搜索
第一章绪论什么是遥感？广义上：泛指一切无接触的远距离探测，实际工作中，只有电磁波探测属于遥感范畴。狭义上：遥感探测地物基本原理：遥感是应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。现代遥感:特指在航天平台上，利用多波段传感器，对地球进行探测、信息处理和应用的技术。电磁波的传输过程遥感技术系统遥感技术系统是实现遥感目的的方法论、设备和技术的总称。遥感技术系统主要有：①遥感平台系统②遥感仪器系统③数据传输和接收系统④用于地面波谱测试和获取定位观测数据的各种地面台站网；⑤数据处理系统。⑥分析应用系统。遥感应用过程1.问题声明(分析问题、假设建模、指定信息需求）2.数据收集（遥感、实地观测）3.数据分析（目视解译、数字图像处理、可视化分析、测试假设）4.信息表达（数据库、误差报告、统计分析、各类图件）遥感的发展趋势高分辨率、定量化、智能化、商业化第二章电磁波及遥感物理基础电磁波、电磁波谱（可见光谱）遥感之所以能够根据收集到的电磁波来判断地物目标和自然现象，是因为一切物体，由于其种类、特征和环境条件的不同，而具有完全不同的电磁波反射或发射辐射特征。电磁波是一种横波。电磁波的几个性质：一般的光探测器或感光材料只对光强度有响应，因而只能感受到光波场的振幅信息，对相位信息则无响应。干涉（interfere）频率相同、振动方向相同、相位差恒定的两列光/波相遇时，使某些地方振动始终加强（显得明亮），或者始终减弱（显得暗淡）的现象，叫光/波的干涉现象。应用：雷达、InSAR衍射（diffraction）光的衍射（Diffraction）指光在传播路径中，遇到障碍物或小孔（狭缝）时，偏离直线绕过障碍物继续传播的现象。偏振（polarization）横波在垂直于波的传播方向上，其振动矢量偏于某些方向的现象。偏振在微波技术中称为“极化”，一般有四种极化方式：HH、VV、HV、VH。应用：偏振摄影和雷达成像太阳辐射（solarradiation）发射（Emission）吸收（Absorption）散射（Scattering）反射（Reflection）电磁光谱：热辐射:物体受热后由于内部原子的复杂运动而对外发射出辐射并向四周传播，这种因热引起的以电磁波的形式发射并传递能量的过程称为热辐射。发射率/比辐射率（据此对辐射源进行分类）发射率（emissivity）：目标物体的辐射量与该物体同温度下的黑体辐射量之比。（光谱辐射比ε）据此对辐射源进行分类：绝对黑体、灰体、选择性辐射体、理想反射体（绝对白体）黑体绝对黑体：对任何波长的电磁辐射都全部吸收。普朗克（Planck）定律斯特藩-波尔兹曼（Stefan-Boltzmann）定律:用此公式概略推算出物体的总辐射能量或绝对温度。应用：热红外遥感。维恩位移定律：黑体的绝对温度增高时，它的辐射峰值波长向短波方向位移。应用：选择遥感器最佳波段特性：曲线互不相交，温度越高，所有波长上的波谱辐射通量密度也越大。在微波波段，黑体的微波辐射亮度与温度的一次方成正比。Radiantflux（辐射通量）、Radiantintensity（辐射强度/发光度）、Radiance（辐射亮度/辐射率）、Irradiance（辐射照度）、Radiantexitance/Radiantemittance（辐射出射度）辐射通量：单位时间内的辐射能量，也称辐射功率Φe（W）辐射强度/发光度：单位立体角的辐射能量Ie（W⋅sr−1）辐射亮度/辐射率：单位投影面积、单位立体角的辐射通量Le（W⋅sr−1⋅m−2）假定有一面源辐射，向外辐射的强度随辐射方向而不同，则在指定方向上，单位立体角内，单位投影面积上的辐射通量，即为辐射亮度。辐射照度：入射到一个表面上的能量，也称入射通量密度Ee（W⋅m−2）辐射出射度：从一个表面上发射出的能量Me（W⋅m−2）辐射温度、亮度温度辐射温度：如果实际物体的总辐射出射度（包括全部波长）与某一温度绝对黑体的总辐射出射度相等，则黑体的温度称为该物体的辐射温度，或等效黑体温度。