微波遥感知识超详解

微波是指波长在1mm-1m（即频率在300MHz-300GHz）电磁波，包括毫米波、厘米波、分米波、它比可见光-近红外的波长大得多。
微波遥感用的是无线电技术，而可见红光-近红外遥感用的是光学技术，通过摄影或扫描获取信息。
微波遥感有主动和被动之分。主动遥感就是人工发射探测源，而被动遥感就是利用地物自身发射或者反射的微弱电磁波，进而实现对地物的探测。
微波遥感的优势：
1.微波遥感具有全天时、全天候的的工作能力。雷达遥感不依赖于太阳光，而利用自身发射的电磁波，因此可以昼夜全天时工作；微波对大气衰减小，能在任何气候条件下全天候工作。
2.微波具有很强的穿透能力。不仅能够穿云破雾，而且能够穿透一定厚度植被、土壤、冰雪等，提供部分地表以下的信息。
3.主动微波遥感(SAR)记录电磁波的后向散射强度(振幅)、极化、相位(是干涉测量的基础)三方面的信息。
4.对地表粗超度、地物几何形状、介电性质(土壤水分)敏感。
5.可获得多波段、多极化、多角度的散射特征。
6.主动微波遥感(SAR)可用于精确定位、测距；且不依赖于距离，获得高空间分辨率的数据。
角反射器效应：若表面由两个或者三个相互垂直的镜状反射面组成.
微波在上述情况下可以产生多次散射，增强后向散射能量。
两个角反射使雷达图像上出现相应于两平面交线的一条亮线；而三面角反射使雷达图像上出现一个相应与三个面交点的亮点。
散射截面：指散射波的全功率与入射功率密度之比，用有效散射面积表示，单位为平方米，它不等于几何面积，而实波长或频率的函数，即表示雷达目标截获并散射入射能量的能力，是散射传输的重要参数。
散射系数：指单位面积上雷达的反射率，或单位面积上的雷达散射截面。它是入射电磁波与地面目标相互作用的结果的度量。
雷达散射系数：又称后向散射系数，是指入射方向目标单位面积的雷达反射率，表示入射方向上散射强度的参数或目标单位面积的平均雷达散射截面。目标的雷达散射系数也可以看作单位截面、反射率、方向性三个要素的结合。它除了与雷达系统参数(入射角、频率、极化方式)有关外，主要取决于物体的负介电常数、表面粗糙度、几何特性等。
微波在介质内传播过程中，会引起能量的衰减。穿透深度或趋肤深度是指电磁波在介质内部传播过程中，其强度衰减到在介质表面强度的37%时的深度。穿透深度与介质的电学性质和波长有关。
微波为什么能穿透云层？
1.微波的大气散射
根据瑞利散射的原理，散射波的强度与波长的四次方成反比。微波的波长比可见光-红外波长要长的多，则它的散射要比可见光-红外小得多。
2.微波的大气吸收
大气对微波的吸收主要是氧分子和水汽所致。微波的工作波段中除了个别吸收波段外，大气透过率多在95%以上。
3.微波的大气衰减
尽管在微波遥感的工作范围内，只要不处于微波的大气吸收波段，大气对微波的吸收与散射作用就很小，一般情况下大气对微波的传输的影响几乎可以忽略不计。
雷达成像原理：
一个雷达的成像系统基本包含发射器、雷达天线、接收器、记录器四个部分。
1.由脉冲发射器产生高功率的调频信号，经发射器以一定的时间间隔反复发射具有特定波长的微波脉冲。
2.通过反射天线向飞行器的一侧沿扇状波束宽度发射雷达信号与飞行方向垂直的狭长地面条带，此波束在方位向上很窄在距离方向上很宽
3.借助雷达发射/接收开关，再通过天线接收地面返回的能量
4.接收器将接收的能量处理成一种振幅/时间视频信号
5.这种信号再通过胶片记录仪产生图像。
但是这种数字胶片必须经过光学相干处理进行参数转换，方能重建雷达图像
雷达方程：雷达方程是描述由雷达天线接收到的回波功率与雷达系统参数及目标散射特征的关系的数学表达式。雷达天线发射的是以天线为中心的球面波，地面目标反射的回波也是以地物目标为中心的球面波。
复介电常数：描述物体表面的电学性质，是由物质组成及温度决定，是温度波长的函数。
复介电常数是由表示介电常数的实部和表示能量衰减的虚部组成的复数常数。
复介电常数直接影响了物体对电磁能量的反射。介电常数越大，回波强度越强，雷达图像上色调越浅。
雷达图像可以获得高分辨率的雷达图像的原因
1.雷达图像以时间序列记录数据。
2.地物目标对微波的散射性能较好。
3.除了个别特定频率波段对水汽和氧分子的吸收外，大气对微波的散射和吸收均较小，微波通过大气的衰减量小。
距离分辨率：指沿距离向可以分辨两点之间的最小距离。
方位分辨率：又称航向分辨率，是指沿一条航线方向可以分辨的两点之间的距离。
雷达图像的几何特征：
1.斜距图像的比例失真
雷达侧视带状成像，发射脉冲与接收回波之间有个时间滞后，雷达的回波信号的间隔与相邻地面特征的斜距成正比。因而，再斜距图像上各目标点的相对距离与目标间的地面实际距离并不保持恒定的比例关系，图像产生不均匀畸变。
2.透视收缩
指雷达图像上雷达面向雷达波束的坡面被明显压缩的现象。由于雷达按时间序列记录回波信号，因而入射角和地面坡角的不同组合，使其出现不同程度的透视收缩现象。
3.叠掩现象
雷达是一个测距系统。发射脉冲的曲率使近目标点的回波先到达，使远目标点的回波后达到，在雷达图像上则产生顶底倒置的现象。
4.阴影
雷达阴影及雷达波束对地面倾斜照射，在山脉、高大目标的背面因接收不到雷达信号，因而产生雷达阴影，在图像上呈暗区。
干涉雷达：指采用干涉测量技术的合成孔径雷达，也有称双天线SAR或相干SAR。它通过两条侧视天线同时对目标进行观测，或一定时间间隔的两次平行观测，来获得地面同一区域两次成像的复图像对。由于目标与两天线的的几何关系，地面与回波信号形成相位差信号，经两个复图像的复相关形成干涉纹图。
***以上内容参考《遥感应用分析原理与方法》 赵英时 第二版