遥感物理电磁辐射源

1、电磁辐射源一、热辐射二、太阳辐射源三、地球辐射源四、人工辐射源一 热辐射概念基尔霍夫定律普朗克公式史蒂芬玻尔兹曼公式维恩位移定律概念热辐射：自然界中一切物体。当温度高于绝对零度 （-273）时，都会不断向四周空间辐射电磁波，这种现象称为热辐射。热辐射能量的大小及波长分布取决于物体本身的温度。吸收系数：物体吸收能量与入射总能量之比。黑体绝对黑体任何温度、频率和波长条件下吸收系数恒等于1 的物体称为“绝对黑体”，简称黑体。对于黑体，有：显然，黑体的反射率和透射率均为0：灰体：各波长吸收率近似为一小于1的常数的物体普朗克公式：绝对黑体在波长为，绝对温度为T时的辐射通量密度为式中：C3 1010 cm

2、 /秒，光速；h6.625610-34瓦.秒2，普适恒量；K1.38 10-23瓦.秒.K-,玻尔兹曼常数；波长；T绝对温度;史蒂芬玻尔兹曼公式对普朗克公积分得：式中：0(T) 绝对温度时，黑体单位时间和单位面积上发出的总辐射能; =（5.6697 ,为史蒂芬玻尔兹曼常数;T绝对温度.上式可见：绝对黑体表面上，单位面积发出的总辐射能与绝对温度的四次方成正比，对于一般物体可用上式概略推算出总辐射能与绝对温度的关系维恩位移定律对普朗克公式 微分后求极大植，即得出黑体具有最大辐射能的波长（ m ）与其对应绝对温度（T）的关系式为:上式说明：黑体的绝对温度增高时，它辐射能最大的波段向短波方向移动。据此

3、可对特定的目标选择红外遥感的最佳波段。基尔霍夫定律基尔霍夫发现：任何物体在任一给定的温度和波长条件下，它的辐射通量密度和吸收系数之比是一个常数，并且等于同一温度波长下，绝对黑体的辐射通量密度。由此可见：任何物体在给定温度条件下，在某一波长处的发射系数数值上等于相同条件下的吸收系数基尔霍夫定律定义物体的辐射能力与黑体辐射能力之比为物体的比辐射率或发射率，即：故有：即物体的吸收率就是它的比发射率基尔霍夫定律一个好的吸收体也是一个好的发射体。温度相同的两物体，对于某波长的的辐射，如果甲比乙吸收得多，则甲比乙发射得也多物体不吸收某波长的辐射，也就不发射该波长的辐射一般物体的热辐射出射度小于同温度的绝对

4、黑体的辐射出射度二、太阳辐射源（一）、概述（二）、太阳辐射能量组成（三）、太阳辐射在大气中的损耗（四）、太阳辐射与日地距离的关系（五）、太阳辐射与天顶角的关系（一）概述是地球环境中，最强大天然电磁辐射源 ，是当前航天、航空可见光及近红外遥感的主要辐射源是一个表面温度约5900K的炽热发光球体。太阳是地球上除核能外一切有用能量的源泉地球距太阳1.5亿KM，太阳辐射能经500 秒方到达地球，地球反接收太阳辐射能约二十二亿分之一。太阳辐射是一种十分复杂的连续电波光谱，从波长10-4或更短的X射线延伸到大于100m的无线电波，但辐射能主要集中在0.31-5.6um波段内。(二) 太阳辐射与太阳光谱1

5、太阳电磁辐射强度用太阳常数表示。太阳常数：日地距离等于地球平均半径时，大气层顶部平均日地距离处，垂直于太阳入射光线的单位面积上，单位时间内接收到的太阳辐射的总能量.太阳常数=135.3毫瓦/厘米2=1352w/m2太阳辐射太阳发射的电磁辐射在地球大气顶层随波长的分布称为太阳光谱。极大值位于0.47m，维恩位移定律maxT=2.897810-3mK，色温Tsun?8/11Wiens displacement law夫琅和费(Fraunhofer)吸收线（三）太阳辐射能量的组成PART ONE（四）太阳辐射在大气中的损耗大气及其它成份反射：30%大气吸收：17%大气散射：22%到达地面: 31%地

