微波遥感理论与技术基础6.ppt

微波遥感理论与技术基础（第六周） 董晓龙 国家863计划微波遥感技术实验室 中国科学院空间科学与应用研究中心 第五章：微波与物质的相互作用 连续媒质与大气 微波与分立目标的相互作用 体散射与辐射 光滑表面的反射与辐射 粗糙表面的散射与辐射 周期表面的散射与辐射 自然表面的散射与辐射 特殊的散射体。 5.5 粗糙表面的散射与辐射 概述 粗糙的定义 粗糙度效应 小结 概述 粗糙表面 表面粗糙，几何细节可与波长相比 二次源非规则分布 合成散射场方向图 周期性与Bragg散射 随机粗糙面 粗糙的定义 粗糙度： 表面高度相对平均高度的标准差（均方根） 平均高度的范围：波长 粗糙的定义： 双程相位差足够大； 反射波的叠加主要是非相干叠加； 相干叠加分量足够小。 Rayleig判据和Fraunhoffer判据 Rayleigh判据 Dfp/2 Fraunhoffer判据 Dfp/8 粗糙度效应 表面散射： 相关叠加与非相关叠加。 光滑平面： 镜面反射—相关表面散射。 平静水面，机场等。 粗糙表面 非相关叠加分量占主导地位； 去极化效应?极化对比度降低； 相关长度与表面斜率 粗糙面散射模型 面元模型 相关长度 表面斜率（均方根斜率） 散射面元的性质： 大小、角度取向?散射场的方向性 粗糙度效应 一般粗糙面散射包括：镜面散射分量和漫散射分量。 当界面为理想平面时，平面波入射形成的反射波的方向和幅度满足Snell定律和Fresnel定理，形成镜面反射； 当界面表面具有一定的粗糙度时，散射波向其它方向扩散，散射波有镜面反射方向的相干散射分量和向各个方向散射的漫散射分量构成； 当界面是完全的随机深粗糙的Lanbertian表面时，散射波在各个方向的分布没有明显差别，是完全的漫散射。 小结 粗糙面散射 决定于入射角； 决定于波长度量的表面粗糙度； 表面粗糙度参数 均方根高度 相关长度 均方根斜率 分形维数 粗糙面散射 镜面反射+漫散射 浅粗糙：散射功率集中在一个较小的角度范围内（镜面反射方向） 深粗糙：散射功率向各个方向发散。 5.6 非随机（周期）表面 浅粗糙周期表面：sh l/8 小风作用下的毛细波或短重力波（波长为毫米或厘米量级）； 光滑表面：Rayleigh判据； Bragg散射：相干散射 散射波方向为若干个满足干涉加强条件的方向（不只是镜面反射方向）； Bragg散射表现为对入射/散射方向的较强的灵敏度，可用于周期表面波长的测量（SCAT）； Bragg Scattering Enhanced backscatter due to coherent combination of signals reflected from a rough surface having features, with periodic distribution in the direction of wave propagation, and whose spacing is equal to half of the wavelength as projected onto the surface. 一般粗糙表面的Bragg散射模型 表面的谐波展开（正弦展开，Fourier展开） 散射波为各个谐波的Bragg散射之和。 5.7 自然表面的散射与辐射 概述 海洋和湖泊 水气凝结体 冰和雪 淡水冰 冰川与冰河 海冰 裸岩和沙漠 土壤 植被 概述：散射与辐射的关系 Kirchoff定律： 散射与发射具有互补特性； 散射强的表面发射弱； 发射强的表面散射弱。 Important：后向散射只是全散射的一部分。 导电光滑表面斜入射：后向散射弱，但发射亦小，主要能量反射到镜面方向。 被动微波遥感 测量亮度温度TB 两种情况： 物理温度均匀分布； 通过量温测量得到发射率作为目标特性； 陆地表面； 海面风场； 发射率相对稳定 通过测量亮度温度得到物理温度； 海洋表面。 主动微波遥感 测量归一化雷达散射截面（雷达散射系数）s°； 与天线足印或遥感器分辨率无关。 发射率与雷达散射系数 观测几何； 反射率（介电常数）； 表面粗糙度。 海洋和湖泊 海洋 模型简单； 平静海面的反射率是海水温度和盐度的函数； 海面反射率随着温度、海面粗糙度的增加而增加； 对于频率6GHz的电磁波，发射率随着盐度的增加而增加。 平静海面 粗糙海面 粗糙海面发射率变化机理： 大尺度波的均方根坡度：改变局部入射角 小尺度波的均方根高度：衍射 泡沫：接近黑体 粗糙度与风速、风向关系 大尺度波的均方根坡度与风速、风向 小尺度波的均方根高度与风速、风向 海洋波浪的分类和特点 波浪 风的摩擦产生短波； 能量向更长的波长传播 波浪场随着时间演变； 波浪场也是风区的函数；