微波遙感技術作業(yè)

微波遙感技術作業(yè)---02107035韓倩微波傳感器與光學或紅外相比的優(yōu)缺點？優(yōu)勢：優(yōu)勢一：能夠全天候、全天時工作微波具有穿透云層、霧和小雨的能力，而且太陽輻射對輻射測量沒有太大的影響。因此微波輻射測量既可在惡劣的氣候條件下，也可以在白天和黑夜發(fā)揮作用，具有較強的全天候、全天時的工作能力，這一特性優(yōu)于可見光和紅外波段的探測系統(tǒng)。優(yōu)勢二：對地物有一定的穿透能力微波對地物的穿透深度因波長和物質(zhì)不同有很大差異，波長越長，穿透能力越強。同一種土壤濕度越小，穿透越深。微波對干沙可穿透幾十米，對冰層能穿透100m左右，但對潮濕的土壤只能穿透幾厘米到幾米。a.微波穿透土壤的深度與土壤濕度、類型及工作頻率有關。b.微波穿透植物層的深度，取決于植物的含水量，密度，波長和入射角。如果波長足夠長而入射角又接近天底角，那么微波可穿透植被區(qū)而到達地面。因此，微波頻率的高端〔波長較短〕只能獲得植被層頂部的信息，而微波頻率的低端〔波長較長〕，那么可以獲得植被層底層甚至地表以下的信息。優(yōu)勢三：對某些地物具有特殊的波譜特性比方微波高度計和合成孔徑雷達具有測量距離的能力，可用于測定大地水準面；還可以利用微波探測海面風在可見光、紅外波段所觀測的顏色根本上取決于植被和土壤表層分子的諧振特性，而微波波段范圍內(nèi)觀察到的“顏色〞那么取決于研究對象面或體的幾何特性以及體介電特性，這樣，將微波、可見光和紅外輻射配合運用，就能夠研究外表上幾何的和體介電的特性以及分子諧振的特性。另外，微波還可以提供某些附加的特性，這使其在某些應用方面具有獨到之處。例如，根據(jù)不同類型冰的介電常數(shù)不同可以探測海冰的結構和分類；根據(jù)含鹽度對水的介電常數(shù)的影響可以探測海水的含鹽度等等。優(yōu)勢四：具有多極化特性不同的極化特性，表現(xiàn)更加豐富的目標特征信息。HH極化方式，VV極化方式，HV極化方式，VH極化方式。優(yōu)勢五：雷達可以進行干預測量微波遙感的主動方式即雷達遙感不僅可以記錄電磁波的振幅信號，還可以記錄電磁波的相位信息，通過相位信息可以進行雷達干預測量。例如：可以實現(xiàn)地形主動干預測高，微波遙感的主動方式可進行干預測量對地形變化進行監(jiān)測，實現(xiàn)InSAR地形測量。缺乏：〔1〕SAR一般是側(cè)視成像，側(cè)視SAR圖像具有陰影、迎坡縮短、頂?shù)椎怪玫葞缀问д妗?〕光學成像通常是一次成像，而SAR是屢次掃描后的疊加成像，成像的效果與雷達的一些實際狀態(tài)有關〔3〕相干斑現(xiàn)象嚴重，解譯困難〔4〕微波傳感器的空間分辨率要比可見光和紅外傳感器低；〔5〕其特殊的成像方式使得數(shù)據(jù)處理和解譯相對困難些〔6〕與可見光和紅外傳感器數(shù)據(jù)不能在空間位置上一致同光學與紅外相比微波遙感的意義和應用？微波頻率具有穿透云層和一定量的降雨的能力，特別是厘米波以下頻率的微波，可以進行全天候的對地觀測，因此微波信號可以穿透云層，便于從空間進行對地面目標的探測；具有一定的穿透能力，可以獲得地下或水下淺層目標的信息；應用：海洋應用大氣應用冰雪研究應用電磁波穿透目標媒質(zhì)外表并在其中傳播的能力隨頻率的升高而降低，在微波頻率的低端，電磁波可以穿透外表，具有進行次表層觀測能力，在枯燥的沙漠地區(qū)，L波段的雷達可以獲得穿透幾米的地下信息，而可見光和紅外那么只能獲得目標的表層信息；應用：地理測繪應用農(nóng)業(yè)與土壤應用有源微波遙感對陽光輻射的依賴性弱，具有全天時工作的能力；目前的有源遙感器包括激光雷達和微波雷達，其中微波雷達的技術最為成熟，微波雷達可以進行晝夜觀測。