第四节微波遥感与成像
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在电磁波谱中,波长在1mm到1m的波段范围称为微波。微波遥感是研究微波与地物相互作用机理以及利用微波遥感器获取来自目标地物发射或反射的微波辐射,并进行处理分析与应用的技术。微波遥感分为主动微波遥感与被动微波遥感。微波成像 系统主要以成像雷达为代表,它属于主动微波遥感。
3.4.1 微波遥感的特点

1.具有穿云透雾的能力;2.可以全天候工作;3.对地表面的穿透能力较强;4.具有某些独特的探测能力(海洋参数、土壤水分、地下测量)。

3.4.2 微波遥感方式和传感器
1.非成像传感器
 一般都属于主动遥感系统,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。代表有微波散射计: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。
2.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,主要有微波辐射计、侧视雷达、合成孔径雷达。
(1)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。
(2)真实孔径侧视雷达(Real Aperture Radar,RAR) 孔径(aperture)的原意是光学相机中打开快门的直径。在成像雷达中沿用这个术语,含义变成了雷达天线的尺寸。真实孔径侧视雷达,是按雷达具有的特征来命名的,它表明雷达采用真实长度的天线接收地物后向散射并通过侧视成像。
    侧视成象雷达构像的几何特征 侧视雷达采用斜距投影,它与摄像机中心投影方式完全不同。其构像方程根据侧视雷达工作方式分为以下两种:平面扫描斜距构像方程和圆锥扫描斜距构像方程,由侧视雷达构像方程可知:侧视雷达在方位向和距离向用不同的方法记录影像。在方位向上,当地物目标通过照射波束时,雷达记录一个特征条带;在距离向,雷达测量从飞机到地形目标的距离。在侧视雷达构成的微波影像中,RAR真实孔径雷达分辨率是由成象雷达的斜距分辨率和方位向分辨率决定的,它们分别由脉冲的延迟时间和波束宽度来控制。对于合成孔径雷达来说,微波影像方位向分辨率与波束宽度和多普勒频移的识别精度等有关。这点不同于摄影成象的分辨率与扫描影像的分辨率。
 RAR工作原理 在最简单的实现方法中,距离分辨率是利用发射的脉冲宽度或持续时间来测定的,最窄的脉冲能产生最优的分辨率。在典型的二维微波图像中,距离是沿雷达平台的航迹测量的,雷达通过天线发射微波波束,微波波束的方向是垂直于航线方向,投在一侧形成窄长的一条辐射带。波束遇到地物后发生后向散射,雷达上的接收机通过雷达天线按时间顺序先后接收到后向散射信号,并按次序记录下后向能量的强度,在此基础上计算机算出距离分辨率。方位与距离保持垂直,方位分辨率与波束锐度成正比关系。正如光学系统需要大的透镜或镜像来获得较优分辨率一样,工作在它们极低频率上的雷达也需要较大的天线或孔径来产生高分辨率的微波图像。

(3)合成孔径侧视雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR) 合成孔径雷达就是利用雷达与目标的相对运动把尺寸较小的真实天线孔径用数据处理的方法合成一个较大的等效天线孔径的雷达。合成孔径雷达是对真实孔径侧视雷达(RAR)的技术创新的产物。利用合成孔径替代真实孔径,提高雷达的方位向分辨率。合成孔径的设计思想就是通过一定的信号处理方法,使得合成孔径雷达的等效孔径长度相当于一个很长的真实孔径雷达的天线。由于合成孔径等于目标处于同波束内雷达所行进的距离,因此它是一个虚拟的天线长度,合成孔径雷达提高了方位分辨率。通过合成孔径技术可以提高方位分辨率,但无法解决距离分辨率提高的问题。距离分辨率是根据区分相邻两点之间的回波延时和多普勒频移来实现的。于是RAR和SAR利用线性调频技术,解决时带的矛盾,进而提高距离分辨率。
    目前,加拿大Radarsat 卫星提供的SAR图象已经进入商业运营。Radarsat-1卫星于1995年11月4日发射成功,设计寿命5年,至今仍在正常运行,Radarsat-2计划在近期内发射。卫星高度790~800km,倾角98.5°,太阳同步轨道,雷达采用C波段(波长5.6cm),HH极化,波束入射角在0~60°范围内可调,用户可根据应用要求和地形条件选择合适的角度来获取图像。宽束模式Scan SAR可以降低分辨率而得以频繁地获取同一地区的图像。不同成像模式为用户提供分辨率从10m到100m的图像数据,以便于用户将Radarsat数据与其他传感器数据进行复合。
   
   


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