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微波遥感-3第三章微波图像的特点第一节侧视雷达参数工作参数:波长、极化方式、俯角、入射角、照射带宽、地距、斜距飞行参数:高度,星下点,姿态,倾角,成像时间,轨道,帧,景图像参数:分辨率(平均分辨率,体分辨率)1,飞行参数ThegroundtrackoftheplatformistheNADIR(B)平台的地面轨迹是星下点NADIR(B)TheareailluminatedbytheenergyradaristheSWATH(C)雷达能量照射的区域是幅宽SWATH(C)Theacross-trackdimensionistheR...

微波遥感-3
第三章微波图像的特点第一节侧视雷达参数工作参数:波长、极化方式、俯角、入射角、照射带宽、地距、斜距飞行参数:高度,星下点,姿态,倾角,成像时间,轨道,帧,景图像参数:分辨率(平均分辨率,体分辨率)1,飞行参数ThegroundtrackoftheplatformistheNADIR(B)平台的地面轨迹是星下点NADIR(B)TheareailluminatedbytheenergyradaristheSWATH(C)雷达能量照射的区域是幅宽SWATH(C)Theacross-trackdimensionistheRANGE(D)横跨轨迹向的尺度是距离(D)Thealong-trackdimensionistheAZIMUTH(E)沿轨迹的尺度是方位ATIMUTH(E)Thetimeintervalsbetweentransmissionofaradarpulseandthereceptionofitsreturnsignalsfromeachpointonthegroundisadirectmeasureofthedistancefromtheantennatothesepoints.TheplaneontowhichthesedistancemeasurementscanbeprojectedistheSLANT-RANGEplane.发射一雷达脉冲与接收它从地面上每一点返回的信号间的时间间隔是从天线到这些点的距离的直接度量.TheGROUND-RANGEisdeterminedbythehorizontalgrounddistancefromthenadiroftheradartothegroundpoint.地面距离是由雷达的星下点到地面点的水平地面距离决定的.IncidenceAngle入射角Theincidenceangleistheanglebetweenaverticalplaneandtheradarbeamfromtheantennatothegroundsurface(Atop).Theincidenceangleincreasesintherangedirection(becomesmoreshallow)入射角是垂直平面与从天线到地面的雷达波束间的角(上图A)。入射角在距离方向增大(变得更浅)Thelocalincidenceangleisthetrueincidenceangleoftheradarbeamatanypointintheterrain(Abottom)当地入射角是雷达波束在地面上任一点的真正入射角(下图A)B视线角2,工作参数卫星参数ERS-1/2SARENVISATASAR发射国家及发射时间欧空局1991.7.17/1995.4欧空局2003.5赤道高度(km)785800半长轴(km)71537159.5轨道倾角(度)98.598.55偏心率0.00117卫星重量(kg)24008200波段(cm)C(5.7)C(5.7)频率(GHZ)5.255.25周期(min)/轨道数100.465/14.3101重复周期(天)3535太阳帆板功率(千瓦)太阳阵长24m,宽5m电池镍镉电池镍镉电池过境时间10:30/1110:00设计寿命(年)25-10极化方向VV多极化视数4入射角(度)2315-45辐照宽度(km)10056-400距离分辨率(m)<26<26方位分辨率(m)<30<30雷达天线类型、尺寸(m)波导10×1波导10×1.3脉冲重复频率/Hz16781678发送器峰值功率4.8KW7.95KW平均雷达数据下传率(Mb/s)105100工作时间(min)10传感器重量/kg100020003,分辨率(平均面分辨率,体分辨率)如前所述距离分辨率是俯角的函数,它实际上是变化的,因此常用平均面分辨率来描述图像的分辨率。