第四章传感器及其成像原理详解演示文稿

第四章传感器及其成像原理详解演示文稿现在是1页\一共有172页\编辑于星期五优选第四章传感器及其成像原理现在是2页\一共有172页\编辑于星期五第一节传感器的基本组成及工作原理

包括：收集系统、探测系统、信号转换系统、记录系统。1、收集系统--透镜(镜头)反射镜天线

功能—接收电磁波并将其聚焦成像探测系统现在是3页\一共有172页\编辑于星期五

功能：对电磁辐射敏感、能将辐射能转换成电信号的探测器探测元件:光子探测器（量子探测器）

特点：每种器件具有确定的波谱响应范围；如：感光胶片0.3~1.3μmCCD0.4~1.1μm碲镉汞(Hg0.8Cd0.2Te)锗掺汞(Ge:Hg)响应速度快；灵敏度高8~14μm｝

2、探测系统--光电探测器--光电转换现在是4页\一共有172页\编辑于星期五

功能：电光转换--将电信号转换为便于显示、记录、处理的光信号。除感光胶片直接吸收光能，发生光化学作用形成潜影，经显影、定影等化学处理获得影像外，其它探测元件输出的都是电信号。

转换装置:氖灯管或显像管--它们的亮度随电信号的强弱而变化，产生变化的光点通过光机扫描仪成像在胶片上，或经电子扫描在显示器上输出（显示）光学影像。3、信号转换系统现在是5页\一共有172页\编辑于星期五功能:将探测系统或信号转换系统输出的电磁波信息（光信号）记录、存储到遥感信息载体，以影像或数字形式输出。

遥感信息载体：指记录、存储成像遥感器输出信号的介质。

模拟形式--感光胶片、磁带

数字形式--磁盘、光盘……

4、记录系统现在是6页\一共有172页\编辑于星期五摄影方式--感光胶片被景物电磁能激活而产生景物的潜影(指肉眼看不到但客观又存在的潜伏影像)扫描方式--探测器对场景进行扫描，逐点（行、面）以数字形式在磁带上记录景物模拟信号，这种记录是一种经电光转换而能形成直观影像的潜影。记录系统现在是7页\一共有172页\编辑于星期五⑴感光材料:

凡经曝光后发生光化学作用,经过一定的化学或物理方法处理后,能够形成固定影像的各种材料的总称。摄影过程中记录光学影像的媒介和摄影影像的载体感光片—胶片胶卷(透明)像纸(不透明)记录系统现在是8页\一共有172页\编辑于星期五

基本结构

乳剂层

感光剂粘和剂增感剂补加剂

支持体片基纸基

辅助层

结合层保护层背面层

记录系统现在是9页\一共有172页\编辑于星期五感光乳剂:卤化银微晶体(及加入的光谱增感剂、成色剂)和明胶溶液的悬浊液

感光剂--卤化银AgX:AgBrAgClAgI遇光后发生化学变化形成潜影,经显影处理后,已感光的银盐粒子还原成黑色银粒。注:本身只感波长小于0.5μm的蓝、紫、紫外光记录系统现在是10页\一共有172页\编辑于星期五