由于一般物体都不是黑体，其发射率总是小于1的正数，故物体的辐射温度总是小于物体的实际温度，物体的发射率越小，其实际温度与辐射温度的偏离就越大。亮度温度：若实际物体在某一波长下的光辐射度（即光谱辐射亮度）与绝对黑体在同一波长下的光谱辐射度相等，则黑体的温度被称为实际物体在该波长下的亮度温度。简称亮温，可以通过反解普朗克公式获得。辐射温度与亮度温度的区别：辐射温度：所有波长的表征温度。亮度温度：特定波长的表征温度。在微波遥感中常用亮度温度，而在红外遥感中较多的用到辐射温度。太阳辐射光谱的特点1.太阳光谱是连续的；大气上界的辐射特性与黑体基本一致。2.紫外到中红外波段区间能量集中、稳定；遥感主要利用可见光、红外波段等稳定辐射，太阳活动对其没有太大的影响。3.海平面处的太阳辐射照度分布曲线与大气层外的曲线有很大不同，这主要是地球大气层对太阳辐射的吸收和散射造成的。大气对太阳辐射的影响主要有哪些？瑞利散射：主要由大气中的原子和分子，如N2，CO2，O3和O2分子等引起的。米氏散射：主要由大气中的微粒，如烟、尘埃、小水滴及气溶胶等引起。无选择性散射：散射强度与波长无关，即对发生无选择性散射的波段，任何波长的散射强度都相同。由于云雾中水滴直径比可见光波长大很多，所以无论从哪个角度看，云都是白色的。大气对太阳辐射的散射影响自然现象：瑞利散射强度与波长的四次方成反比，因此，波长更短的紫光、蓝光比波长更长的黄光尤其是红光散射更强。结果，使天空呈淡蓝色。实际上是所有可见光经过散射混合的结果，主要是蓝光和绿光。当我们凝视太阳的时候，没有发生散射的波长较长的红光和黄光直接可见，因此，太阳呈微黄色。程辐射大气程辐射：从高空对地面进行探测的传感器，入射进来的除了有地表反射光和地表热辐射的光以外，还包含有在传感器视场内的大气的散射光。这种大气散射光称为大气程辐射。由气体分子和气溶胶的散射光组成的，它们的光谱特性反映了大气的状态。大气窗口0.30~1.15μm大气窗口：这个窗口包括全部可见光波段、部分紫外波段和部分近红外波段，是遥感技术应用最主要的窗口之一。1.3~2.5μm近红外窗口。3.5~5.0μm中红外窗口。8~14μm热红外窗口：透射率为80%左右，属于地物的发射波谱。1.0mm~1m微波窗口。地物的三种反射类型镜面反射（Specularreflection）：当入射能量全部或几乎全部按相反方向反射，且反射角等于入射角，称为镜面反射漫反射（Diffusereflection）：当入射能量在所有方向均匀反射，即入射能量以入射点为中心，在整个半球空间内向四周各向同性的反射能量的现象，称为漫反射。朗伯体：一个完全的漫射体称为朗伯体（Lambertian）。从任何角度观察朗伯体表面，其辐射亮度都相同。判断：若表面相对于入射波长是粗糙的，即当入射波长比地表高度小或比地表组成物质粒度小时，则表面发生漫反射方向反射（Directionalreflection）：反射具有明显的方向性，即方向反射。镜面反射可认为是方向反射的一个特例。植被、水、土壤的光谱特性（会画、会描述）植被光谱特性1.蓝、红波段为吸收带2.绿波段为弱反射带3.近红外波段有强反射带，但含水量造成反射吸收植被光谱特征：可见光波段（0.4~0.76μm）：0.55μm（绿光）处有一个小的反射峰；两侧0.45μm（蓝）和0.67μm（红）则有两个吸收带。这一特征是由于叶绿素对蓝光和红光的吸收作用强，而对绿光的反射作用强造成的。近红外波段（0.7~0.8μm）：有一反射“陡坡”，至1.1μm附近有一峰值，形成植被独有的特征。这是由于植被叶细胞结构的影响，除了吸收和透射的部分而形成的高反射率。中红外波段（1.3~2.5μm）：受绿色植被含水量的影响，吸收率大增，反射率下降，特别以1.45μm、1.95μm和2.7μm为中心形成水的吸收谷。