它是照射带近端至远端所有分辨单元面积之平均:灰度分辨率为可以分辨出两个地物目标的最小灰度对比度。体分辨率即空间分辨率与灰度分辨率之积。λwavelength波长fD=c/λcentralfrequency中心频率Wsystembandwidth系统带宽fnsamplingfrequency采样频率fNy=fn/2Nyquistfrequency采样倍频θoff-nadirangle入射角αlocalterrainslope(range)局部地形坡度Hplatformaltitude轨道高度ρnslantrangeresolution斜向分辨率Δrslantrangesamplinginterval斜向采样间隔ρggroundrangeresolution地距分辨率Bbaseline基线Bnnormalbaseline基线正常分量Brradialbaseline基线径向分量Bnccriticalbaseline临界基线rslantrangeaxis斜距轴rDsensor-targetdistance星地距离ygroundrangeaxis地距轴zelevationaxis高度轴kygroundrangewavenumber1/λ地距向波数Φinterferometricphase干涉相位第二节侧视雷达图像的几何特征3.2.1斜距显示的距离压缩3.2.2侧视雷达阴影3.2.3侧视雷达透视收缩3.2.4侧视雷达叠掩3.2.5雷达图像的左右倒置3.2.1斜距显示的距离压缩 Rangecompression雷达成像在方位向和距离向分辨率是不统一的。方位分辨率当载波波长、天线孔径和轨道高度一定时,方位分辨率是一个常数。距离分辨率脉冲宽度、波速一定时,距离分辨率与雷达俯角或当地入射角有关。距离压缩原理示意图距离压缩现象雷达影像雷达图像距离压缩规律1,距离压缩是斜距成像的雷达影像在距离向呈图像压缩的几何失真现象。;2,由于距离向目标当地入射角处处不相等,所以在距离向目标分辨率处处不同;3,靠近星下点的目标成像压缩现象严重,远离星下点的目标压缩现象较轻微;4,如果对山地成像,即便地距显示也不能保证图像无几何形变。3.2.2侧视雷达雷达透视收缩 Radarforeshortening透视收缩也称“前缩”,起伏地形的雷达影像山坡长度的按比例计算后总比实际长度要短。主要是面向雷达波束的斜面投影到斜距平面时斜面的压缩,归根结底还是距离压缩现象。透视收缩原理图雷达影像的透视收缩现象侧视雷达透视收缩规律1,透视收缩是面向雷达波束的斜面投影到斜距平面时距离压缩增强现象,归根结底还是距离压缩。2,图像上前坡总是比后坡距离压缩明显,透视收缩 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明较大的回波面积集中体现在较小的图像区域,在强度图像上,前坡比后坡明亮。3,当地入射角为零时,山顶、山腰、山底的回波集中到一点,出现最大透视收缩。4,图像的透视收缩比率(θ为当地入射角):3.2.3侧视雷达叠掩 Radarlayover侧视雷达为距离成像,最早返回的信号记录在近距端,后返回的记录在远距端。在起伏地形成像,当坡度与雷达俯角之和大于90度时(即当地入射角为负时),山顶部分的回波比来自山脚部分的回波更早被雷达接收记录,从而使山顶影像“叠置”在山脚影像之前。侧视雷达叠掩规律1,雷达叠掩也称顶底位移,是山顶部分的回波比山脚部分的回波更早被雷达接收记录,从而使山顶影像“叠置”在山底之前的图像失真现象。2,叠掩现象与局部入射角θ密切相关:θ<0°时,叠掩0°<θ<90°时,透视收缩90°<θ时,阴影3,叠掩现象与雷达俯角也有关系,俯角越大,产生叠掩的可能性越大,因此叠掩多是近距离现象。3.2.4侧视雷达阴影 Radarshadow侧视雷达成像在距离向会产生雷达阴影。起伏地形的后坡雷达波束不能到达,没有回波信号,在图像相应位置出现暗区。有三种情况:1,地形后坡坡度小于雷达俯角:不会产生阴影2,地形后坡坡度等于雷达俯角:视后坡粗糙度如何3,地形后坡坡度大于雷达俯角:产生阴影雷达阴影产生原理示意图123侧视雷达阴影产生的规律1,雷达阴影是起伏地形的雷达影像在后坡出现暗区的图像缺失现象。2,雷达阴影的产生与坡度及雷达俯角有关;3,判断雷达阴影还要考虑山脊走向与卫星航向的关系,考虑真倾向与伪倾向的关系;4,阴影区不含信息,但却是一种很好的观测方向和地形信息的指示器。