2020年遥感物理基础精品版.doc

精选文档第二章 遥感物理基础§2-l 电磁波与电磁波谱一、电磁波电磁波是物体运动的一种形式 电磁波、电磁波谱及其传播规律是遥感技术产生的理论基础振动的传播成为波，电磁场振动的传播是电磁波1． 波如抖动绳子， 绳子一端有个上下振动的振源， 振动向前传播， 从整体看波峰和波谷向前运动， 而绳子上各点世纪只作上下运动并不向前运动； 水波同样如此 波动是各质点在平衡位置振动而能量向前传播的现象如果质点振动方向与波传播方向相同，称为纵波，如振动弹簧，声波；如果质点振动方向与波传播方向垂直，成为横波，如水波，抖绳产生的波等2．电磁 波当电磁振荡进入空间， 变化的磁场激起变化的电场， 变化的电场又激发变化的磁场，使电磁振荡在空间传播，产生电磁波电磁波的产生：组成物质的电子、原子、分子，运动形式有三种：电子绕原子粒作轨道运动及轨道跃迁；原子核在平衡位置上的振动；分子绕质量中心转动；根据能量守恒定律和能量转换定律， 运动状态的改变、 能量的增加与减少， 将以能量辐射的形式表明出来，这就是电磁波；通常，电子跃出产生的电子磁波波长最短，在紫外－近红外区；分子振动状态改变产生的电磁波波长中等，红外区；分子转动状态改变产生的电磁波波长较长，微波区电磁波的表述：3．电磁波特性a. 电磁波是一个 横波：电场矢量和磁场矢量相互垂直， 且都垂直于波的传播方向。

b. 在真空以光速传播，满足麦克斯韦方程： c=λ v,c = 速度 ( 光速 3*108m/s) λ=波长 v= 频率c. 电磁波具有 波粒二象性： 波是粒子流的统计平均，粒子是波的量化精选文档精选文档（ 1）波动性基本特点是时、空周期性，由波动方程的波函数表示：Ψ =Asin[(wt-kx)+ Φ ] , 电磁波的叠加、干涉、衍射、偏振等现象均由波动性引起电磁波的叠加 ：电磁波是由于无数个不同波长的波组合加而成， 但电磁波的传播是独立进行的 因此任何复杂的电磁波都可以分解成许多简单的电磁波 反之，通过合成可以恢复原来复杂电磁波，条件是具有适当的振幅、频率和相位如光的分解电磁波的相干 ：当相位、频率、振动方向相同的电磁波迭加时，会出现部分区域振动加强，部分区域振动减弱或消失的现象 相干电磁波一般是频率很窄的单道波或微波得到的，相干图象（微波遥感 / 雷达遥感）与普通图像（其他遥感）不同，需经过特殊处理电磁波的衍射 ：电磁波遇到有限大小的障碍物时， 能通过障碍物的边缘改变传播方向的现象可用于设计传感器提高图像的几何分辨率电磁波的偏振 ：由于电磁波是横波（振动方向垂直运动方向） ，当传播过程达到一条“狭缝”（偏振动），只有与狭缝方向一致的电磁波分振动 （电场矢量） 才能通过，这些通过偏振光片的电磁波被极化。

电磁波的极化即为“偏振” ，合成孔经雷达成像就是利用电磁波的偏振特性电磁波的多谱勒效应： 因辐射源或观察者相对传播介质的运动， 而使接收到的电磁波频率发生变化，当频率为 v 的波源向着观察着运动时， 观察着接收到的频率 v`>v ；当波源背着观察着运动时，观察着接收到的频率 v`

可见光： 波长范围 0.38/0.4---0.76 μ m，由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫色光组成，人眼对该波段具有敏锐的分辨能力， 是鉴别物质的主要波段 遥感技术中主要用摄影和扫描方式接收和纪录地物对可见光的 反射特征 红外线： 波长范围 0.76---1000 μ m，又根据用途分为近红外（ 0.76--3 μm），中红外（ 3--6 μ m）、远红外（ 6--15 μm）、超远红外（ 15--1000 μm）近红外同可见光相似，常称为光红外，遥感中常用摄影和扫描方式接收和纪录地物对红外的 反射特征 ，目前常用的近红外波段为 0.76---1.3 μm；中红外、远红外和超远红外时产生热感的原因，常称为 热红外 ，自然界任何高于绝对 0 K（-273 ℃）的物体都能向外辐射红外线，常温物体发射红外线的波长在 3---40 μm，而波长大于 15μm的超远红外易被大精选文档精选文档气和税分子吸收，所以遥感中常利用的是 3--15 μ m，即 3--5 μm和 8--14 μm，主要应用于探测地物的 辐射特征 ，如热污染、火山、火灾等，由于红外线不易为天空微粒散射，所以不受日照条件限制，白天、黑夜都可进行，全天时遥感。

