遥感电磁辐射基础1PPT学习教案

1、会计学11.1.1 电磁波电磁波波：波：是振动在空间的传播。如声波、水波、地震波等。是振动在空间的传播。如声波、水波、地震波等。 机械波：振动的是弹性媒质中质点的位移矢量。机械波：振动的是弹性媒质中质点的位移矢量。电磁波：电场矢量和磁场矢量在空间的传播。电磁波：电场矢量和磁场矢量在空间的传播。18871887年由赫兹试验证实年由赫兹试验证实第1页/共39页第2页/共39页牛顿的微粒说牛顿的微粒说 光是由发光物体发出的遵循光是由发光物体发出的遵循力学规律的粒子流。力学规律的粒子流。惠更斯的波动说惠更斯的波动说光是机械波，在弹性介质光是机械波，在弹性介质“以太以太”中传播。中传播。光的两种学说光的

2、两种学说第3页/共39页四、光的本性四、光的本性 光的电磁理论光的电磁理论波动性波动性 干涉、衍射、偏振干涉、衍射、偏振 光的量子理论光的量子理论粒子性粒子性 黑体辐射、光电效应、康普顿效应黑体辐射、光电效应、康普顿效应光是电磁波，具有波动和粒子的两重性质光是电磁波，具有波动和粒子的两重性质，称为波粒二象性。，称为波粒二象性。第4页/共39页1 1） 不需要传播介质不需要传播介质 2 2） 横横 波波 3 3） 波动性波动性 4 4） 粒子性粒子性 5 5） 叠加原理叠加原理 6 6） 相干性和非相干性相干性和非相干性 7） 衍射和偏振衍射和偏振 （遥感器的几何图象分辨率，波长越（遥感器的几何

3、图象分辨率，波长越 长，偏振现象越显著，偏振和雷达成像）长，偏振现象越显著，偏振和雷达成像）8 8）多谱勒效应）多谱勒效应 （合成孔径侧视雷达）（合成孔径侧视雷达） 第5页/共39页/hchvE/hP 动量：P能量：Eh : 普朗克常数，普朗克常数，6.62607551034 J sc : 光速；光速； v : 频率频率 能量和动量是粒子属性，频率和波长是波动属性。能量和动量是粒子属性，频率和波长是波动属性。Y Y射线、射线、X X射线、紫外线；可见光，红外线；微波和无线电波。射线、紫外线；可见光，红外线；微波和无线电波。第6页/共39页p当两列波在同一空间传当两列波在同一空间传播时，空间上各

4、点的振动播时，空间上各点的振动为各列波单独振动的合成。为各列波单独振动的合成。p任何复杂的电磁波都可任何复杂的电磁波都可以分解成许多比较简单的以分解成许多比较简单的电磁波；电磁波；p比较简单的电磁波也可比较简单的电磁波也可以合成为复杂的电磁波。以合成为复杂的电磁波。（白光的色散和合成，计算机显（白光的色散和合成，计算机显示器的工作原理，示器的工作原理， 混合像元的混合像元的分解分解 ）第7页/共39页电磁波遇到有限大小的障碍物时，能够绕过障碍物而电磁波遇到有限大小的障碍物时，能够绕过障碍物而弯曲地向障碍物地后面传播。把这种通过障碍物边缘弯曲地向障碍物地后面传播。把这种通过障碍物边缘改变传播方向

5、地现象，称为电磁波的衍射。改变传播方向地现象，称为电磁波的衍射。设计遥感器的空设计遥感器的空间分辨率具有重间分辨率具有重要意义。要意义。最小分辨角最小分辨角:d22.10d 物镜的有效孔径物镜的有效孔径 第8页/共39页电磁波遇到电磁波遇到“狭缝狭缝”的障碍物时，能够通的障碍物时，能够通过狭缝地振动分量，称为电磁破的偏振。过狭缝地振动分量，称为电磁破的偏振。非偏振光，偏振光，部分偏振非偏振光，偏振光，部分偏振第9页/共39页电磁波因辐射源（或者观察者）运动，而使观察者接电磁波因辐射源（或者观察者）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。受到的频率发生变化，这种现象称为多普

6、勒效应。 声波的多普勒效应（火车开来和远离时汽笛声音变声波的多普勒效应（火车开来和远离时汽笛声音变化）。化）。雷达测速雷达测速合成孔径雷达的工作原理合成孔径雷达的工作原理第10页/共39页 波函数由振幅和位相组成，一般遥感器仅仅记录电磁波函数由振幅和位相组成，一般遥感器仅仅记录电磁波的振幅信息，丢失位相信息。波的振幅信息，丢失位相信息。全息摄影中，同时记录了振幅信息和位相信息。全息摄影中，同时记录了振幅信息和位相信息。 )sin(kxtA第11页/共39页第12页/共39页第13页/共39页物体物体第14页/共39页辐亮度辐亮度L L与观测角与观测角无关的辐射源为朗伯源体无关的辐射源为朗伯源体