3.2.5雷达图像的左右倒置左侧视雷达成像系统右侧视雷达成像系统-大多数卫星采用的方式雷达图像的信息特点3.3.1地物目标对雷达波束的几种不同反应3.3.2地物目标的几种类型3.3.3影响雷达图像的因素粗糙度介电常数波长入射角极化体散射角反射器效应虚警现象3.3.4雷达图像中的其它异常现象3.3.1地物目标对雷达波束的几种不同反应反射、散射、透射、吸收。3.3.2地物目标的几种类型分布型目标、点目标、硬目标1,分布型目标又称面目标。同一类物质组成、具有足够表面粗糙度的目标区域。回波中没有主导地物,形成“斑点”效应。有的地物如水面、雪地,尽管面积很大,但表面光滑,只会形成镜面反射,几乎无后向散射回波,不会形成斑点效应。2,点目标是指比分辨单元小得多的地物目标,也就是在一个像素所对应的地块内比较小的独立地物目标。它与地块内其周围地物不是一个类型,因此它的散射回波与周围地物的不一样,有时它的回波信号相当强,在整个地块的回波信号中占据了主导地位。背景地物的回波可表示为σ=σ0A,其中A为分辨单元面积,σ0是背景地物的平均后向散射系数,这里将点目标的大小视为可忽略不计。如果点目标的散射雷达截面积为σP,则有点目标的回波与背景回波之比S=σP/σ0A因此要从图像中检测出点目标,必须有足够大的S。一般说来,空间分辨率高的雷达图像是比较容易检测出点目标的,图是用以像素尺寸的1/10作为密度分割单元,对雷达图像的密度分布进行观测,测出点目标的密度分布情况。这里的密度是指点目标信息的输出电压,可以看出,密度分布曲线都形如sinc函数(sinc(x)=sinx/x)。3,硬目标是那种既不占有相当面积,又不限制在分辨单元之内的地物,其回波信号在图像上往往表现为一系列亮点或一定形状的亮线,大多数人工目标如桥梁、输电线、房屋等都属于这一类目标。它们的回波信号很强,其原因主要是:有与雷达波束相垂直的平面;有角反射效应;有相应于入射波频率的谐振效应;有合适指向的线导体。地物只要其某一表平面垂直于雷达波束时,就可能产生反射,这时反射方向正好指向雷达天线。角反射效应,指的是全反射效应,这种效应常常会造成很强的回波信号,这时尽管雷达波束并不与地物表面垂直。谐振效应的目标常常是金属,或高介电常数的材料所组成的地物,入射波的极化方向不一定与目标的长度方向平行,但只要有一个电场分量与它平行,就会产生谐振效应,形成强的回波,在图像中形成一系列亮点;例如人们曾在Ka波段雷达图像中观察到机场停机坪内一系列亮点,但停机坪内当时并无飞机,后来发现是停机坪内的小型泄洪道的谐振效应。线导体在没有形成谐振效应的条件时,也会产生很强回波,特别在雷达波束垂直于导线,回波信号最强。3.3.3影响雷达图像色调的因素雷达图像多是单波段图像,因此图像灰度及灰度空间变化是雷达图像信息的主要依据。雷达图像的灰度,是地物目标后向散射回波强度的表现形式,而地物后向散射通常以雷达后向散射截面积σ或后向散射系数σ0来表达。一般可以认为,σ0是雷达系统的参数波长λ,入射角θ,极化方式P和地物目标的参数方位角φ,复介电常数ε,表面粗糙度Г1,次表面粗糙度Г2,及不均匀介质中的体散射系数V的函数。1.表面粗糙度的影响这里的表面粗糙度指的是小尺度的粗糙度,即尺度比分辨单元的尺寸要小得多的地物表面粗糙度,它是由细小的物质如叶面,砂石等所决定的粗糙度。这是决定回波振幅的主要因素,其定量表示是地物表面起伏高差的均方根值h,一般这种粗糙度分为三种情况,即光滑表面、稍粗糙表面和十分粗糙的表面。完全光滑的表面产生镜面反射,几乎所有的反射的能量都集中在以反射线为中心的很小的立体角范围内。暗色调。中等粗糙表面各个方向均有反射能量,漫反射或散射,回波较弱。灰色调。非常粗糙表面近各向同性散射,回波比较强。亮色调。从以上准则可见,粗糙度不仅取决于h,它还与波长和俯角(或入射角)有关。同一地表面,在波长较长时显得光滑,在波长较短时就被认为粗糙。波长通过相应的有效表面粗糙度影响雷达回波的道理即在于此。另一方面,当俯角很小,即波束接近掠射时,地物表面常常被认为是光滑的。实际的地物目标,如静止水面、机场跑道、平铺的道路、平屋顶等都可认为是光滑表面,一般几乎没有雷达回波,除非雷达波束入射角很小,接近垂直投射,才可能有回波信号。草地、森林、裸地等一般属于粗糙面,其中森林是典型的各向同性散射体。2.复介电常数组成地物目标的物质性质对雷达回波的影响是很大的,这一性质主要表现为复介电常数,一般说来,复介电常数越高,反射雷达波束的作用越强,穿透作用越小。复介电常数由表示介电常数的实部和表示损耗因子的虚部组成。所谓损耗因子是指电磁波在传输过程中的损耗或衰减,它与物质的传导率有关。