感色性---感光片对光谱中不同波长光线敏感的程度和范围由乳剂中加入的光谱增感剂的性质决定①色盲片只含AgBr和少量AgI未加光谱增感剂

0.34~0.5μm②正色片在色盲乳剂中加入正（绿）色增感剂

0.34~0.58μm(在0.5~0.52μm处略有下降)③全色片在色盲乳剂中加入多种光谱增感剂

0.34~0.72μm(对0.5~0.52μm的绿光感光度稍低)记录系统现在是11页\一共有172页\编辑于星期五盲色片(未增感)全色片正色片红外片④黑白红外片

乳剂中加入红外增感剂,感光范围扩大到0.9~1.3μm

记录系统现在是12页\一共有172页\编辑于星期五黑白全色片黑白红外片记录系统现在是13页\一共有172页\编辑于星期五

⑤彩色片乳剂由卤化银、光谱增感剂和成色剂组成天然彩色片红外彩色片记录系统现在是14页\一共有172页\编辑于星期五记录系统光电转换电光转换⑵磁带--遥感信息的暂时性记录介质是具有磁表面的柔软带状记录介质①模拟磁带现在是15页\一共有172页\编辑于星期五②数字磁带探测系统输出的电压信号，经过模/数（A/D）转换，对电压曲线分段读数（取样、量化）并以二进制数码表示，记录这种数据的磁带称数字磁带。HDDT(HighDensityDigitalTape)CCT(ComputerCompatibleTape)记录系统现在是16页\一共有172页\编辑于星期五描述遥感器的特性参数1、空间分辨率2、波谱分辨率3、辐射分辨率4、时间分辨率BGRNIRJan15Feb1510m10m现在是17页\一共有172页\编辑于星期五1、空间分辨率义含种两

表示按地物几何特征(尺寸和形状)和空间分布,即在形态学基础上识别目标的能力。

⑴遥感器的技术鉴别能力即能把两相邻目标作为两个清晰实体记录下来的两目标间的最小距离⑵遥感器观察地面特征所需要的有效探测和分析的分辨率现在是18页\一共有172页\编辑于星期五空间分辨率（续）低分辨率高分辨率中分辨率不同空间分辨率遥感图像现在是19页\一共有172页\编辑于星期五巨型环境特征森林清查400m森林火灾预报50m地壳10km山区植被200m森林病害探测50m成矿带2km山区土地类型200m港湾浮游质运动50m大陆架2km海岸带变化100m污染监测50m洋流5km渔业资源管理与保护100m城区地质研究50m自然地带2km中型环境特征交通道路规划50m生长季节2km作物估产50m小型环境特征大型环境特征作物长势25m污染源识别10m区域地理400km天气状况20m海洋化学10m矿产资源100km水土保持50m水污染控制10m海洋地质100km植物群落50m港湾动态10m石油普查1km土种识别20m水库建设10m地热资源1km洪水灾害50m航行设计5m环境质量评价100m径流模式50m港口工程10m土壤识别75m水库水面监测50m鱼群分布与迁移10m土壤水分140m城市、工业用水20m城市工业发展规划10m土壤保护75m地热开发50m城市居住密度分析10m灌溉计划100m地球化学性质、过程50m城市交通密度分析5m现在是20页\一共有172页\编辑于星期五2、光谱分辨率

指遥感器在接收目标辐射的波谱时，能分辨的最小波长间隔，即遥感器的工作波段数目、波长及波长间隔(波带宽度)。现在是21页\一共有172页\编辑于星期五光谱分辨率对水铝矿反射光谱的影响由图可见，具有窄波段吸收特征的水铝矿在4～16nm光谱分辨率下明显反映出双吸收峰（反射低谷）特征。高光谱数据的光谱分辨率比宽波段遥感高数十倍（〈10nm）。在宽波段遥感图像上无法反映的具有诊断性光谱特征的矿物，在高光谱图像上变得很容易识别。这从根本上改变了从光学遥感图像上提取地质信息的质量和数量。现在是22页\一共有172页\编辑于星期五光谱分辨率高--意味着：⑴区分具有微小波谱特征差异地物的能力强；⑵数据量大，传输、处理难度大；⑶各波段间数据的相关性大。应服从应用目的--结合地物特征波谱

选择能提供最大信息量的最佳波段和多波段组合2、光谱分辨率（续）现在是23页\一共有172页\编辑于星期五3、辐射分辨率（辐射灵敏度）遥感器测量的是地物的波谱辐射度

辐射分辨率指遥感器探测元件在接收波谱辐射信号时，能分辨的最小辐射度差。即把遥感器输出信号的总范围，从黑到白，分解成大量刚好能辨别的灰度等级反映地物在波谱辐射度或反射率上的微细差异辐射分辨率高--识别两同等空间分辨率目标的能力强现在是24页\一共有172页\编辑于星期五4、时间分辨率遥感器成像间隔的性能指标∵遥感器须对目标的运动（变化）进行连续均匀、不间断地探测

