微波遥感系统

*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,微波遥感系统,合成孔径雷达,SAR,系统及其应用,1,微波遥感系统,合成孔径雷达,SAR,系统及其应用,2,被动与主动遥感,微波观测方式,主动方式,:,利用遥感器向地面发射微波然后接受其散射波的方式。,被动方式,:,观测地表目标的辐射方式,。,3,微波传感器,非成像传感器：,通过发射雷达信号，再接收回波信号测定参数，不以成像为目的。,微波散射计：测量地物的散射或反射特性。,雷达高度计,：测量目标物与遥感平台间的距离，从而准确得知地表高度变化，海浪的高度等参数。,根据发射波和接收波间的时间差，测出距离。,成像传感器：,获取在地面扫描所得到的带有地物信息的电磁波信号并形成图象,微波辐射计、侧视雷达、,合成孔径雷达,4,F.Ulaby,et al.,5,微波辐射计,微波辐射计主要用于探测地面各点的亮度温度并生成亮度温度图像。由于地面物体都具有发射微波的能力,其发射强度与自身的亮度温度有关。通过 扫描接收这些信号并换算成对应的亮度温度图,对地面物体状况的探测很有意义。,属被动遥感,6,侧视雷达,?,侧视雷达是在飞机或卫星平台上由传感器向与飞行方向垂直的侧面,发射一个窄的波束,覆盖地面上这一侧面的一个条带,然后接收在这一条带上地物的反射波,从而形成一个图像带。随着飞行器前进,不断地发射这种脉冲波束,又不断地接收回波,从而形成一幅一幅的雷达图像。,雷达成像的基本条件：,雷达发射的波束照在目标不同部位时，要有时间先后差异，这样从目标反射的回波也同时出现时间差，才有可能区分目标的不同部位。,7,合成孔径雷达,合成孔径雷达与侧视雷达类似,也是在飞机或卫星平台上由传感器向与飞行方向垂直的侧面发射信号。所不同的是将发射和接收天线分成许多小单元,每一单元发射和接收信号的时刻不同。由于天线位置不同，记录的回波相位和强度都不同。,目的：,提高图象在飞行方向的分辨率。,8,侧视雷达工作原理,电磁波在空间中的传播速度,c,是一定的,当雷达在时间,t1,发射出一个窄脉冲,被目标反射后,在时间,t2,返回,则目标地物的距离为,:,(t2-t1)*c/2,9,微波传播示意图,脉冲雷达,pulse radar,：,脉冲,:,一个物理量在短持续时间内突变后迅速回到其初始状态的过程。,脉冲信号是一种离散信号，形状多种多样，与普通模拟信号（如正弦波）相比，波形之间在时间轴不连续（波形与波形之间有明显的间隔）但具有一定的周期性是它的特点。最常见的脉冲波是矩形波（也就是方波）。脉冲信号可以用来表示信息，也可以用来作为载波,.,脉冲宽度,：就是高,电平,持续的时间。,chirp radar,线性调频雷达,10,遥感平台向前飞行，天线发射和接收雷达脉冲交替进行；在波束宽度范围内，地面不同的地物由于距离不同而在不同的时间反射回波。反射回波的信号记录一条图象扫描线。返回的信号被天线接收并记录下来。,侧视雷达工作原理,(,真实孔径雷达,),真实孔径雷达是对平台的行进方向（称方位向）的侧方（称距离向）发射宽度很窄的脉冲电波波束，然后接收从目标物返回的后向散射波，从接收的信号中可以获得地表的图像。,11,脉冲宽度,发一个脉冲,陆续收到一连串回射,而且回射的特性随地物不同而异,飞行方向,12,A,：,飞行方向；,B,：,天底,nadir,E,：,方位向,azimuth flight direction,；,D,：,距离向,look direction,；,C,：扫描宽度,swath;,有关术语,A,入射角,incidence angle,;,B,视角,;,C,斜距,Slant distance;,D,地距,Ground distance;,13,A:,近距（,near range,）,B:,远距（,far range,）,14,距离向分辨率与方位向分辨率,在,侧视方向的分辨率,(,在垂直于航向方向的分辨力,),P,g,=c,/2cos,脉冲持续期（脉冲宽度，,时间,s),，,俯角，,c,光速。