微波 1mm---1m ，分为毫米波、厘米波、分米波，也具有热辐射性质， 波长较长，有一定穿透能力 ( 云层、水体、土壤等 ) ，主要应用于雷达成像，不受天气影响，可进行全天候全天是遥感探测 其优点有：微波易于聚成较窄的发射波束， 近似直线传播，不受高空 100—400km电离层反射的影响， 自然界中的电磁波对微波干扰小， 地面目标对微波的散射性能好三、电磁辐射源任何物体在一定温度下都具有发射、 辐射电磁波的特性 辐射源有自然辐射源和人工辐射源1． 自然辐射源(1) 太阳辐射黑体辐射：黑体是“绝对黑体”的简称，是一个理想的辐射体，在任何温度下，对于各种波长的电磁辐射的吸收系数等于 1（ 100%）的物体，黑体的热辐射成为黑体辐射，其反射率为 0，透射率为 0反射率 +透射率 +吸收率 =1，吸收率越大，发射率越大太阳辐射被看作是接近 6000K黑体的辐射源 太阳辐射波长范围很宽， 包括 γ射线、紫外线、红外线、微波、无线电波 99％的辐射 能 辐射能量主要集中在 0.3--3 μm，大部分集中在可见光波段， 一般称为 短波辐射 46％的辐射能集中在 0.4 －0.76 μm的可见光段；有 25％的辐射能分布在小于 0.47 μm的紫外线段； 30％分布在红外线段；2太阳的辐射强度在进入大气层前为 1385w/m· s, 叫“太阳常数”或“辐射通量密度”，每年有 7％的被动；太阳辐射到达地面前， 大气对太阳辐射由一定的吸收、 散射和反射， 从地面到传感器也有一定的吸收、散射和反射，有很大的衰减。

2) 地球辐射地球辐射可分为短波辐射和长波辐射两个部分短波辐射：指波长在 0.3 —2.5 μm的地球辐射，属于可见光和近、中红外波段，主要是地球反射太阳辐射的能量长波辐射：指波长在 6μ m以上的地球辐射，属于热红外波段，主要是地物自身精选文档精选文档的热辐射能量而 3--6 μm的地球辐射，是地物反射和自身热辐射兼有遥感探测时， 传感器接收到小于 0.3 μm波长，主要是地物反射太阳辐射的能量，大于 6μ m主要是地物热辐射能量， 3--6 μm太阳于地球的热辐射都要考虑2． 人工辐射源人工发射一定波长的波束， 接受地物散射该光束返回的后向反射信号的强弱， 从而探知地物或测距主要是主动遥感1) 微波辐射源常用波段 0.8 —30cm的微波具有全天候、全天时，具有一定的穿透力，容易区分某些物质2) 激光辐射源§2-2 地物的光谱特性地物的光谱特性是遥感技术的重要理论依据， 因为他即为传感器工作波段的选择提供依据，又是遥感数据正确分析和判读的理论基础， 还可作为利用计算机进行数字图像处理和分类是的参考标准时间特性主要反映在不同时期被测地物光谱特性的变化空间特性主要是由被测地物光谱特性的不相同所造成的。

任何地物都有各自的电磁辐射规律，即具有吸收、反射、透射某些波段的特性---- 地物的光谱特性太阳的辐射能入射到地物表面，一般会过出现三种过程：a. 部分入射能量被地物反射；b. 部分入射能量被地物吸收，成为地物的内能再发射；c. 部分入射能量透射到地物某一深度，再反射；根据能量守恒定律可得出：P0＝ Pρ ＋Pα ＋Pτ其中 : P 0 为地物接收太阳辐射的总能量；Pρ 为地物反射能量；Pα 为地物的吸收能量；Pτ 为地物的透射能量；公式两端都除以 P0 得： 1＝Pρ／ 。