为分析、识别目标所必须具有的最小时间间隔，称时间分辨率注意：对同一目标遥感器重复成像的周期、覆盖周期、重访周期现在是25页\一共有172页\编辑于星期五第二节遥感器的类型及成像原理按信息记录形式：非成像遥感器--侧重时间、光谱分辨率

成像遥感器--强调空间分辨率摄影方式扫描方式按辐射源：被动式（自然）主动式（人工）现在是26页\一共有172页\编辑于星期五2、遥感器的类型及成像原理1、摄影方式传感器2、扫描方式传感器机载红外扫描仪的成像原理多光谱扫描仪成像原理（MSS、TM、ETM+）3、推扫式传感器成像原理（HRV）4、成像光谱仪5、雷达成像原理现在是27页\一共有172页\编辑于星期五2.1摄影方式遥感器

传统摄影指经过透镜(组)，按几何光学的原理聚焦构像，用感光材料，通过光化学反应直接感测和记录目标物反射的可见光和摄影红外波段电磁辐射能，在胶片或像纸上形成目标物固化影像。数字摄影则通过放置在焦平面的光敏元件，经过光/电转换，以数字信号记录物体的影像。现在是28页\一共有172页\编辑于星期五优点：空间分辨率高成本低易操作信息量大缺点：局限性大0.3~1.3μm影像畸变较严重成像受气侯、光照和大气效应的限制须回收胶片影像形成周期长无法实时观测2.1摄影方式遥感器（续1）现在是29页\一共有172页\编辑于星期五各类摄影机--按结构及胶片曝光方式分类2.1摄影方式遥感器（续2）现在是30页\一共有172页\编辑于星期五航摄仪2.1摄影方式遥感器（续3）现在是31页\一共有172页\编辑于星期五2.1摄影方式遥感器（续4）现在是32页\一共有172页\编辑于星期五BGRIR现在是33页\一共有172页\编辑于星期五摄影方式遥感器（续6）现在是34页\一共有172页\编辑于星期五

现在是35页\一共有172页\编辑于星期五PanoramicPhotographofManhattan现在是36页\一共有172页\编辑于星期五CorrectedManhattanImage现在是37页\一共有172页\编辑于星期五2.2扫描方式遥感器扫描成像是依靠探测元件和扫描镜对目标地物以瞬时视场为单位进行的逐点、逐行取样，以得到目标地物电磁辐射特性信息，形成一定谱段的图像。优点：可对全部五个大气窗口的电磁辐射进行探测可进行多波段、超多波段遥感--波谱分辨率高输出电信号，可用磁带记录，可实时传输所获是辐射量的定量数据,便于校正和图像处理。缺点：空间分辨率相对较低

现在是38页\一共有172页\编辑于星期五

⑴电子扫描遥感器—RBV（ReturnBeamVidicon）由扫描电子束逐次扫描经透镜在焦平面上形成的光像而成像。2.2扫描方式遥感器（续1）现在是39页\一共有172页\编辑于星期五RBV（ReturnBeamVidicon）现在是40页\一共有172页\编辑于星期五(2)光机扫描遥感器借助平台沿航向运动和本身光学机械垂直航向的横向扫描，共同完成地面覆盖，获得条带形地面影像2.2扫描方式遥感器（续2）现在是41页\一共有172页\编辑于星期五IFOVInstantaneousfieldofview--瞬时视场:在扫描成像过程中一个光敏探测元件通过望远镜系统投射到地面上的直径或对应的视场角度。

空间分辨率地面分辨率2.2扫描方式遥感器（续3）现在是42页\一共有172页\编辑于星期五组成：光学--机械扫描热红外探测扫描成像过程扫描线的衔接问题分辨率的问题热红外图像特征(3)热红外扫描仪现在是43页\一共有172页\编辑于星期五扫描线的衔接(单像元排列）