由于頻率較低，能夠進行極化接收、相干接收和幅相矢量接收：可以實現(xiàn)通過信號編碼調(diào)制技術，獲得更高的信噪比；可以進行深層次的信號處理，便于提取更多的信息，提高系統(tǒng)的性能；微波波段的頻率遠低于可見光和紅外波段，對于發(fā)射、接收和處理系統(tǒng)的響應速度的要求要比可見光和紅外波段低得多，所以能夠?qū)崿F(xiàn)更高的系統(tǒng)性能；在微波波段，發(fā)射和接收天線容易實現(xiàn)單一極化方向，所以極化信息在微波遙感中得到很好的應用。而多數(shù)的光學遙感器，必須在探測前進行特殊的處理，才能產(chǎn)生偏振信號；電磁波的特征參數(shù)包括幅度、相位、頻率和極化信息。在微波波段可以通過極化接收獲得極化信息；可以通過相干接收獲得相位信息。上述特點是可見光和紅外遙感所難以提供的；微波波段的物體的散射和輻射特性對物體外表的幾何特征敏感，入射角的變化能夠引起目標微波特性的顯著變化，相對入射角的微波散射和輻射特性是進行目標識別與分類的一個重要信息；通過相干接收，微波遙感可以獲得目標的距離信息，能夠?qū)崿F(xiàn)對目標的三維觀測；由于微波容易實現(xiàn)高相干性，所以微波遙感可以通過矢量接收、相位測量獲得距離信息，大氣折射率變化對電磁波測距的影響可以通過多頻加以校正；微波頻段電磁波的波長能夠與多數(shù)自然目標和人工目標的尺寸相匹配，可以攜帶關于這些目標結構細節(jié)的信息；根據(jù)電磁波傳播的理論，電磁波所能夠攜帶的目標的結構信息的尺度是與目標的電尺寸有關的；當目標與電磁波波長匹配時，兩者的相互作用可以獲得更多的關于目標結構的信息；微波波段的波長恰好與大多數(shù)自然和人工目標的尺寸相匹配，所以最適合進行目標結構特性的探測；被動微波遙感與可見光、紅外遙感提供關于目標物性參數(shù)的不同方面，微波波段的電磁波與物質(zhì)相互作用要是大量物質(zhì)分子共同作用的宏觀系統(tǒng)效應以及物體的宏觀結構特性，是完整的地物信息探測的一個不可或缺的組成局部。物質(zhì)發(fā)射電磁波的能力是寬頻譜的，但是不同頻率的電磁發(fā)射的機理是不同的，它們分別攜帶了物質(zhì)微觀結構不同層面的信息，所以要獲得關于地物目標物性的完整信息，進行完整的頻譜測量是必要的。微波波段是目標電磁發(fā)射的最低頻段，它所表征的目標特性是可見光和紅外波段的電磁波不能取代的。微波、毫米波遙感對氣體成分有敏感的譜線，便于進行對這些氣體成分的探測，并進而通過對某些氣體成分異常分布的測量進行地震預報、資源探測等。氣體分子轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的電磁能量發(fā)射主要分布在微波、毫米波波段，這種發(fā)射形成表征體組分的譜線；由于微波接收機可以同時獲得較高的頻率分辨率，〔相對于紅外和可見光〕，能夠比擬準確地跟蹤和鑒別不同成分的譜線，是目前主要的遙感手段應用：大氣降雨、大氣可降水量、云中液態(tài)水含量，海面風場、臺風、海冰的監(jiān)測，陸地土壤濕度、積雪、干旱洪澇災害、陸地水文、植被與農(nóng)作物生長監(jiān)測等都有重要的應用。