遙感物理電磁輻射源

1、電磁輻射源一、熱輻射二、太陽輻射源三、地球輻射源四、人工輻射源一 熱輻射概念基爾霍夫定律普朗克公式史蒂芬玻爾茲曼公式維恩位移定律概念熱輻射：自然界中一切物體。當溫度高于絕對零度 （-273）時，都會不斷向四周空間輻射電磁波，這種現(xiàn)象稱為熱輻射。熱輻射能量的大小及波長分布取決于物體本身的溫度。吸收系數：物體吸收能量與入射總能量之比。黑體絕對黑體任何溫度、頻率和波長條件下吸收系數恒等于1 的物體稱為“絕對黑體”，簡稱黑體。對于黑體，有：顯然，黑體的反射率和透射率均為0：灰體：各波長吸收率近似為一小于1的常數的物體普朗克公式：絕對黑體在波長為，絕對溫度為T時的輻射通量密度為式中：C3 1010 cm

2、 /秒，光速；h6.625610-34瓦.秒2，普適恒量；K1.38 10-23瓦.秒.K-,玻爾茲曼常數；波長；T絕對溫度;史蒂芬玻爾茲曼公式對普朗克公積分得：式中：0(T) 絕對溫度時，黑體單位時間和單位面積上發(fā)出的總輻射能; =（5.6697 ,為史蒂芬玻爾茲曼常數;T絕對溫度.上式可見：絕對黑體表面上，單位面積發(fā)出的總輻射能與絕對溫度的四次方成正比，對于一般物體可用上式概略推算出總輻射能與絕對溫度的關系維恩位移定律對普朗克公式 微分后求極大植，即得出黑體具有最大輻射能的波長（ m ）與其對應絕對溫度（T）的關系式為:上式說明：黑體的絕對溫度增高時，它輻射能最大的波段向短波方向移動。據此

3、可對特定的目標選擇紅外遙感的最佳波段?；鶢柣舴蚨苫鶢柣舴虬l(fā)現(xiàn)：任何物體在任一給定的溫度和波長條件下，它的輻射通量密度和吸收系數之比是一個常數，并且等于同一溫度波長下，絕對黑體的輻射通量密度。由此可見：任何物體在給定溫度條件下，在某一波長處的發(fā)射系數數值上等于相同條件下的吸收系數基爾霍夫定律定義物體的輻射能力與黑體輻射能力之比為物體的比輻射率或發(fā)射率，即：故有：即物體的吸收率就是它的比發(fā)射率基爾霍夫定律一個好的吸收體也是一個好的發(fā)射體。溫度相同的兩物體，對于某波長的的輻射，如果甲比乙吸收得多，則甲比乙發(fā)射得也多物體不吸收某波長的輻射，也就不發(fā)射該波長的輻射一般物體的熱輻射出射度小于同溫度的絕對

4、黑體的輻射出射度二、太陽輻射源（一）、概述（二）、太陽輻射能量組成（三）、太陽輻射在大氣中的損耗（四）、太陽輻射與日地距離的關系（五）、太陽輻射與天頂角的關系（一）概述是地球環(huán)境中，最強大天然電磁輻射源 ，是當前航天、航空可見光及近紅外遙感的主要輻射源是一個表面溫度約5900K的熾熱發(fā)光球體。太陽是地球上除核能外一切有用能量的源泉地球距太陽1.5億KM，太陽輻射能經500 秒方到達地球，地球反接收太陽輻射能約二十二億分之一。太陽輻射是一種十分復雜的連續(xù)電波光譜，從波長10-4或更短的X射線延伸到大于100m的無線電波，但輻射能主要集中在0.31-5.6um波段內。(二) 太陽輻射與太陽光譜1

5、太陽電磁輻射強度用太陽常數表示。太陽常數：日地距離等于地球平均半徑時，大氣層頂部平均日地距離處，垂直于太陽入射光線的單位面積上，單位時間內接收到的太陽輻射的總能量.太陽常數=135.3毫瓦/厘米2=1352w/m2太陽輻射太陽發(fā)射的電磁輻射在地球大氣頂層隨波長的分布稱為太陽光譜。極大值位于0.47m，維恩位移定律maxT=2.897810-3mK，色溫Tsun?8/11Wiens displacement law夫瑯和費(Fraunhofer)吸收線（三）太陽輻射能量的組成PART ONE（四）太陽輻射在大氣中的損耗大氣及其它成份反射：30%大氣吸收：17%大氣散射：22%到達地面: 31%地

