微波遥感复习题

1、第一章1. 微波遥感的微波波段：频率范围：300MHz 40GHz；波长范围：1m 0.75cm.。太阳辐射微波小于地球辐射 微波。地球辐射微波：100MHz 10GHz：3 nWm-2，100MHz 1GHZ：29 pWm-2。有鉴于 此，微波遥感多为主动遥感。2.微波遥感的特点：由于微波的波长较长，能穿透云、雾而不受天气影响，所以能进行全天时全天候的遥感探测。微波对某些物质具有一定的穿透能力，能直接透过植被、冰雪、土壤等表层覆盖物。因此广覆盖。全天候、全气候、广覆盖。3.微博遥感中较多应用相同相位、微小频率差的干涉。第二章1.成像几何的一些概念斜距方向：微波束传播方向。地距方向：地面上与飞

2、行器飞行方向垂直的方向。 方位方向：飞行器飞行方向。天线覆盖区：天线波束射到地面的覆盖区。幅宽 ：在地距方向上，微波束照亮地球表面的宽度。天线覆盖区在地距方向的 宽度。近地距线 ：幅宽最接近地面轨迹的边。远地距线：幅宽最远离地面轨迹的边。视角：天线到地面的垂线与斜距方向的夹角q。（技术参数）入射角：入射线与地面点的法线 的夹角q。入射角越小地面起伏越大，反射越强图像上越亮星下点：飞行器在地面的垂直投影点。卫星高度：飞行器离开地面的高度 H。 天线尺度：方位长度 la 和垂直长度 lv。方位长度平行与飞行方向，垂直长度垂直与飞行方向。2. 距分辨率：雷达系统在距方向上分辨两个相邻目标点的能力，即

3、返回脉冲在时间上没有重叠3.斜距分辨率: = 地距分辨率: =关于距分辨率：当q = 0，地距分辨率 rg 无穷大 ® 采用侧视 雷达的原因；地距和斜距分辨率均与搭载平台的飞行高度 H 无关；地距分辨率与入射角q 有关。近地距 处的分辨率低于远地距处的分辨率。4. 脉冲压缩技术（关键技术，提高地距分辨率） 知道过程发射调频宽脉冲，其频率随时间线性变化，称为线性调频脉冲；返回的线性调频脉冲与发射线性调频脉冲的副本经相关器压缩成窄脉冲。压缩的窄脉冲宽度远远小于发射脉冲的宽度。解决了发射功率与提高地距分辨率的矛盾。压缩的接收调频信号 µ sinc (Bct)， 其中 Bc = a

4、r-1 为调频带宽，a为压缩比。sinc( x)= 距分辨率：斜距分辨率：=；地距分辨率：= 5. 合成孔径雷达技术：现代雷达遥感的核心技术，旨在提高雷达图像的方位分辨率。利用天线的移动合成一个虚 拟长天线。合成天线的长度（孔径）为实际天线第一次和最后一次探测某一地面点的时 间间隔内实际天线移动的距离。（利用多普勒效应>频带加宽>相关操作（压缩技术）>窄脉冲，现代雷达技术又一关键技术，提高方位分辨率）。6.脉冲频率（pulse repetition frequency = prf）约束雷达脉冲在地球表面投射覆盖区。当微波发射器运动时，形成一系列平行覆盖区。为了能够连续观测地球

5、表面，要求两个相邻的覆盖区在空间上无间断。在方位方向覆盖区宽度等于方位分辨率 ra。设搭载平台的移动速度为 v，发射脉冲周期为T，频率为 f。如两个相邻脉冲无间距，则要求在一个脉冲周期内，搭载平台的移动距离不应该超过 ra，即 T £ ra / v。频率下限： prf min=。为了能够辨识两个实际上相邻的两个返回脉冲，要求前一个发射脉冲在远地距端的返回不应迟于后一个发射脉冲在 进地距端的返回。脉冲频率上限：prf min=频率约束条件：=prf=极限条件：天线约束：lalv=antenna area > 利用多视技术来消除斑点效应。7. 雷达有效反射截面（RCS）：等效面积；