同時，還可在土地利用、地質(zhì)資源與探礦、地下目標探測、大地河口與海岸監(jiān)測、城市開展管理、海流與海面污染、海面艦船或地面目標的識別等民用和國防技術中有十分重要的關鍵性的應用。全極化SAR與INSAR圖像還可以用來反演森林樹木高度、地面數(shù)字高程、地面形變、各類地表的分類等從參考文獻或參考書目中，了解現(xiàn)有星載微波遙感的各種工作模式、應用范疇以及趨勢？工作方式：星載微波遙感器一般分為兩類,一是有源微波遙感器,二是無源微波遙感器。有源徽波遙感器但凡由微波遙感器發(fā)出探測用的微波照射在被測目標物體,與被測目標物體相互作用,發(fā)生反射、散射或穿透一定深度,然后接收被測物體散射(或反射)回來的微波信號,通過檢測、分析回波信號確定物體的各種特性。這類微波遙感器稱為有源微波遙感器,或稱主動式微波遙感器。星載SAR、高度計、散射計是目前三類有源微波遙感器。.無源徽波遙感器又稱被動式微波遙感器。遙感器本身不發(fā)射電磁波,只接收被測目標背景輻射的微波能量來探測目標物體特性。微波輻射計屬無源微波遙感器。星載SAR：應用：海洋應用、地理測繪等開展趨勢：1978年6月發(fā)射的“Seasat一A〞的SAR,是第一個從空間對地球進行成像探測的雷達系統(tǒng),拍攝了地球外表1億多平方公里的陸地、海洋圖像,顯示了微波遙感的潛在價值,翻開了從空間監(jiān)視我們星球的遙感頻譜新領域。90年代初,星載SAR進入應用階段,開始了永久性沿軌道運行的SAR的新時代1991年標志著SAR永久在空間的開端,相繼發(fā)射了Almaz一1、ERS一1、JERS一、RADARSAT等。由表1可見,未來SAR的開展趨勢為:頻段擴展,幾個頻段組合使用,多種極化,具有不同分辨率(3om一25om),不同幅寬(30km一sookm),可在15。~500范圍內(nèi)選擇入射角及其可調(diào),多種成像模式。方案在本世紀末上天的EOS一SAR選用3個頻段(L,C,X),多種極化成像(L:正交極化;C、X:雙極化),電子束控制,將獲取多種入射角度和掃描SAR數(shù)據(jù)。它具有3種成像模式:局部高分辨模式(分辨率:Zom一3om,幅寬:3okm一sokm);區(qū)域測繪模式(分辨率som一loom,幅寬100km~20okm)和全球測繪模式(分辨率:250m,幅寬:360km)。這將代表下世紀初星載SAR的技術開展趨勢。星載高度計(Altimeter)：應用：海洋、地質(zhì)探測、軍事跟蹤開展趨勢：高度計實質(zhì)上是一個短脈沖高分辨雷達,通過精密測量發(fā)射脈沖的往返時間,獲取飛行器軌道各點到地面的垂直距離,并能沿星下點軌跡測量有效波高,從而提供了沿星下點軌跡來測量海面形狀的方法。高度測量數(shù)據(jù)已被廣泛用于大地測量學、深海測量學、中尺度海洋學、潮汐、海冰地形學、海風海浪等的研究。世界上第一種星載高度計Skylab的S一193高度計是1973年發(fā)射的,此屬概念性演示第二種星載高度計是1975年4月發(fā)射的GEOS一C衛(wèi)星上的高度計,是第一個應用型專用高度計。