2019-2020年高二物理 （人教大纲版）第二册 第十八章 电磁和电磁波 六、电视、雷达(备课资料).doc

备课资料2019-2020年高二物理 （人教大纲版）第二册 第十八章 电磁和电磁波 六、电视、雷达(备课资料)一、遥感的基本原理遥感（Remote Sensing)的含义是远距离“敏感”的意思，直观的意义是远距离的“感光”或“拍照”.照相是日常生活中为大家所熟识的一种遥感技术.将此距离移至更远，移至空间，就是航空拍照和卫星拍照.但是卫星拍照有回收问题，将拍下来的胶卷返回地面.有时拍下来的地面物体并非所需要的；有时因云层的覆盖根本就拍不到地面物体，从而造成很大的浪费.后来发展了传输型的卫星拍照，将卫星拍摄的地物景像调制成数字信号，实时地从卫星向地面发送下来，称为卫星遥感.由于遥感器特点不同，遥感技术可分为主动式和被动式两种.利用物体本身具有电磁波辐射性能对物体进行拍照，称为被动式遥感技术.光学拍照是被动式的一种.遥感器主动发射一系列波长长于光波的电磁波，并不断检测该电磁波碰到地面物体后反射电磁波的能量，经过能量转换和信号处理后成像，称为主动式遥感技术.其原理与雷达原理相似，所以也称雷达遥感技术.携带遥感器的工具有气球、飞机、卫星和空间站，分别称为航空遥感和卫星遥感.二、资源卫星技术的发展以研究地球资源和环境特征为目的的遥感卫星称为资源卫星.资源卫星技术的产生和发展综合了现代航空技术，包括材料结构、动力发动机、化学燃料、控制技术、电子和计算机产业等高科技的发展.资源卫星由于它的应用特点，需要对准地面照相、需要向地面传输数据，因此它需要相当复杂的电子系统、姿态控制和轨道控制系统，跟踪和遥测系统.资源卫星的诞生只有在近20年来现代信息产业的诞生和发展的基础上方能成为可能.美国1984年发射成功具有应用价值的陆地卫星Landsat-4，载有分辨率为30 m的称为主题制图仪（TM）.法国于1986年发射成功的资源卫星SPOT-1，分辨率为20 m和10 m.加拿大于1995年雷达卫星（Radarsat)上天.我国于xx年与巴西合作发射成功我国的资源1号卫星，这些都是中国科学院遥感卫星接收站的主要资源卫星数据来源.资源卫星遥感数据具有以下特点：1.数据容量大，要求卫星和地面站具有足够的数据存储能力.2.数据流速度高，要求卫星发射和地面接收数据具有高速度能力.3.重量轻，体积小的超大规模集成电路的采用.4.卫星上必须采用低能耗，高速度、大容量的微型计算机.5.地面站必须配备大型接收天线，以便精密跟踪和及时地接收卫星发送下来的数据，同时还必须及时地将卫星过境时的全部数据储存下来.6.地面站必须配备大容量高速度计算机系统，以便存储大量的遥感数据.三、遥感传感器的基本类型和原理.图像SPOT-1卫星和我国资源1号卫星采用CCD（微型高精度固体光学图像传感器）行排列方式，称为推扫式.每一片CCD在地面分辨率为20 m.每一波段由3000片CCD拼揍成一行.行的方向与卫星飞行方向垂直.当卫星飞行时，一行的CCD同时成像，所以一行的宽度相当于地面的60 km，如此一行一行往前推，称为推扫方式.SPOT-1除了分辨率为20 m的绿光、红光这几个波段，还有一个分辨率为10 m的黑白波段，由6000片CCD拼接为一行.美国陆地卫星（Landsat-5)有7个波段，分辨率为30 m的6个波段中，每个波段有16个检测器.分辨率为120 m的热红外波段有4个检测器，共有100个检测器.