6、与入射雷达波垂直；表征地物 目标对发射微波能量的接收能力；接收的能量或吸收（absorbing）、或反射（reflecting）、 或散射（scattering）；8.雷达方程：雷达天线接收的功率，Pr= 其中= Ar为天线接收增益。9. 10. 极化散射系数：极化是微波遥感中非常重要的参数。对不同极化的入射波，不同地物目标有不同的散射特性。地物目标的散射极化可以不同于入射极化，这种现象称为极化转换定义极化散射系数：0PQ ，其中，P接收信号的极化，Q发射或入射信号的极化。4个相关的极化散射系数，表示为矩阵形式： 其中和成为相关极化分量，和称为协相关极化分量。 一般情况下两个协相关极化分量相差

7、不大，可以认为相等。第三章1.雷达图像几何畸变类型：1）近地距压缩畸变，由侧视雷达的地距分辨率的表达式=可知，随着入射角的增加，地距方向分辨率提高。方位分辨率与入射角及地距无关，即 对不同地距点其方位分辨率相同。一般而言， 图像显示基于具有相同分辨率的像素，均匀分 布在格点上。从而，地球表面的细节在近地距 部分被压缩为小的解析单元（像素）内。2）叠掩：高塔雷达成像：以天线为中心画同心圆，圆上各点有相同的斜距，在相同时间内返回散射信号。天线接收塔顶端 T 的回声先于底端 B 的回声。从图像上看，塔 TB 叠加在 地面特征上，并且塔顶朝向近地距线。这种畸变模式称为叠掩。3）地形起伏移位畸变：山坡成

8、像：利用同心圆成像原理 前坡被压缩，后坡被拉伸，峰点向近地距端位移 这种畸变称为地形起伏移位畸变。另外，地形起伏移位畸变导致图像亮度的变化 前坡入射角变小，前坡变亮；后坡入射 角变大，后坡变暗。4）遮蔽（阴影）：发生在远地距端，大入射角情况下；雷达图像中遮蔽畸变为不可校正畸变。2. 几何畸变的校正1）近地距压缩畸变的校正 斜距图像：使用斜距坐标系统，返回雷达信号可以 形成斜距图像。斜距图像无地距压缩畸变2）地形起伏较小区域的几何校正 叠掩、地形起伏移位畸变可以忽略。校正方法：选择合适的地面控制点，构造映射多项式进行图像校正。校正难点：由于斑点（speckle）效应，使得定位自然的地面控制点比较

9、困难。解决方案：利用人工地面控制点。常用反射器件有：被动、主动校正器。校正器的放置：双面角校正器的垂直面和水平面的交线与搭载平台的飞行方法平行；三面角校正器的放置要求不是高，可以通过灵活组合反射面达到最大反射的目的。主 动 雷 达 校 正 器 ：接收雷达发射信号，经放大后重新发 射，称为转发器。存在的问题：转发器的接收和反射间存在不确定的时间延迟。解决方案：在转发器中增加时间延迟器，使得转发器接收和转发的时间延迟已知，相对于附加的斜距距离。极化主动雷达校正器：可以设计主动雷达校正器，使其接收和发射信号具有不同的极化方式，用来校正 cross-polarized 图像2. 斑点噪声：（雷达图像特

10、有现象）在大多数情况下，像素覆盖很多散射特性各异的散射单元，像素强度为这些散射单元返回 信号的组合。每个散射元返回信号的相位各异，总体来看，组合后的像素强度具有随机性。 因此雷达图像呈现斑点，称为斑点效应（现象、噪声）。（斑点噪声分析）3.辐射畸变的校正：1）斑点噪声消除原理：（两种方法，图像处理与成像技术）对数个独立成像的雷达图像求平均。均值操作使 得模拟图像的动态范围变窄，起到抑制噪声的作用。2）多视技术： 将接收调制（Chirp）信号的频谱分割若干段，每一部分称为一个 look（视）对每 个 look 单独进行相关性操作，得到与其相应 的压缩脉冲并生成子图像。将所有的子图像 平均得到最终

11、的 SAR 图像，称为多视 SAR 图像。多视图像的获得是以牺牲方位分辨率为代价。实际应用中，一般采用 36 look。3）斑点噪声的滤波：均值平滑：构造窗口，或称模板；以像素为中心移动窗口；对窗口覆 盖像素的强度求平均，代替中心像素的强度值。缺点：使边界模糊，高频细节失真。第四章1.雷达遥感中常见的三种散射机制1）表面散射：地球表面或地物目标作为良好的散射界面对入射电磁波的 散射。与光学成像中散射机制相似。对干燥地球表面而言，入射微波能量可能在浅层表面发 生透射、折射和散射。2）体散射：并非对于单一或几个散射体，而是大量的散射单元对入射微 波的综合效应。如树冠对微波的散射。3）强目标散射：如

