微波遥感理论与技术基础6

微波遥感理论与技术基础（第六周）,董晓龙国家863计划微波遥感技术实验室中国科学院空间科学与应用研究中心,第五章：微波与物质的相互作用,连续媒质与大气微波与分立目标的相互作用体散射与辐射光滑表面的反射与辐射粗糙表面的散射与辐射周期表面的散射与辐射自然表面的散射与辐射特殊的散射体。,5.5粗糙表面的散射与辐射,概述粗糙的定义粗糙度效应小结,概述,粗糙表面表面粗糙，几何细节可与波长相比二次源非规则分布合成散射场方向图周期性与Bragg散射随机粗糙面,粗糙的定义,粗糙度：表面高度相对平均高度的标准差（均方根）平均高度的范围：波长粗糙的定义：双程相位差足够大；反射波的叠加主要是非相干叠加；相干叠加分量足够小。,Rayleig判据和Fraunhoffer判据,Rayleigh判据Dfp/2Fraunhoffer判据Dfp/8,粗糙度效应,表面散射：相关叠加与非相关叠加。光滑平面：镜面反射相关表面散射。平静水面，机场等。粗糙表面非相关叠加分量占主导地位；去极化效应极化对比度降低；,相关长度与表面斜率,粗糙面散射模型面元模型相关长度表面斜率（均方根斜率）散射面元的性质：大小、角度取向散射场的方向性,粗糙度效应,一般粗糙面散射包括：镜面散射分量和漫散射分量。,当界面为理想平面时，平面波入射形成的反射波的方向和幅度满足Snell定律和Fresnel定理，形成镜面反射；当界面表面具有一定的粗糙度时，散射波向其它方向扩散，散射波有镜面反射方向的相干散射分量和向各个方向散射的漫散射分量构成；当界面是完全的随机深粗糙的Lanbertian表面时，散射波在各个方向的分布没有明显差别，是完全的漫散射。,小结,粗糙面散射决定于入射角；决定于波长度量的表面粗糙度；表面粗糙度参数均方根高度相关长度均方根斜率分形维数,粗糙面散射镜面反射+漫散射浅粗糙：散射功率集中在一个较小的角度范围内（镜面反射方向）深粗糙：散射功率向各个方向发散。,5.6非随机（周期）表面,浅粗糙周期表面：sh1）对于浅水（kH10GHz)具有吸收和散射衰减；通常体积浓度很低，典型值100m冰山：与海冰有明显界面。,海冰,盐度改变介电常数；极冰：冰+空气+盐+盐水+气泡体积比:520%散射特性与冰的类型和年代有很大关系。,一年冰和多年冰（垂直结构）,新冰和一年冰新冰：厚度2m去盐效应，盐度降低损耗小，穿透深度大,裸岩和沙漠,火星和水星探测散射与发射特性：岩石/沙漠与空气的界面岩性与介电常数表面粗糙度；体散射与界面散（反）射,土壤,组成：土壤颗粒水空气随着含水量的增加，散射增加，发射减小；介电常数、损耗与含水量的关系复杂：自由水与束缚水；自由水：er80；束缚水：与土壤颗粒的含量、形状和尺寸有关。,土壤湿度的反演,物理特性与土壤湿度的反演算法湿土：表面特性干土：湿度剖面土壤湿度与表面粗糙度的耦合；主动微波遥感：低端频率（L波段、P波段）多频测量被动微波遥感：对粗糙度敏感度低；利用80GHz以上高频（粗糙度作用不明显，与土壤粒度有关）冻土的测量,植被,模型：树冠树干树冠：树叶、小尺寸，大数目，高层树干：大尺寸，小数目低层探测：高频（C，X，Ku）：树冠散射（随机体散射）为主；低频（L，P，VHF）：树干（有方向性）和地面反/散射为主；,植被的散射模型与测量,体散射，随机散射与统计平均分层模型与多次散射树冠：粒子散射位置、尺寸、密度、取向、电磁特性；树干：圆柱散射，光学近似与射线跟踪；经验模型生物量与散射特性长波长交叉极化测量（体散射贡献）时间变化测量,5.8特殊散射体,角反射器运动目标混合目标,角反射器,两面角与三面角大的散射截面宽的平坦角度范围用于定标,常见定标体的RCS,运动目标,Dopp