数据进行采集 遥感手段 电磁波：光、热、无线电、… 力场：重力场、地磁场、… 机械波：声波、P波、S波、… …… 遥感基础：探测对象针对特定遥感手段表现的差异性特征 物体在电磁波反射、发射辐射方面的差异性特征 1.1、本课程遥感范畴 遥感媒介：电磁波 遥感对象：地球（表层） 陆圈、水圈、生物圈、大气圈 物理过程、化学过程、生物过程、地学过程 遥感平台：卫星、飞机 遥感：以电磁波与地球表面物质相互作用为基础，探测、分析和研究地球资源与环境，揭示地球表面各要素的空间分布特征与时空变化规律的一门技术与科学 1.2、电磁波 电磁辐射：电磁能量的传输过程 辐射、吸收、反射和透射 麦柯斯韦（Maxwell）方程电磁辐射与物质的相互作用依赖于物质的电、磁性质 不受辐射频率、波长、振幅的限制 电、磁物理量的基本关系 1.3、波粒二相性 波粒二相性 电磁波在传播过程中，主要表现为波动性 衍射 干涉 偏振 在与物质相互作用时，主要表现为粒子性 光量子 统计规律上的波动性，单个具体的粒子性 波是粒子流的统计平均 粒子是波的量子化 1.3.1、衍射（Diffraction） 衍射现象：波在传播过程中遇到障碍物时，在障碍物的边缘一些波偏离直线传播而进入障碍物后面的的阴影区的现象 声波可传到拐角后面 光谱仪的分光衍射光栅：一组平行、等宽、等间隙的狭缝 小孔衍射现象 1.3.1、衍射（Diffraction） 泊松亮斑：不透光圆版的成像 法国科学家泊松：根据菲涅尔的光波动性公式推算其成像中心会出现一个亮斑，并得出结论 “非常荒谬可笑” 实验中的确出现这个亮斑 1.3.2、干涉（Interference） 干涉现象：频率、振动方向相同，相位相同或相差恒定的 2 列（或多列）波的叠加合成而引起震动强度重新分布的现象 杨式双缝试验 1.3.3、偏振（Polarization） 偏振现象：电磁波电场振动平面保持不变的现象 横波特有 偏振面：偏振电磁波电场振动平面 偏振光：偏振面完全固定在一个平面内的光线 激光、某些散射光、反射光、投射光、…… 微波技术中称偏振为“极化” 对于相同地物，水平极化、垂直极化雷达图像有差异 非偏振光：偏振面在与电磁波传播方向相垂直的360o范围内均匀分布 太阳光、普通照明灯、…… 半偏振光：介于偏振光和非偏振光之间，部分能源有明显的极化特征 激光、无线电、雷达波、…… 1.3.4、电磁波参数 波长（Wavelength）λ：波在一个振动周期内传播的距离 单位：米、厘米、毫米、微米、纳米、埃 可见光﹣红外遥感多用波长描述波谱范围 频率（Frequency）f：波在单位时间内振动的次数 电磁波以光速传播：C＝f ×λ 单位：赫兹、千赫、兆赫、吉赫等 微波遥感多用频率描述波谱范围 电磁波传播时，频率不变 振幅（Amplitude）A：振动物理量偏离平衡位置最大位移距离 相位/位相（Phase）：某物理量随时间或空间位置变化作正弦变化时，该量在某一时刻的位置或状态 1.3.5、粒子性特点 电磁波除了连续波动状态外，还能以离散形式存在 光子（photo）、量子（quantum） 光电效应：光照射在金属上能激发出电子（光电子），其能量仅与光的频率有关 Max Planck的光电效应公式 Q＝h×v＝h×c/λ h：普朗克常数 光电成像 热红外辐射比 可见光辐射更难感应 微波辐射 比 热红外辐射更难感应 光的强度：决定于单位时间内通过某截面的光子数目（光子流密度） ，光强度的变化并不改变光电子最大动能 1.3.5、粒子性特点 光粒子性：光的作用是“一份一份”地进行的 双缝干涉实验成像：曝光时间很短时可以清楚地观察到光的粒子性 1.3.6、电磁辐射的度量 电磁波辐射以电磁波的形式向外传送能量 辐射能量Q：以电磁波形式向外传送的能量，焦（J） 辐射通量/辐射功率（Radiant flux）Φ：单位时间内通过某一表面Q，瓦（W、焦/秒、J·s-1），Φ＝dQ/dt 波谱辐射通量：单位波长间隔、单位时间内辐射的Q，瓦/微米（W·μm-1）Φ(λ)＝dΦ/dλ 1.3.6、电磁辐射的度量 电磁波辐射以电磁波的形式向外传送能量 辐射出