微波遥感考点整理

1、成像雷达系统双基雷达：发射与接收由不同天线完成；单基雷达：发射与接收共用一个天线。雷达成像几何：微波传感器，又称雷达天线，主要包括：发射器和接收器，装载在飞行器或安置在固定位置。在飞行器飞行过程中，天线将微波能量侧向辐射；微波以脉冲束向地球表面辐射；发射微波经地物散射(scattering)后被接受天线接收，接收信号经模-数转换，最终以图像格式被记录。成像几何的一些概念：斜距方向：微波束传播方向。地距方向：地面上与飞行器飞行方向垂直的方向。方位方向：飞行器飞行方向。幅宽：在地距方向上，微波束照亮地球表面的宽度。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。天线覆盖区：天线

2、波束射到地面的覆盖区。视角：天线到地面的垂线与斜距方向的夹角。入射角：入射波与地面点的法线的夹角星下点：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。飞行器速度v。距分辨率：雷达系统分辨两个相邻的地面点的能力。如果说地面点A、B是可分辨，它们的返回脉冲是可分辨的，即返回脉冲在时间上没有重叠。设Ar是地面点A、B在斜距方向的距离差，则两者返回脉冲的时间差为：At=2Ar*cA-1,其中，c为光速。能够分辨返回脉冲A和和B的时间差下限是：At=。，其中，。为脉冲宽度。CT_rr=m-;斜距分辨率：'2地距分辨率：2sinf?关于距分辨率当

3、。=0,地距分辨率rg无穷大一采用侧雷达的原因；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0有关。近地距处的分辨率低于远地距处的分辨率;距分辨率与辐射脉冲宽度成正比；单一接收器难于实现双侧探测。改善地距分辨率理论上，增大入射角0能够提高地距分辨率。入射角由搭载平台的空间位置和景物地形地貌决定。实际上，很难通过改变入射角改善地距分辨率。能够提高地距分辨率。降低脉冲宽度（t）,可以显著改善地距分辨率。由此带来的问题：丁It辐射能量Jt雷达系统灵敏度保持相当的辐射能量tATt电子系统琲以实现.脉冲压缩发射调频宽脉冲，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

4、射线性调频脉冲的副本经相关器压缩成窄脉冲。压缩的窄脉冲的宽度远远小于发射脉冲的宽度。改善的距分辨率斜距分辨率：CTCr=2地距分辨率：CTC&_2sin6»-2fisin6»解决了发射功率与提高地距分辨率的矛盾。脓冲上缩实例X调频率：q=1（PHz/sL脉冲宽度：=l调制脉冲的频带宽度：B=10NHzk脉冲压缩比：l（P.压缩脉冲宽度：r=10=102方位分辨率雷达天线沿飞行方向的宽度为la,沿该方向的波束张角：®无乙在斜距距离为R0处的地面点，天线覆盖区沿方位方向的宽度为:ra决定了方位分辨率。如，地面目标A和C的返回脉冲为同一脉冲，因此不可分辨；A和和

5、D返回脉冲为两个不同的脉冲；A和B为在方位方向、R0处可分辨的距离最近的两个地面目标，即刚好返回两个不同的脉冲。ra与R0有关，一ra与搭载平台的飞行高度h有关。ra与与R0有关，一ra与地面目标距星下点的距离rA有关一从近距点到远距点，方位分辨率逐渐降低。合成孔径雷达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。 分析过程;天线发射连续的正弦信号T由于多普勒效应和有限的信号作用时间T天线接收调频脉冲T经脉冲压缩T获得短时脉冲T决定方位分辨率. 实际上*天线发射调频脉冲信号（Chirp）t天线接收反射的diirp

6、信号f压缩接收的thirp信号为窄>in脉冲,其中心辅率为4T天线移动诱导的薮率调制（chirpinG代表施加在压缩的窄前ik脉冲的这些频率的多普勒频移 典型的发射chirp脉冲量复频率为舒如过前悄说如果天线'观测'目标的持续时间为3s,4MD个喊冲被目标反射并被图像接收T这些返回&lrp脉冲被压缩后形成卒sine脓冲f可以看着连续信号的有限时间采样.脉冲频率约束频率妁束：<prf<2Ssin8极限条件工=2-sin0天线妁束*H>4四皿6的丽地area之幽应2v实际妁束工j=2N3s雷达干涉与光学成像不同，在雷达成像中雷达天线不仅可以记录来自地