7、辐射源辐射源第15页/共39页立体角立体角一个半径为一个半径为r的的球面，从球心向球面做任意形状的的球面，从球心向球面做任意形状的锥面，锥面与球面相交的面积为的锥面，锥面与球面相交的面积为A，则，则A/r2就是就是此锥面的立体角。一般用符号此锥面的立体角。一般用符号表示，单位为球面表示，单位为球面度度sr。一个球面的面积为一个球面的面积为4第16页/共39页AcosAcos第17页/共39页第18页/共39页第19页/共39页第20页/共39页M M、L L、I I之间的关系之间的关系M M：辐射出射（通量密）度：辐射出射（通量密）度：L L：辐射亮度：辐射亮度：I I：辐射强度：辐射强度：l

8、L与与I之间的关系：之间的关系：L=lL与与M之间的关系：之间的关系：M=2L()cosdM=L2cosd 第21页/共39页E接收辐射、接收辐射、M发射、发射、I点源，点源，L面源面源第22页/共39页定义：按照电磁波的波长（频率的大小）长短，依次排定义：按照电磁波的波长（频率的大小）长短，依次排列成的图表，称为电磁波谱。列成的图表，称为电磁波谱。 第23页/共39页第24页/共39页不同波长电磁波不同点：不同波长电磁波不同点：产生机理不同、产生机理不同、穿透性、穿透性、可见性（颜色不同）可见性（颜色不同）共性：共性：传播速度相同传播速度相同 遵守相同的反射、折射、透射、吸收和散射定律遵守相

9、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都是横波，遵循横波的一切特性第25页/共39页2.1 黑体辐射黑体辐射2.2 黑体辐射定律黑体辐射定律2.3一般辐射体和发射率一般辐射体和发射率2.4 基尔霍夫定律基尔霍夫定律第26页/共39页黑体：对任何波长的辐射，反射率和透射率都等于黑体：对任何波长的辐射，反射率和透射率都等于0。黑体是一种理想的吸收体，自然界没有真正的黑体。黑体是一种理想的吸收体，自然界没有真正的黑体。 人工制造的接近黑体的吸收体人工制造的接近黑体的吸收体第27页/共39页2.2.1 普朗克公式普朗克公式2.2.2 斯蒂芬玻尔兹曼定律斯蒂芬玻尔兹曼定律2.

10、2.3 维恩位移定律维恩位移定律第28页/共39页描述描述黑体辐射通量密度黑体辐射通量密度与与温度温度、波长波长分布的关系。分布的关系。) 1(2),(5kThc2bechTMh: 普朗克常数普朗克常数6.6260755*10-34 Ws2k: 玻尔兹曼常数，玻尔兹曼常数，k=1.380658*10-23 WsK K-1-1 c: 光速光速; : 波长（波长（m）; T: 绝对温度（绝对温度（K） 第29页/共39页变化特点：变化特点：(1) 辐射通量密度辐射通量密度随波长连续变化，随波长连续变化，只有一个最大值；只有一个最大值；(2) 温度越高，辐温度越高，辐射通量密度越大，射通量密度越大，

11、不同温度的曲线不同温度的曲线不相交；不相交；(3) 随温度升高，随温度升高，辐射最大值向短辐射最大值向短波方向移动。波方向移动。第30页/共39页对普朗克定律在全波段内积分，得到斯蒂芬玻尔兹曼对普朗克定律在全波段内积分，得到斯蒂芬玻尔兹曼定律。定律。辐射通量密度随温度增加而迅速增加，与温度的辐射通量密度随温度增加而迅速增加，与温度的4次方次方成正比。成正比。含义？含义？TbW4: 斯蒂芬玻尔兹曼常数，斯蒂芬玻尔兹曼常数，5.66970.00297）1012 Wcm-2K-4 红外装置测试温度的理论根据。红外装置测试温度的理论根据。第31页/共39页bT maxb : 常数，常数，2897.80

12、.4 m K高温物体发射较短的电磁波，低温物体发射较长的电磁波。高温物体发射较短的电磁波，低温物体发射较长的电磁波。常温（如地表常温（如地表300K左右，发射电磁波的峰值波长左右，发射电磁波的峰值波长9.66m ）针对要探测的目标，选择最佳的遥感波段和传感器。针对要探测的目标，选择最佳的遥感波段和传感器。第32页/共39页对于一般物体而言，需要引入发射率（热辐射率、比对于一般物体而言，需要引入发射率（热辐射率、比辐射率），表明物体的发射本领。辐射率），表明物体的发射本领。),(),(),(TMTMTb非黑体的辐射通量密度与同一温度下黑体辐射通量密度的比值。非黑体的辐射通量密度与同一温度下黑体辐

13、射通量密度的比值。发射率与物质种类、表面状态、温度等有关，还与波长有关。发射率与物质种类、表面状态、温度等有关，还与波长有关。按照发射率与波长的关系，辐射源可以分为：按照发射率与波长的关系，辐射源可以分为：1）黑体）黑体2）灰体）灰体3）选择性辐射体）选择性辐射体 第33页/共39页第34页/共39页在给定温度下，任何地物的辐射通量密度在给定温度下，任何地物的辐射通量密度W与与吸收率吸收率之之比是常数，即等于同温度下黑体的辐射通量密度。比是常数，即等于同温度下黑体的辐射通量密度。在给定在给定温度下，任何物体的温度下，任何物体的吸收率吸收率等于等于辐射通量密度辐射通量密度W与同温度下黑体辐射通量密度与同