遥感物理基础2

第二章 遥感物理基础n 第一节 电磁波与电磁波谱n 第二节 太阳辐射n 第三节 地球辐射与地物波谱n 第四节 影响地物光谱反射率的因素一、电磁波与电磁波谱1、电磁波波：振动在空间的传播。（ 1） 机械波 :由振源发出的 机械振动 在 弹性媒体 中的传播。电磁波：由振源发出的 电磁振动 在 空间 的传播（ 2） 横波：质点振动方向与波的传播方向相 垂直纵波：质点振动方向与波的传播方向 相同电磁振荡进入空间，变化的磁场激发了变化了的电场，电磁振荡以一定速度在空间中传播，形成电磁波，也称电磁辐射。n 物质的一种，相互依存的电场和磁场的总和n 具有质量、动量、能量，静止质量为 0描述电磁波特性的指标n 波长、频率、振幅、相位等。n 波长：指波在一个振动周期内传播的距离。n 频率：指单位时间内，完成振动或震荡的次数。n 振幅：表示电场震动的强度。n 相位： （位相）表示某物理量随时间或空间位置作正弦变化时，该量在任一时刻或位置状态的一个数值。2、 电磁波的特性n 电磁波是横波，传播速度为 3108 m/s，不需要媒质也能传播，与物质发生作用时会有反射、吸收、透射、散射等，并遵循同一规律 。n 无线电波是 电磁振荡发射 的，其他电磁波则是粒子活动 时发射的。n 1860年麦克斯韦（ C.Maxwell)提出光是电磁波的理论。光在传播时表现出波动性，如光的干涉、衍射、偏振、反射、折射。波动性粒子性1900年 ,普朗克（ Max.Planck)提出了辐射的量子论， 1905年，爱因斯坦（ Albert.Einstein)将量子论用于光电效应之中，提出光子理论。光与物质作用时表现出粒子性，如光的发射、吸收、散射。麦克斯韦（ 1831-1879）普朗克（ 1858-1947）爱因斯坦（ 1879-1955）波动性 粒子性(1)波动性干涉 (Interference) ： 两列或几列 光波在 空间 相遇时相互叠加，在某些区域始终加强，在另一些区域则始终削弱，形成稳定的强弱分布现象。只有两列光波的 频率 相同， 位相差 恒定，振动方向一致的相干 光源 ，才能产生光的干涉。 干涉滤光片等叠加原理 在同一空间有两列波传播时，空间各点的振动就是各列波单独在该点产生的振动的叠加合成。p任何复杂的电磁波都可以分解成许多比较简单的电磁波；p比较简单的电磁波也可以合成为复杂的电磁波。（白光的色散和合成，计算机显示器的工作原理， 混合像元的分解 ）衍射 ： Diffractionn 波在传播中遇到障碍物，在障碍物边缘一些波偏离直线路径进入障碍物后面的 “阴影区 ”的现象。光谱仪的分光器件衍射光强度分布图偏振： Polarization横波 中的特殊现象。电磁波相互垂直的电场和磁场振动方向与传播方向垂直 。传播方向确定后，其振动方向可以是垂直于传播方向（ X轴）的任何方向（即y,z平面内的任一方向）。通常把包含电场振动方向的平面称为偏振面。若振动方向唯一，不随时间而改变，即偏振面方向固定，称线偏振。偏振在微波技术中称为 极化 。（ 2）粒子性：电磁波由密集的 光子微粒 组成，电磁辐射除连续波动状态外还能以 离散 形式存在。实质上是光子微粒流的有规律运动。f . =cE = h fE为能量，单位是 J。h= 6.656075510-34 J/s,称普朗克常数 。能量越大，波长越短，粒子性越强，直线性越强。（ 3）波动性与粒子性的关系连续的波动性和不连续的粒子性 相互排斥 对立，相互联系，在一定条件下相互转化。波 是 粒子流的统计平均；粒子是波的量子化。电磁辐射在传播过程中，主要表现为波动性，在与物质相互作用时，主要表现为粒子性。电磁波长不同，其波动性和粒子性所表现的程度也不同，波长愈短，辐射的粒子性越明显；波长愈长，辐射波动特性愈明显。电磁波具有的信息电磁波的多普勒效应波因辐射源（或者观察者） 相对于传播介质的运动 ，而使观察者接受到的 频率 发生变化，这种现象称为多普勒效应。 波在波源移向观察者时频率变高 ,而在波源远离观察者时频率变低。当观察者移动时也能得到同样的结论。 电磁波多普勒效应，当光源向你运动时，频率也会增加，表现为光的颜色向蓝光方向偏移，即 蓝移 ；而当光源离你而去时，频率会减小，表现为光的颜色会向红光方向偏移，即 红移 。 （合成孔径雷达的工作原理）3、电磁波谱n 把 电磁波按波长的长短 /频率的大小依次排列成的图表，称为电磁波谱。n 电磁波谱从波长短的一侧开始，依此为 射线 、 x射线、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波The Electromagnetic SpectrumMore than meets the eye!以 波长 为界，电磁波区域划分如下：无线电波 1m微波 1mm-1m红外波段 0.76-1000 m可见光 0.38-0.76m紫外波段 10-3 - 3. 8 10-1mX射线 10-6 - 10-3 m射线 10-6 m波长单位 : 微米 1 m =10-3mm=10-4 cm =10-6 m纳米 1nm=10-3 m = 10-7 cm =10-9 m埃 1A=10-4 m 电磁波谱各种电磁波的特点电磁波谱特性不同点：传播方向、穿透性、可见性、颜色不同共 性：传播速度相同遵守相同的反射、折射、透射、吸收和散射定律都是横波，遵循横波的一切特性目前遥感技术所用的电磁波紫外线的一部分 (0.3 m 0.38 m )可见光 (0.38 m 0.76 m )红外线 (0.76 m 1000 m ) 微波 (1mm1m)紫外线 (0.3 m 0.38 m )： 碳酸盐岩、水面飘浮的油膜反射强，用于探测碳酸盐的分布和油污染监测。可见光（ 0.38 m 0.76 m )： 鉴别物质特征的主要波段，采用光学摄影、扫描方式接收和记录地物 可见光的反射特征 。红外线 (0.76 m 1000 m ) ： 近红外 在性质上与可见光相似，主要是地表面反射太阳的红外辐射，又称为反射红外。采用光学摄影、扫描方式接收和记录地物对 太阳辐射的红外反射特征 。遥感常用各光谱段的主要特性：中红外、远红外和超远红外 是产生热感的原因，又称为热红外。红外遥感采用热感应方式探测 地物本身的辐射 （如热污染、火山、森林火灾等），可以进行 全天时 （日夜）遥感。微波 (1mm1m) ： 波长比可见光、红外线长，能穿透云雾而不受天气影响，进行 全天候全天时 的遥感探测。采用 主动或被动 方式成像，对某些物质具有一