7、物反向散射信号的幅度，而且还可以记录其相位。相位的测量使得利用干涉测量法进行地形绘制成为可能。通过比较在同一地区成像的两幅雷达图像的相位，得到对应像素的相位差，从而估计该像素在三维空间的相对位置，进而估算其所对应地面点的位置：纬度，经度以及海拔高度。</(4)/</,(</(协)x(4®/d/r)=4ffcos0/27?osin6其中夕为基线.用正交基线怎=6cos。表示：d(A"dh4血/川?国n84n/fLcos0/AJhinO ERS-SAR:H=780km,X=0.056m,8=23。B=250in朔dh=0.169rad/m2万相位差相应于大约3

8、7米的高程差。 干涉相位因子(InterferometricPhaseFactor)a”=/r/d(A，) 给定点(mj。的高程(Elevation)j)=az2'+constant相位缠绕和相位解缠相位纠缠(Wrapping)严格地讲，干涉图像一般记录“x，F)=6瓦卬(加出的实部，即i(x.j)-|p|2Rccxp(A)-p|2cos(/A尽管由地形起伏诱导的干涉相位差”具有很大的动态范围，但由于正弦函数的周期为2不因此，由干涉图像得到的干涉相位差被限制在0,2加，不能反映真实干涉相位差的变化.ERS-SAR,"=780km.2=0.056m,8=23，B、=250mtd

9、(A削dh=0.169rad/m-»=0，+constant=A/0.169»假设constant=0。从近地距开始有一高74m的斜坡根据A=A，/0.169,该斜坡对应|0.4加的干涉相位差，其中在高程37m处的干涉相位差为2席.由于干涉图像将接收的干涉相位差限制为|0,2加，所以|2照4足的实际干涉相位差被限定为0,2加，这种现象称为相位纠缠(phaseHipping)由于相位纠缠，不可能直接由干涉图像恢复地球表面高程。Bulcfis'6为2。cos?LCRmCAL"/sinH2。cos20方位分辨率：ra=la/2（与入射角及地距距离无关。图像显示基

10、于大小相同的像素，均匀分布在格点上。地球表面细节在近地距部分被压缩为小的解析单元内。在地距方向，当入射角变化很大时（机载成像雷达系统）有很大的影响。近地距压缩特点与光学成像系统不同。光学图像的压缩发生在远地距端。现象在图像的两端。在地距方向各点方位分辨率相同,近地距压缩对雷达图像在视觉上光学成像系统采用双侧扫描，压缩八一Ad-cos'0AH2&_aHBvsin6_JIB禺tan02?;<otdccos10c几何畸变及其校正近地距压缩畸变（通过使用斜距图像校正）地距分辨率：rg=c/2Bsin0（随着入射角的增加，地距方向上分辨率提高。）高塔雷达成像；以天线为中心画同心圆,

11、信号。天线接收塔顶端T的回声雷达图像近地距压缩校正，可以采用数学上入射角补偿或重采用方法。实际上，很难恢复近地距压缩带来的细节丢失。叠掩圆上各点有相同的斜距，在相同时间内返回散射先于底端B的回声。从图像上的塔TB叠这种畸变模式称为叠掩。山坡成像利用同心圆成像原理；前坡被压缩；后坡被拉伸；峰点向天线方向位移；这种畸变称为地形起伏移位畸变。地形起伏移位畸变几何*设视角金前坡角小入射角序&=a+%*当。不变，n越大，顶点位移越大，前俄缩曜越严重CFore勃arfecnin嚣值越小）.当B增大到一定程度时，将会发生叠掩B当。不变,/越4、，顶点位移越大，前坡缩诫述严重.地形起伏移位畸变导致图像

12、亮度的变化;前坡入射角变小，前坡变亮后坡入射角变大，后坡变暗典型地形起伏移位畸变.山区机榔4R图像.寄送液由右向左眼射乐视觉上看山体*倒向”雷达方向.越向近距方向山坡位稗越严卓,图像底部发生量掩.几何畸变及其校正地形起伏移位畸变分析*SFASA1SARffitt：PinaAlnun，uininNorthCarolina-宙达波的视向Chiukdircvliiin）可以由亮坡的位置决定，雷达平台位于垂直于细长亮坡的方位.,雷达平台位于图像的石黄.实际山体可能有几乎时称的两个坡面°但图像中的山体看起来依右方而且更像是悬雇，而左向的山狼更显平缝丁遮蔽（阴影）：雷达图像中遮蔽畸变为不可校正畸