复介电常数相对于单位体积的液态水含量呈线性变化。水分含量低时,雷达波束穿透力大,反射小,当地物含水量很大时,穿透力就大大减小,反射能量最大。在整个微波波段内,水的复介电常数量值变化范围为20-80,而大多数天然物质(植被,土壤,岩石,雪)的介电常数变化范围只有3-8,可见水的介电常数之高。3,波长波长通过两个方面影响回波信号:波长不同,有效粗糙度不同->影响回波能量波长不同,复介电常数不同->影响目标反射能力和电磁波穿透力当波长为1cm时,大多数表面是粗糙面,当波长为1m时,很少表面是粗糙面。当波长为1cm时,穿透力很弱,当波长为1m时,对湿土穿透力为0.3m,而对干燥土壤穿透力为1m。含水量和波长对穿透能力的影响ERS-1'ssmallerwavelengthof5.66cmcomparedtoJERS-1'swavelengthof23.5cm.TheseimageshelpexplainwhyJERS-1dataisoftenpreferredforuseinlandanalysisapplications.ThelongerwavelengthtransmittedbyJERS-1(23.5cm)passesthroughmuchofthesmallervegetationwhichscattersERS-1signals(5.66cmwavelength).NotehowtheJERS-1imagedistinctlyoutlinesthevariousgeologicalfeatures.Theincidentradarreflectsoffthecalmwater,resultinginlittlereturnorablackregionintheimage.TherockyareasaroundthebraidingYukonRiverrespondbrightlytotheJERS-1radiation,distinguishingthemfromthemarshygroundswhereasignificantamountofthesignalagainreflectsawayfromthespacecraft.ThesurroundinghillsandtheirdrainagesareagainwelldistinguishedintheJERS-1image.4,入射角入射角的变化可改变分辨单元的面积A。入射角变化影响平均散射系数σ0(θ)对光滑表面,入射角变化可造成25dB以上的回波强度变化。对于粗糙表面,随粗糙度不同而不同。一般地,σ0(θ)曲线可按入射角分为三个部分:近垂直入射区、平直区和近切向入射区。一般陆地入射角都在平直区。山地会出现另外两种现象。海洋测量有时会采用垂直入射5,极化方式雷达成像系统一般发射水平极化波,当与地表相互作用时,形成水平和垂直两个分量,可用不同的极化天线去接收,形成HH和HV图像。同样有VV和VH图像。粗糙表面同极化HH和VV没什么区别。光滑表面HH比VV回波信号可以低15dB。对于交叉极化,回波要比同极化低8-25dB。产生交叉极化的过程称为去极化。去极化原因:平滑表面的镜面反射;粗糙表面引起的多次反射;地表趋肤深度层内非均匀物体引起的散射(体散射和多路径);地物目标本身的各向异性产生的散射。a:植被散射;b:土壤表面散射;c:体散射;d:多路径。6,体散射体散射是当雷达波束穿透地物时,由于地物内部物质的不均匀性,和连续的空间位置分布,引起体内散射的各向同性。CR-cornerreflector7,角反射器效应当地物目标具有两个互相垂直的光滑表面或有三个相互垂直的光滑表面时,就形成角反射器。房屋墙面与地面形成两面角角反射器;建筑物的凹部与地表面形成三面角角反射器。人造角反射器ParisPalm/帕尔姆8,虚警现象paris§3.4典型地物的散射特性农作物和草地森林土壤岩石海风冰雪农作物和草地同极化散射特性差异较小;一般地,散射为植物与土壤的信号叠加;与作物叶型,密度,方向,含水量相关。含水量高,散射系数增大,波长较长的雷达波束,散射系数要小;同一作物,不同长势散射特性有所差异。森林体散射效应明显;一般HH比VV后向散射系数要大。土壤与入射角,粗糙度,含水量有关;散射系数随入射角增大而减小;在某一入射角,散射系数与粗糙度无关;仅与含水量有关,这是侧视雷达探测土壤湿度的依据。岩石与表面形状,粗糙度,物质组成有关;有角反射器效应;由于植被覆盖,散射特性差异较大。