,越大，,Pg,越大，分辨率越低,即：距离越近，距离向分辨率越低,理论上讲,斜距分辨率等于脉冲宽度的一半,.,距离分辨率,15,16,例,:,设俯角,50,脉冲宽度,0.1s,则距,离分辨力,P,g,=0.5,0.1,10,-6,(s)2.998 10,8,(m/s)/cos 50,=0.5,0.1 2.998/0.642788 100,=23.2m,P,g,=0.5,c,cos,17,距离越近，方位分辨率越高；与距离向分辨率变化规律相反,.,沿航线方向的分辨率,方位向分辨率,r,a,=,*R,波束宽度，,R,天线到该像元的倾斜距离,=,/L,波长，,L,天线长度,r,a,=(,/L,)*R,天线越长，,r,a,越小，方位分辨率越高,.,方位分辨率,18,例,:,设卫星天线孔径,D=4m,波长,=3cm,距目标地物,800km,则方位,分辨力,P,a,=3,10,-2,(m)/4(m)80010,3,(m)=6000m,若要求方位分辨率达到,3m,则天线孔径需,8000m.(,这可能么,),提高距离分辨率和方位分辨率的方法：,1,）,采用脉冲压缩技术，缩短脉冲发射宽度,2,）用合成孔径天线来代替真实孔径天线，以缩短天线孔径。,19,合成孔径,合成孔径雷达（,SAR,，,Synthetic Aperture Radar,）,基本原理：,利用短的天线，通过修改数据记录和处理技术，产生很长孔径天线的效果，等于通过加长天线孔径来提高观测精度。,在沿飞行航迹方向上形成一个天线阵列，并与数据记录和处理过程联系在一起。,在不同位置接收同一地物的回波信号，信号得到的时间不同，相位和强度不同，,形成相干影象,。经过复杂的处理，得到地面的实际影象。,20,合成孔径,21,合成后的天线孔径为,Ls,则其方位分辨率为,:,Rs,=(/,Ls)R,由于天线最大的合成孔径为,:,Ls=Ra=(/D)R,则有,Rs,=D,由于,双程相移,方位分辨率还可提高一倍,即,Rs,=D/2,式中，,:,波长；,D,：,雷达孔径；,R,：,斜距。,由此可知，方位向的分辨率与距离无关，所以，即使从卫星的高度上也可以获得高分辨率的图像。,22,23,斜距图象的比例尺变化,A,、,B,、,C,为三个长度相等的线性地物。,斜距图象、地距图象,侧视雷达图象,24,雷达图象变形：距离向,25,地距图象与斜距图象,26,地形,(,几何,),畸变,透视收缩（,foreshortening,）,：,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；,坡底的收缩度比坡顶大；山坡的坡度越大，收缩量越大。,叠掩,(Layover),：,当面向雷达的山坡很陡时，出现山顶比山底更接近雷达的情况，因此，在图象的距离方向，山顶和山底的相对位置颠倒；,收缩度：坡顶的收缩度比坡底大,阴影,(Shadow),：,当后坡坡度较大，雷达波束不能到达后坡坡面时，没有回波信号产生，图象上出现暗区,27,28,侧视雷达的入射方位对影像的影响,在山区地形情况下,在雷达影像中,地形起伏一般表现为明显的,亮坡,-,阴影组合,特征,.,沟谷和山脊的面向入射坡为亮坡而背光坡为阴影,.,因此,随着入射方位不同,不同方向的线状地形起伏将会得到突出,-,线状的,亮坡,-,阴影组合,总是平行于平台航向,亮坡朝向传感器,阴影背对传感器,.,29,微波遥感系统,合成孔径雷达,SAR,系统及其应用,30,机载,SAR,系统,E-SAR,SRTM?,一般使用双天线,31,星载,SAR,系统,NASA 1978,年,Seasat,卫星,L,Band,ESA 1991,年,ERS-1;1995,年,ERS-2 C-Band,2002,年,EnviSat-1 C-Band,JAXA 2006,年,ALOS PALSAR,DLR 2009,年,TerraSAR,-X,以及,TanDEM,-X,此外,RadarSAT-1/2;COSMO-SKYMED,http:/,www.esa.int,/,32,ERS-1,ERS-2,Launch,from,Kourou,French Guiana,17 July 1991,21 April 1995,Launcher,Ariane,4,Launch mass,2384 kg,2516 kg,Number of instruments,4/5 including SARwith GOME added to ERS-2,Orbit,Sun synchronous,altitude 800 km,Inclination,98.5 degrees,Time for one orbit,100 minutes,Cycle,35-day repeat,33,