12、，角散射和面散射。其特点为绝大部分的入射能量被反射回雷达天线。2.透射：透射系数：=1+,=,其中为折射角。透射系数是极化相关，垂直极化与折射角有关。透射深度与含水量量有关，含水量越高透射深度越小，利用透射深度可以估计地物的含水量。3.独立目标的散射：1）分布目标：大面积覆盖的目标，如，农田、森林、土壤等。2）独立目标：离散的或点状的目标，如，建筑、树木等。对城市遥感尤为重要。用雷达截面（RCS）描述独立目标，而非反向散射系数3)小面积散射：平面反射：正对入射雷达波的平面，如屋顶等。对于面积为 a×b m 长方形导电平面，其长、宽远远大于入射雷达波的波长，入射角为 ，则雷达截面为：=

13、4) 双面角反射器:一大类具有垂直面和水平面地面目标的理想模型，如，建筑的墙面、粗大的树干、水面上 的船舶等。双面角反射器的有效截面：反射器尺度大于入射微波波长，入射方向偏离视轴不是很大。5)布拉格散射：在周期性起伏的地球表面的反射。表面起伏的空间波长，入射角。反向散射将发生在一些特定点并且周期排列。布拉格共振：当回波相差为2的整数倍时，回波辐射共振，互相加强。4.海洋表面散射 海浪波从引起海浪的机理上分，海浪波有两大类型：重力波：由分布质量的水体的地心引力为抵抗海风的作用引起。长波长（超过数厘米）。毛细波：由有水分子间的表面张力，为抵抗风的作用引起的水体的波动。有更短的波长。第五章1.雷达干

14、涉：与光学成像不同，在雷达成像中雷达天线不仅可以记录来自地物反向散射信号的幅度，而且还可以记录其相位。可以提供灰度图像。2. 雷达干涉测量：单基线 SAR 干涉测量几何：它是分析干涉雷达，干涉合成孔径雷达的基础。水平放置的雷达 1 和雷达 2，这种组合称为 Interferometer。雷达 1 与雷达 2 的连线 B 称为基线。基线在垂直于从雷达到目标的视线R1方向的投影 B称为正交基线3.相位纠缠：尽管由地形起伏诱导的干涉相位差具有很大的动态范围，但由于正旋函数的周期为 2，因此，由干涉图像得到的干涉相位差被限制在0, 2，不能对于真实干涉相位差的变化，称为相位纠缠。4. 相位解缠从最小干

15、涉相差开始，沿地距方向跟踪干涉相差的变化，并对 2相位跳变进行补偿。右上图为干涉相差图像，其中白色横 线为地距线，以此为例说明相位解缠过程。右中上图为沿上述地距线干涉相差的分布，其中在近地距位置的干涉相差最小、并有 6 处跳变。右中下图为干涉相差的导数，由此得到干涉相差的跳变点。右下图为跳变点经2补偿后的干涉相差，由此计算地球表面高程。实际上从最低高程开始寻找相差变换（进行解缠）实际中最低高程与最小相差不一一对应大的高程变化的回复超过2，图像上观察不出来，利用控制点来解决大的高程变化。5. 干涉类型：斜基线成像、标准模式和乒乓模式、垂迹干涉、沿迹干涉6. 临界基线由公式可知，基线B的大小控制干

16、涉相差随入射角（或地距距离）变化的程度，即基线越大，入射角对于干涉相差的影响就越大，反之依然。下图为 5 个地距方向的像素内在不同基线尺度条件下干涉相差的变化和纠缠情况。可以看 出，在小基线情况下可能经历数个的解析单元（像素）才可能发生 2p 跳变，如基线小于 1000 m。当基线过大时，有可能在一个解析单元内发生干涉相差的 2p 跳变。一般而言某一像素 的干涉相差取该解析单元的中间位置的干涉相差，这样在大基线情况下很难取得合适的像素 干涉相差。因此，允许的极限情况是跨越一个地距解析单元的最大的干涉相差为 2p，对应 的基线为临界基线。实践中，设计工作基线不超过临界基线的 25%。第六章 2. Jones