海洋微波遥感.doc

中国地质大学
研究生课程论文封面

课程名称遥感图像处理原理及应用
教师姓名高伟
研究生姓名黄永威
研究生学号120080232
研究生专业地图制图学与地理信息工程
所在院系地球科学学院
类别:B.硕士
日期:2009年1月9日

评语
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海洋微波遥感
12080232黄永威地球科学学院
1.微波及微波遥感电磁波谱中，波长在1mm-1m的波段范围称微波，对应频率从300MHz到300GHz，占据了电磁波段的三个数量级。微波比可见光－红外波长要大得多。微波遥感即通过微波传感器获取从目标地物发射或反射的微波辐射，经过判读处理来识别地物及其特性的技术。微波遥感与可见光－红外遥感在技术上有很大差别。可见光－红外遥感用的是光学技术，通过摄影或者扫描来获取信息；而微波遥感要求不同的设备和技术，它使用有源或者无源系统，收集和记录目标、背景在微波波段内的电磁波辐射、散射能量，经信号处理来识别目标物体或现象的有用信息。微波遥感分为主动微波遥感和被动微波遥感两类。主动式微波遥感器，又称有源微波遥感器。主动微波遥感特征是，由微波遥感器发出探测用的微波照射被测目标物体，与被测目标物体相互作用，发生反射、散射或穿透一定深度，然后接收被测目标物体散射的微波信号，通过监测、分析回波信号来确定目标物体的各种特性。常用的主动微波传感器有：真实孔径雷达、合成孔径雷达、雷达高度计和微波散射计。被动式微波遥感器本身不发射电磁波，只接收被测目标、背景辐射的微波能量来探测目标物体特性。被动式微波遥感器，也称无源微波遥感器。常用的被动式微波传感器：微波辐射计。2.水体微波辐射特征海洋的微波辐射取决于两个主要因素：一是海面及一定深度的复介电常数。它反映海水的电学性质，由表层物质组成及温度所决定。海水是由各种盐类、有机质、悬浮粒等组成的复杂水体。从微波辐射角度，海水可视为含NaCl等盐类的导电溶液。海水的介电常数是海水温度、盐度的函数。因而海洋微波遥感可以测得海面及水下一定深度的温度和含盐度等信息。二是海面粗糙度――海面至一定深度内的几何形状结构。从这一角度可将海面分成4类：1）平静海面：海面无风或风速很小，可用物理光学处理，当水面粗糙度较微波波长小得多时，可视为平坦海面，以静面反射为主。2）风浪海面：海面有波浪而成为一个随机起伏得粗糙面。此时电磁波在界面上产生复杂多变的反射和散射，散射回波增强。同时，大风浪海面往往伴有泡沫带（含大量气泡和水滴）。它的特征除与辐射亮度温度有关外，还与海浪谱、海面风速等有关。3）污染海面：一般指油污染等形成两层介质，引起亮度温度的显著差异。油膜使海面趋于平滑，减弱回波强度，而呈黑色。4）冻结海面。海面有海冰、冰山等，由于冰雪的介电常数较水体小，引起亮度温度的明显差异。3.微波遥感特点能全天候、全天时工作可见光遥感只能在白天工作，红外遥感虽可在夜晚工作，但不能穿透云雾。因此，当地表被云层遮盖时，无论是可见光遥感还是红外遥感均无能为力。地球表面有40%-60%的地区常年被云层覆盖，平均日照时间不足一半，尤其是占地表70%的海洋上更是如此。按瑞丽散射原理，散射的强度与波长的四次方成反比。由于微波的波长比红外波要长得多，因而散射要小得多，所以与红外波相比，微波在大气中衰减较少，对云层、雨区的穿透能力较强，基本上不受烟、云、雨、雾的限制。例如，3.2cm波长的微波束穿过4km含有液态水的浓云，其强度只衰减1dB，几乎可以忽略不计。所以说具有全天候、全天时的特点。对某些地物具有特殊的波谱特征许多地物间，微波辐射能力差别较大，对于可见光和红外遥感所不能区别的某些目标物的特性，微波遥感可以较容易地分辨出。例如，在微波波段中，水的比辐射率为0.4,而冰的比辐射率为0.99,在常温下两者的亮度温度相差100k，很容易区别，而在红外波段，水的比辐射率为0.96，冰的比辐射率为0.92,两者相差甚微，不易区别。对冰、雪、森林、土壤等具有一定穿透力该特性可用来探测隐藏在林下的地形、地质构造、军事目标，以及埋藏于地下的工程、矿藏、地下水等。对海洋遥感具有特殊意义微波对海水特别敏感，其波长很适合于海面动态情况（海面风、海浪等）的观测。分辨率较低，但特性明显微波传感器分辨率一般都比较低，这是因为其波长较长，衍射现象较显著。要提高分辨率必须加大天线尺寸。其次，观测精度和取样速度往往不能协调。比起可见光－红外遥感，微波遥感起步较晚。1954年后，美国军方使用了第一台侧视机载雷达（SLAR－Side-lookingAirborneRadar