排列在同一扫描平面上，当卫星向前飞行时扫描镜向与飞行方向相垂直的方向做扫描运动，100个检测器同时感光成像，因此每一次扫描成像为100波段行，行宽对应地面为185 km.加拿大雷达卫星Radarsat与上面两种卫星的原理不同，它是从卫星上主动地向地面发射雷达波束，并接收该波束从地面反射回来的波束，测量这两波束的时间差从而测得地面两物体间的距离，因此称为主动式遥感器.雷达的基本原理是测量距离，所以还需将它转换为图像信号.雷达图像的地面分辨率与雷达天线孔径有关，而且在卫星的前进方向的分辨率与垂直于此方向上的分辨率是不同的.在卫星前进方向上.雷达电磁波的频率因前进速度而发生变化，其结果相当于使天线孔径变化，称为合成孔径.由于卫星前进速度很高，从而大大地提高了合成孔径雷达的前进方向地面分辨率.目前Radarsat卫星的合成孔径雷达的分辨率为10 m100 m.它的优点是不受空气介质和云层的影响，也不受太阳光照的影响，因此夜间也能成像.四、地面站接收系统1.天线系统当卫星经过地面站天空时，程控指令使卫星遥感器工作，卫星上的发送装置和天线设备将遥感数据调制成x波段的频率（80258400 MHz）向地面站串行发送.同时地面站10 m直径抛物形巨型天线将自动地对准和跟踪卫星，实时地接收卫星发送下来的遥感数据，经实时地解调、分路，储存在地面的储存装置里.2.遥感数据预处理系统地面接收系统将卫星过境时发下来的数据储存并记录在高密度磁带上以后，首先在处理站进行预处理.预处理系统有如下功能：（1）快视功能：由于遥感数据流速度很高，在接收时经解调后并行地记录在高密度磁带上.此时须将高密度磁带慢速回放，以便将并行数据转换为串行数据，经格式同步器还原成分幅图像.在此过程中同时将图像数据进行抽样，送入监视器上显示，称为快视，以便监察图像质量和云层覆盖程度.（2）辐射校正：由于不同卫星上遥感器对地面物体辐射能量敏感程度存在差异，图像会出现明显条纹，因此每一检测单元都必须按一定标准进行校正.（3）系统校正：根据遥感数据中的辅助参数（如地球自转，成像仪器在地球投影点的经度和纬度参数）计算每一成像单元的几何位置，生成整幅图像的栅格网点，以便对图像的几何形状进行校正.（4）几何校正：由于卫星姿态变化引起的拍摄过程中像元之间内部几何位置变化，从而造成图像内部变形.（5）大地校正：根据卫星轨道及姿态参数计算图像在地面上的经度和纬度.（6）重采样处理：将经过校正计算的结果得出的以像元为单位的整幅图像的栅格网点逐行将逐个像元按正方格网点重新排列，形成预处理产品，提供用户使用.遥感影像精处理功能：预处理产品可满足大部分应用要求.只有对那些特殊用途和涉及到大地定位精度较高的用途，对预处理产品还需要进行精处理.精处理包括：（1）基准点（又称控制点）校正在一幅影像范围内找出若干与地物目标相应的点称为基准点，地面的基准点地理位置是已知的.它们与影像匹配后产生新的整幅影像栅格网点，然后按重采样处理产生精处理产品.这些基准点约68个.（2）大地坐标（或称地图投影坐标）校正根据用户对地图投影的要求计算地图坐标的栅格网点，然后重采样处理.（3）SPOT影像主体像处理法国SPOT卫星上，在卫星前进方向的左右两侧装有左右成像仪，同时拍摄到左右影像.这种处理需要特殊的算法，根据用户要求产生主体影像或主体信息，例如等高线等等.（4）其他精处理根据用户要求还有许多方面的处理，例如地物信息的分类、轮廓增强、不同波段数据或不同分辨率的数据合成、面积计算等等.精处理产品精度较高，其位置误差可达12个像元.摘自物理教学第8期第24卷