13、变；发生在远地距端，大入射角情况下。地形起伏较小区域的几何校正叠掩畸变、地形起伏移位畸变可以忽略；主要的几何畸变类型包括：近地距压缩畸变，由飞行器飞行高度、航线、飞行姿态变化引起的畸变，地球曲率变化引起的畸变；校正方法：利用有关入射角、入射角在地距方向上的变化等相关知识，选择合适的地面控制点，构造映射多项式进行图像校正；地形起伏较大区域的几何校正由于地形起伏，在雷达图像中造成地面点移向近地端；地距位移：Ar=hcot0,。为入射角，h为起伏高度。在剧烈起伏地区地距位移引起的图像几何畸变尤为强烈。基于数字地形图的几何校正：DTM一找到与像素点匹配的地面点及与之相应的高程一像素高程分布一计算与像素

14、点相应的局部入射角。一Ar=hcot0一重新定位像素位置辐射畸变指遥感传感器在接收来自地物的电磁波辐射能时，电磁波在大气层中传输和传感器测量中受到遥感传感器本身特性、地物光照条件（地形影响和太阳高度角影响）以及大气作用等影响，而导致的遥感传感器测量值与地物实际的光谱辐射率的不一致。雷达图像的辐射畸变主要来自斑点噪声。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）。斑点噪声消除实现线性调频调制信号的傅立叶变换：复信号包含幅度和相位。只考

15、虑幅度分量-频谱。上、下限频率间的幅度变化不大，几乎为常数。上、下限频率差称为带宽。线性调频调制信号与其副本进行相关性操作，得到的压缩脉冲调频调制信号越宽一压缩脉冲的频带越窄一方位分辨率越高。多视技术：将接收线性调频调制信号的频谱分割若干段，每一部分称为一个视。对每个视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。雷达遥感中常见的三种散射机制表面散射：与光学成像中散射机制相似；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；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

16、和散射。体散射：并非对于单一或几个散射体；大量的散射单元对入射微波的综合效应；如树冠、雪地对微波的散射。强目标散射：有多种的强目标散射，角散射和面散；绝大部分的入射能量被反射回雷达天线;如人工建筑、船舶等的散射。表面散射o散射模型漫散射模型:幅射能量以入射角内入轨在以方向的散射系数工疗"/血）=仃：25日3日反向散射附；81反向散射系数为：）=o,JJcos'9其中，鼻。垂直入射时的反向散射系数，与极化无关.微扰模型(SPM=smallperturbationmodel)又称为布拉格模型(Braggmodel)；描述轻度粗糙表面的散射特性口散射系数：6,=0；(。)+d(阴半

17、经验模型(SEM=semi-empinealmodel)：适用于大部分的粗糙衰面情况.建立广义的理论模型，由实验测度投合理论模型中的某些项.VV散射模型*=矍1詈由f+gfk=0；卜_呻-0.附脑厂rldarIIHTW4T4A刑酎金AHfetdonOi为仲冉fit43*P-ebrfidSGkllwiriQ体散射模型体散射建模为由各个散射元组成的随机集合。散射元均匀分布；散射元相互独立；总体来看，散射体的散射行为独立于入射角，并且无镜像散射现象。体散射的去极化去极化：体散射诱导的异向极化。由于散射引起输入辐射的极化矢量的某种程度上的旋转。电磁波照射导电圆柱，假设圆柱足够细。如果电场极化方向与细圆

18、柱垂直，该电场不会在导电圆柱内感应电流。圆柱不会对电场产生影响。如果入射电场的极化方向与细圆柱平行。电场一感应电流一辐射电场一叠加原电场一产生异向极化。如果圆柱足够粗，无论入射电场方向如何都会产生去极化现象；上述分析对绝缘体情况依然成立； 桥面的直接反射f底顶位移(layover)； 双面反射发生于桥和水面i 多次反射：桥T水面T桥f雷达。布拉格散射(Braggscattering)O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。X/反向放射将发生在一些/特定点并且周期排列；丫、两个相邻散射点的斜距!一:距离为X=/sin。，两者«<»»tinjcig的回波相差生詈周期性排列的垂直于入射波的组散