第三種就是1978年6月發(fā)射的Seasat一A衛(wèi)星高度計,是海洋衛(wèi)星專用設備之一,也是第一個試圖從軌道上獲得10cm精度的高度計,其主要任務是測量海面平均高度、有效波高和風速。星載高度計性能指標見表2。從表2看出,星載高度計的技術開展為:測高精度越來越高,由Seasat一A的loem精度,提高到TOPEx/Poseidon的24em的精度。采用脈沖壓縮技術,自Skylab之后,各系統(tǒng)都使用了脈沖壓縮技術,壓縮比從80提高到32768降低峰值功率,前幾個系統(tǒng)采用的都是Zkw的柵控行波管,工作壽命1一3年,TOPEx使用了長壽命、低功率(Zow)的行波管。峰值功率的降低是通過把非壓縮脈沖的寬度增加到了102.4以及改善低噪聲前置放大器的噪聲系數(shù)來實現(xiàn)的,且Poseidon采用了固體放大器,功率更小,只有4w。雙頻工作以提供電離層修正,在TOPEX設計中,增加了5.3GHz第二信道。全去斜率處理技術的采用,用接收的海面回波信號代替發(fā)射脈沖信號與本振信號混頻,經(jīng)混頻處理后,將海面上別離的距離轉(zhuǎn)換為別離的頻率,即將時域測量轉(zhuǎn)換到頻域測量,測量頻率比測量時間來得容易。這種技術的優(yōu)點要求把處理回波信號的帶寬壓縮(把Chrip脈沖的320MHz帶寬壓縮到1.25MHz帶寬),便于全數(shù)字信號處理,能實現(xiàn)頻域的高精度跟蹤。星載微波散射計(Seatterometer)應用：氣象、地理、海洋開展趨勢：微波散射計是專門用來測量分布目標后向散射系數(shù)σo和點目標雷達橫截面σ的有源微波遙感器,實質(zhì)上是一種定量測量目標背景后向散射回波功率的雷達。散射計是海洋測量的重要工具,根據(jù)回波功率與風速風向的關系,可進行洋面矢量風的測量,具有其他遙感器不可替代的作用。由于散射計不用于成像,因而對空間分辨率要求不。星載散射計的性能指標見表3。Seasat一A散射計(SASS)采用扇行波束,4副夭線,前后兩個方位角同時觀測,多普勒單元分辨,固定多普勒頻率濾波器組濾波技術,獲取星下點兩側(cè)750km幅寬的海面風速風向。測風速精度士Zcm/s。ERS一1散射計增加了一個中間扇形波束,以消除風向模糊。同時采用距離單元分辨測量技術,以獲取散射回波頻率。在Adeos一I裝載的散射計(NSCAT),6副扇形波束天線,3個方位角同時觀測星上首次采用了先進的數(shù)字濾波器代替了固定頻率多普勒濾波器,將分辨單元由50m提高到Zskm,將測風速范圍從3m/s一25m/s提高到3m/s一3om/s。上述星載散射計都采用了扇形波束天線固定入射角工作方式。缺點：一是幅寬不能連續(xù)覆蓋,星下點兩旁有一定的間隙。二是棍夭線尺寸長,發(fā)射時需折疊,軌道上需展開。三是由于地球自轉(zhuǎn),同一時間前后天線波束不能完全覆蓋,且天線在地面的投影經(jīng)緯度不一致,導致星上處理很復雜。為克服上述缺乏,美國人More提出了點波束圓錐掃描體制?！ゎl譜儀,其頻帶窄,工作頻率調(diào)諧在微波諧振頻率上或者其附近,主要用于測量水汽和氧吸收譜線,是氣象衛(wèi)星上大氣參數(shù)監(jiān)測的主要儀器?！みB續(xù)譜輻射計(簡稱輻射計),主要用于遙感測量寬廣頻譜特性的地物目標。·探測儀,主要探測大氣溫度廓線和水汽廓線?！こ上駜x,用于遙感地球外表特性。微波輻射計其技