6、 球太陽大氣層（五）太陽輻射與日地距離的關系地球公轉軌道為橢圓形；太陽輻射能（太陽常數）是在平均日地距離的情況下測得，故任一時刻的太陽輻射能需考慮日地距離的變化大氣層外太陽輻照度： 為太陽輻亮度， 為日地距離任一時刻太陽輻照度： 為太陽常數， 為平均日地距離 可從天文年歷中查獲出（在應用時取其倒數）太陽常數也隨太陽活動的強弱而稍有變化，由于變化很小，一般應用時不予考慮。（五）太陽輻射與天頂角的關系地面太陽輻照度與天頂角的關系為：三、自然輻射源地球 地球電磁輻射的特性 與太陽輻射的相互作用 地球電磁輻射的特性地球是地學遙感探測的對象，又是目前遠紅外遙感的主要輻射源。地球電磁輻射的特性:地球輻射接

7、近于溫度為300K的黑體輻射，其電磁輻射的波長范圍為：2.5-50m，最大輻射對應的波長為9.66m，屬于遠紅外波段。大部分能量集中在8-14 m的范圍內。與太陽輻射的相互作用地球輻射曲線與太陽輻射曲線在5.5 m處相交，3m處地球輻射減弱至接近于0，6m處，太陽輻射減至接近于0。與太陽輻射相互作用波長0.3-3m，即紫外、可見光和近紅外波段，地表主要的輻射是反射太陽輻射，地球自身的輻射幾乎可以忽略不計。波長3-6m中紅外波段，太陽與地球輻射均不能忽略.進行該波段的紅外遙感時，常選擇在清晨時分，以減少太陽輻射影響。波長6m的熱紅外波段，主要是地表物體自身的熱輻射，太陽輻射的影響幾乎可以忽略不計

8、。人工輻射源人工輻射源：指能人為發(fā)射具有一定波長的電磁波束的發(fā)射裝置。目前主要有微波輻射源和激光輻射源。主動式遙感采用人工輻射源。工作時向地表發(fā)射電磁波束而接收其反射回波，并據其反射信號強弱探知地物性質或測距。又稱雷達探測。人工輻射源微波輻射源微波遙感中常用的波段為0.830cm，其探測波段與相應頻率如表：波段名稱頻率(10MHz)波長(cm)PLSCXKuKKaQVW0.225 0.390.39 1.551.55 3.93.9 5.755.75 10.910.9 1818 26.526.5 4040 4646 5656 100133 76.976.9 19.419.4 7.697.69 5.

9、215.21 2.752.75 1.671.67 1.131.13 0.830.83 0.630.63 0.530.53 0.3微波遙感特點微波屬無線電波中波長最短的部分，頻率高，可用頻帶寬，信息容量大。微波具有似光性，即傳播特性與光相似。微波遙感具有全天候全天時探測能力。（主動式傳感器不依靠太陽輻射；波長長，受大氣干擾小）。微波對某些物質具有一定的穿透能力，如植被、冰、雪、土壤。某些物質的光譜在微波波段有較大的差異，因此一些物體在微波遙感中容易區(qū)別。人工輻射源激光輻射源光譜：短波可至0.24m以下，長波可達1000m，甚至微波，激光器發(fā)射光譜的波長范圍較寬。輸出功率：低者幾微瓦，高者可達幾兆

10、瓦以上。激光的方向性好，光細、發(fā)散面非常小，能產生極高分辨率的圖像。高亮度：可比太陽亮度高幾十億倍。單色性好。用途日益廣泛，如激光雷達，可精確測定衛(wèi)星的位置、高度和速度，測量地形、海浪情況，監(jiān)測污染等。微波輻射源屬無線電波中波長最短的部分，這種高頻電磁震蕩主要由微波諧振器產生。 用于主動遙感之中，輻射直接安裝在傳感器里，產生所需波長和功率的電磁輻射。如側視雷達系統(tǒng)中心微波脈沖發(fā)生器，激光雷達中使用的脈沖輸出激光器等.微波特點：1)似光性，傳播特性與光相似2)頻率高，可用頻帶寬，信息容量大3)具有一定的穿透性：如3.2cm的微波束可穿透4000m厚的云層，只衰減1dB，大氣影響可忽略不計，可穿透干沙土幾十米，可穿透冰層上百米。如：撒哈拉沙漠幾十米下的古大陸，微波遙感受發(fā)現(xiàn)4)可以精確測距2、激光輻射源60年代發(fā)