水体光谱特性：蓝、绿波段为反射带近、中红外波段为完全吸收带水体的反射主要在蓝、绿波段，其它波段的吸收都很强，特别到了近红外波段，吸收就更强。因此，在遥感影像上，特别是近红外影像上，水体呈黑色。但当水体中含有其它物质时，反射光谱曲线会发生变化。水中含泥沙时，由于泥沙的散射，可见光波段反射率会增加，峰值出现在黄红区。水中含叶绿素时，近红外波段明显抬升。土壤光谱特性：自然状态下，土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值。通常，土质越细，反射率越高；有机质、含水量越高，反射率越低；此外，土壤类型和肥力也会对反射率产生影响。由于土壤反射光谱曲线呈比较平滑的特征，所以在遥感影像的不同光谱波段上，土壤的亮度区别不明显。第三章遥感平台及运行特点遥感平台的分类（按高度、应用分）mmkmkmkmkmkmkmkm500kmkmk高塔（＜300）地面遥感车船（＜30）观测架（几米）漂浮气球（＜50）气球系留气球（＜5）航空遥感高空飞机（＞15）飞机中空飞机（915）低空飞机（＜9）地球同步卫星（36000）轨道卫星长寿命（5001000）太阳同步卫星短寿命（150）航天遥感载人飞船（＜500）航天飞机（＜300mkm）探空火箭（100650）Landsat、SPOT、CBERS、MODIS系列卫星（轨道类型、回访周期、传感器、相幅大小、波段数、分辨率、系列星发射历史）陆地卫星的轨道特点常见的米/亚米级卫星及其空间分辨率第四章遥感传感器及其成像原理主动遥感、被动遥感主动遥感：先由探测器向目标物发射电磁波，然后接收目标物的回射。被动遥感：不由探测器向目标物发射电磁波，只接收目标物的自身发射和对天然辐射源的反射能量。掸扫式（Whiskbroom）、推扫式（Pushbroomscanner）成像各自的特点掸扫式成像的主要特点：空间扫描通过扫描镜摆动在物方完成，总视场角大、像元配准好、光谱覆盖范围宽（可从可见光到热红外波段）。多用于航空遥感，其原因是飞行速度足够慢。对像元摄像时间短，进一步提高光谱分辨率和辐射灵敏度就比较困难。推扫式特点是：空间扫描由器件的固体扫描完成，像元的摄像时间长，这样系统的灵敏度和空间分辨率均可以得到提高；在可见光波段，由于CCD元件材料技术成熟，集成度高，光谱分辨率可以提高到1-2nm量级。瞬时视场角（InstanteneousFieldOfView，IFOV）空间分辨率、辐射分辨率、光谱分辨率、时间分辨率成像光谱仪雷达、雷达成像仪的工作原理及特点雷达的工作原理：发射机产生脉冲信号，由转换开关控制，经天线向观测地区发射；地物反射脉冲信号，也由转换开关控制进入接收机，接收的信号在显示器上显示，或记录在磁带上。雷达发射机产生足够的电磁能量，经过收发转换开关传送给天线。天线将这些电磁能量辐射至大气中，集中在某一个很窄的方向上形成波束，向前传播。电磁波遇到波束内的目标后，将沿着各个方向产生反射，其中的一部分电磁能量反射回雷达的方向，被雷达天线获取。天线获取的能量经过收发转换开关送到接收机，形成雷达的回波信号。由于在传播过程中电磁波会随着传播距离而衰减，雷达回波信号非常微弱，几乎被噪声所淹没。接收机放大微弱的回波信号，经过信号处理机处理，提取出包含在回波中的信息，送到显示器，显示出目标的距离、方向、速度等。雷达成像仪的特点：主动式遥感、雷达信号（距离、方位、相对速度、反射特性）、穿透特性、全天时、全天候合成孔径雷达、方位分辨率、距离分辨率合成孔径雷达：利用天线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较大的等效天线孔径，从而达到改善空间分辨率的目的。合成孔径雷达的工作过程：用一个小天线作为单个辐射单元，将此单元沿一直线不断移动；在移动中选择若干个位置，在每个位置上发射一个信号，接收相应发射位置的回波信号并记录下来，存储时必须同时保存接收信号的幅度和相位；每个信号由于目标到飞机