6、 球太阳大气层（五）太阳辐射与日地距离的关系地球公转轨道为椭圆形；太阳辐射能（太阳常数）是在平均日地距离的情况下测得，故任一时刻的太阳辐射能需考虑日地距离的变化大气层外太阳辐照度： 为太阳辐亮度， 为日地距离任一时刻太阳辐照度： 为太阳常数， 为平均日地距离 可从天文年历中查获出（在应用时取其倒数）太阳常数也随太阳活动的强弱而稍有变化，由于变化很小，一般应用时不予考虑。（五）太阳辐射与天顶角的关系地面太阳辐照度与天顶角的关系为：三、自然辐射源地球 地球电磁辐射的特性 与太阳辐射的相互作用 地球电磁辐射的特性地球是地学遥感探测的对象，又是目前远红外遥感的主要辐射源。地球电磁辐射的特性:地球辐射接

7、近于温度为300K的黑体辐射，其电磁辐射的波长范围为：2.5-50m，最大辐射对应的波长为9.66m，属于远红外波段。大部分能量集中在8-14 m的范围内。与太阳辐射的相互作用地球辐射曲线与太阳辐射曲线在5.5 m处相交，3m处地球辐射减弱至接近于0，6m处，太阳辐射减至接近于0。与太阳辐射相互作用波长0.3-3m，即紫外、可见光和近红外波段，地表主要的辐射是反射太阳辐射，地球自身的辐射几乎可以忽略不计。波长3-6m中红外波段，太阳与地球辐射均不能忽略.进行该波段的红外遥感时，常选择在清晨时分，以减少太阳辐射影响。波长6m的热红外波段，主要是地表物体自身的热辐射，太阳辐射的影响几乎可以忽略不计

8、。人工辐射源人工辐射源：指能人为发射具有一定波长的电磁波束的发射装置。目前主要有微波辐射源和激光辐射源。主动式遥感采用人工辐射源。工作时向地表发射电磁波束而接收其反射回波，并据其反射信号强弱探知地物性质或测距。又称雷达探测。人工辐射源微波辐射源微波遥感中常用的波段为0.830cm，其探测波段与相应频率如表：波段名称频率(10MHz)波长(cm)PLSCXKuKKaQVW0.225 0.390.39 1.551.55 3.93.9 5.755.75 10.910.9 1818 26.526.5 4040 4646 5656 100133 76.976.9 19.419.4 7.697.69 5.

9、215.21 2.752.75 1.671.67 1.131.13 0.830.83 0.630.63 0.530.53 0.3微波遥感特点微波属无线电波中波长最短的部分，频率高，可用频带宽，信息容量大。微波具有似光性，即传播特性与光相似。微波遥感具有全天候全天时探测能力。（主动式传感器不依靠太阳辐射；波长长，受大气干扰小）。微波对某些物质具有一定的穿透能力，如植被、冰、雪、土壤。某些物质的光谱在微波波段有较大的差异，因此一些物体在微波遥感中容易区别。人工辐射源激光辐射源光谱：短波可至0.24m以下，长波可达1000m，甚至微波，激光器发射光谱的波长范围较宽。输出功率：低者几微瓦，高者可达几兆

10、瓦以上。激光的方向性好，光细、发散面非常小，能产生极高分辨率的图像。高亮度：可比太阳亮度高几十亿倍。单色性好。用途日益广泛，如激光雷达，可精确测定卫星的位置、高度和速度，测量地形、海浪情况，监测污染等。微波辐射源属无线电波中波长最短的部分，这种高频电磁震荡主要由微波谐振器产生。 用于主动遥感之中，辐射直接安装在传感器里，产生所需波长和功率的电磁辐射。如侧视雷达系统中心微波脉冲发生器，激光雷达中使用的脉冲输出激光器等.微波特点：1)似光性，传播特性与光相似2)频率高，可用频带宽，信息容量大3)具有一定的穿透性：如3.2cm的微波束可穿透4000m厚的云层，只衰减1dB，大气影响可忽略不计，可穿透干沙土几十米，可穿透冰层上百米。如：撒哈拉沙漠几十米下的古大陆，微波遥感受发现4)可以精确测距2、激光辐射源60年代发