海风海面散射系数与入射角、风速有关(海面粗糙度);逆风向散射系数比其它方向要大;油污覆盖区降低了粗糙度,减弱了雷达回波强度,图像呈暗色调。冰雪光滑冰面后向散射系数小于积雪冰面。雷达波可以穿透干雪;积雪厚度探测可以指导农业、水利、预测洪涝。§3.5典型地物的亮度温度 土壤植被海水雪辐射计图像反映地物表观亮度温度。归一化天线温度即辐射计测定的温度,忽略天空以下辐射温度贡献。土壤土壤表面发射率:水平极化和垂直极化发射曲线随均方根高度增大而上升。粗糙度越大两种曲线间隔越小,趋向与极化无关。极化镜面反射率粗糙度参数土壤含水量决定介电常数,正相关。复介电常数实部不同含水量,光滑表面归一化天线温度。植被覆盖下,土壤辐射亮度温度随土壤含水量增加而减小的变化幅度要小的多。裸露土壤亮度温度植被两种间接贡献土壤表面辐射经枝叶散射部分和植物辐射经土壤反射的部分植被覆盖率还需考虑辐射频率,当频率高于10GHZ时,可以认为只有植被辐射。海水与极化方式、入射角和水体实际温度有关。与盐浓度有关。与海风有关。海水表面实际温度T0增大时,辐亮度温度TB对盐浓度反映敏感,盐浓度越低,辐亮度与T0线性关系越强。垂直极化辐亮度对风速不敏感;水平极化辐亮度对风速敏感。雪雪的发射率是亮温与实体温度之比。d-雪深Θ-入射角ρ-密度W-含水量作业1、地面分辨率和平均面分辨率的意义是什么?2、灰度分辨率的意义是什么,为什么最好以平均回波功率来衡量?3、为什么要提出体分辨率?4、地物目标的回波信号强度范围为100分贝,那么最强回波功率与最弱回波功率的比是多少?5、近距离压缩与透视收缩的区别是什么?6、为什么地物表面的粗糙度都是相对的?7、点目标与硬目标有什么不同和相同之处?8、角反射器在什么情况下没有回波?9、为什么植被含水量越大,其图像灰度值越大,而湖水在图像上却很暗?10、不同粗糙度土壤的散射系数曲线的交点 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 了什么?11、为什么逆风观测海面的散射系数一般比顺风观测时大?12、为什么裸土的粗糙度越大,归一化天线温度越高?13、为什么含水量越大,土壤发射率越小?14、为什么有植被覆盖的土壤亮度温度与无植被土壤相比要高一些?15、试说明无风浪时海水亮度温度随辐射计工作频率增大而上升原因。1.地面分辨元和平均面分辨元的意义是什么,为什么要提出平面分辨元地面分辨元是距离分辨率和方位分辨率的乘积,地面分辨元相等,则解译效果相同。平均面分辨元是照射带近距离端NR到远距离短FR所有分辨单元面积之平均。因为距离分辨率是俯角的函数,导致地面分辨元在照射带宽度内是变化的,所以提出平均面分辨元来描述图像的空间分辨率。5.近距离压缩与透视收缩的区别是什么?近距离压缩是值距离雷达较近的地块在斜距图像上被压缩,距离天线越紧,收缩量越大。透视收缩是指山上面向雷达的一面在图象上被压缩,这一部分往往表现为较高的亮度,故而一般图像上前坡比后坡亮;坡底的收缩度比坡顶大;山坡的坡度越大,收缩量越大。部分答案6.为什么地物表面的粗糙度都是相对的?瑞利准则及修改后的瑞利准则指出,粗糙度不仅取决于地物不规则高程h,还与波长和俯角(或入射角)有关。同一地表面,波长较长时显得光滑,波长较短时被认为粗糙。当俯角很小,即波束接近掠射时,地物表面常常被认为光滑。7.点目标与硬目标有什么不同和相同之处?【相同】两者回波信号均较强,且占地面积较小。【不同】点目标比分辨单元小得多,而硬目标不限制在分辨单元之内,其回波信号在图像上往往表现为一系列亮点或一定形状的亮线;硬目标回波具有很强的方向性,点目标不具有;硬目标回波信号必定很强,而点目标大部分很强。部分答案8.角反射器在什么情况下没有回波?角反射器的指向角(两面角轴线与雷达波束所在平面的夹角)远偏离90度时。9.为什么植被含水量越大,其图像灰度值越大,而湖水在图像上却很暗?植被含水量越大,其复介电常数越大,使得雷达波束穿透力减小,反射能量增大,从而其图像灰度值越大。而湖水接近于平面,雷达波束产生镜面反射,导致回波信号很小,在图像上表现为暗区。部分答案部分答案10.不同粗糙度土壤的散射系数曲线的交点说明了什么?说明了对于各雷达波段都存在一入射角,对于该入射角,裸露土壤的散射特性与粗糙度无关,仅与地面含水量有关,这是利用侧视雷达探测土壤湿度的重要依据。11.为什么逆风观测海面的散射系数一般比顺风观测时大?顺风时海面较为光滑,逆风时海面较为粗糙,粗糙度越大,散射系数越强。
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