微波及雷達成像

1、第3章 遙感成像原理 與遙感圖像特征,3.1 遙感平臺 Platform3.2 攝影成像 Photograph3.3 掃描成像 Scanning3.4 微波遙感與成像 Microwave & Radar 3.5 遙感影像的特征 Feature of Image,3.4 微波遙感與成像,微波(Mi

2、crowave)波長范圍1mm-1m，具有熱輻射性質(zhì)和透射能力;可以進行全天時全天侯觀測具有一定穿透能力。,微波厘米波的譜段劃分及探測對象,,3.4 微波遙感與成像,微波遙感 通過微波傳感器獲取從目標(biāo)地物發(fā)射或反射的微波輻射,經(jīng)過判讀處理來識別地物的技術(shù)。,1、微波遙感的特點,能全天候、全天時工作對某些地物具有特殊波譜特性 如：冰與水對冰、雪、森林、土壤等具有一定穿透能力趨膚深度H=5.3 × 10

3、-3×ε1/2/σ, 表3.6對海洋遙感具有特殊意義海風(fēng),海浪,海冰,油污染分辨率較低，但特性明顯,2、微波遙感方式和傳感器,主動微波遙感——側(cè)視雷達被動微波遙感——微波輻射計,雷達及工作原理,雷達由脈沖發(fā)射機、接收機、發(fā)射接收開關(guān)、天線和顯示記錄器組成。側(cè)視雷達的結(jié)構(gòu)示意圖,發(fā)射器,轉(zhuǎn)換開關(guān),,天線,接收機,顯示記錄器,2、微波遙感方式和傳感器,,Transmit,Receive,2、微波遙感方式和

4、傳感器,,2、微波遙感方式和傳感器,側(cè)視雷達（side-looking radar） 真實孔徑側(cè)視雷達 (RAR—real aperture radar)合成孔徑側(cè)視雷達 (SAR—synthetic aperture radar),機載側(cè)視雷達 SLAR (Side-looking Airbone Radar),3.側(cè)視雷達及工作原理,工作原理首先由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生高功率調(diào)頻電磁波，通過發(fā)射天線將該信號向

5、平臺行進方向的側(cè)向發(fā)射出去。隨后借助發(fā)射/接收轉(zhuǎn)換開關(guān)，通過天線接收被目標(biāo)地物回來的后向散射回波信號，包括振幅和位相等。,3.側(cè)視雷達及工作原理,由于地面各點到平臺天線距離不同，各點反射信號接收的時間也不同，即近距離者先記錄，遠(yuǎn)距離者后記錄，從而實現(xiàn)距離方向上的掃描。通過平臺的前進，掃描面在地面上移動，從而實現(xiàn)行進方向上的掃描。,3.側(cè)視雷達及工作原理,(Distance),3.側(cè)視雷達及工作原理,雷達的回波強度既與雷達遙感系統(tǒng)參數(shù)有

6、關(guān)，如波長，俯角、極化方式等；也與目標(biāo)地物的性質(zhì)（復(fù)介電常數(shù)）、地面坡度、表面粗糙度等有關(guān)。發(fā)射的波長越短，回波信號越強。俯角越大，回波信號越強。金屬等良導(dǎo)體回波強；非導(dǎo)體則回波弱。斜坡較平地回波強。表面（水平）光滑的無回波，表面粗糙的回波強。,極化方式,雷達系統(tǒng)在發(fā)射或接受電磁波時要對電磁波極化(polarization),有兩種極化方式:垂直極化( vertical ,V)水平極化( horizontal,H)四種

7、極化組合方式: VVHHHVVH,雷達圖像的分辨率在距離方向和方位方向是不一樣的。,方位方向,,距離方向,,3.側(cè)視雷達及工作原理,距離分辯率：距離方向上能夠分辨的最小目標(biāo)的尺寸 Pg=τ·c /(2cosφ),脈沖寬度τ越短，距離分辨率越高,俯角φ越大，距離分辨率越高,3.側(cè)視雷達及工作原理,方位分辯率：方位方向上能夠分辨的最小目標(biāo)的尺寸 Pa=β· R= λ · R /D

8、,脈沖波長λ越短，天線孔徑D越大，觀測距離越短，方位分辨率越高,,,β,,,,R,Pa,,,,,,D,3.側(cè)視雷達及工作原理,合成孔徑側(cè)視雷達的特點：在距離方向上采用脈沖壓縮來提高分辨率，在方位方向上通過合成孔徑來提高分辨率。合成孔徑技術(shù)的基本思想：用一個小天線作為單個輻射單元，在遙感平臺移動的過程中以一定的時間間隔發(fā)射脈沖信號，并在不同的位置上接收回波信號，將幅度和相位同時記錄和貯存下來。合成孔徑天線是在不同位置上接收同一地物的回

9、波信號。,4、合成孔徑側(cè)視雷達,3.5 微波遙感與成像,Synthetic Aperture RADAR (SAR),A longer antenna is “synthesized” electronically by using the same antenna but moving it. Recall that the azimuth resolution gets better with longer antennas in

10、 SLAR systems.,Synthetic Aperture RADAR (SAR),If we include the ability to detect wavelengths, we can see the Doppler shift (lower frequency behind the sensor, higher ahead).,3.側(cè)視雷達及工作原理,距離分辯率：同真實孔徑雷達，一般采用脈沖壓縮技術(shù)，以縮短發(fā)射波長。

11、 Pg=τ·c /(2cosφ),3.側(cè)視雷達及工作原理,方位分辯率：比真實孔徑雷達大大提高。 Ps=β· R= Pa · R =（λ /Ls） · R = λ = （λ/D） · R · R D,D,,,β,,,,,R,,Pa,,,,,,Ls,方位分辨率與距離無關(guān)，只與天

12、線的孔徑D有關(guān)。而且D越小，方位分辨率越高。,4、側(cè)視雷達圖像的幾何特征,為斜距投影垂直飛行方向比例尺由小變大產(chǎn)生透視收縮，頂?shù)孜灰仆队安钆c中心投影方向相反，位移量不同。,Spatial Resolution of SLAR,Rr varies by depression angle, so closer objects are harder to resolve than distant objects,Geometric Di

13、stortions in RADAR,Foreshortening: slopes angled towards the sensor will appear compressed vs. angles away from sensor.Higher objects are closer to the sensor (H is smaller), so will appear to have a smaller GR.Larger