飞行速度W=α/t(扫描一次的时间)当Wt=α时,不会出现扫描空隙和重复因wt=α=βH,w/H=β/t为常数现在是44页\一共有172页\编辑于星期五现在是45页\一共有172页\编辑于星期五

空间分辨率

瞬间视场β=d/f

空间分辨率α0=βH=dH/f

dαHβ星下点时现在是46页\一共有172页\编辑于星期五

αθ=βHθ=βHsecθ=α0secθ

αθ’=αθsecθ=α0sec2θ平行航线方向垂直航线方向现在是47页\一共有172页\编辑于星期五(4)MSS多光谱扫描仪（Multi-spectralScanner）

点扫描成像现在是48页\一共有172页\编辑于星期五

（1）扫描仪的结构√扫描反射镜

摆动频率-----13.62HZ总观测视场角-----11.56°

√反射镜组由主反射镜和次反射镜组成

现在是49页\一共有172页\编辑于星期五√成像板

24+2个玻璃纤维元

MSS4-7空间分辨率为79m×79m

MSS8分辨率为240m×240m

32456飞行方向1扫描方向0.5-0.6μm0.7-0.8μm0.6-0.7μm0.8-1.1μm10.4-12.6μm波段45678

现在是50页\一共有172页\编辑于星期五√探测器将辐射能转变成电信号输出

MSS4，5，6采用18个光电倍增管 MSS7使用六个硅光电二极管MSS8采用2个汞镉碲热敏感探测器 √输出

数字影像(2340行×2340列)采样后影像分辨率为57M×79M现在是51页\一共有172页\编辑于星期五•从左至右,垂直飞行方向逐点扫描,得到一条相应于地面的图像线。卫星向前运动，第二次扫描得到第二条扫描线。成像过程扫描一次扫描总视场：11.56°地面宽度：185km六条扫描线图像的地面范围:474m×185km

扫描线衔接（6个感应元排一列）因扫描周期为73.42ms卫星速度（地速）6.5km/s 79m×6=474m=73.42ms×6.5km/s在扫描一次的时间里卫星往前正好移动474m，扫描线恰好衔接现在是52页\一共有172页\编辑于星期五185.3KM宽

飞行方向123456123456主动扫描回扫

474MMSS扫描成像过程现在是53页\一共有172页\编辑于星期五MSS影像特征

存在全景变形,空间分辨率为79m

Landsat1-3有五个波段 MSS4(绿)、MSS5(红)、MSS6(红外)、 MSS7(红外)、MSS8(热红外)几何特征波谱特征现在是54页\一共有172页\编辑于星期五（5）TM(专题制图仪)(ThematicMapper)现在是55页\一共有172页\编辑于星期五

探测器

探测器共有100个,分七个波段呈错开排列TM1～5及TM7的探测器有16个,每个的瞬时视场在地面上为30×30㎡ TM6的探测器有4个,每个的瞬时视场在地面上为120×120㎡

现在是56页\一共有172页\编辑于星期五

半个扫描周期，即单向扫描所用的时间为71.46ms，卫星正好飞过地面480m，下半个扫描周期获取的16条图像线正好与上半个扫描周期的图像线衔接现在是57页\一共有172页\编辑于星期五TM特点

1、TM中增加一个扫描改正器,使扫描行垂直于飞行轨道(MSS扫描不垂直于飞行轨道）;

2、

往返双向都对地面扫描（MSS仅单向扫描）；3、地面分辨率由79米到30米；4、波段由5个增加到7个；5、有热红外通道TM6。现在是58页\一共有172页\编辑于星期五ETM特点

1、增加了全色波段，分辨率为15米;

2、

采用双增益技术使热红外波段的分辨率提高到60米；3、改进后太阳定标器使卫星的辐射定标误差小于5%。现在是59页\一共有172页\编辑于星期五

固体自扫描传感器是用固定的探测元件，通过遥感平台的运动对目标地物进行扫描。目前常用的探测元件为CCD。2.3固体自扫描遥感器现在是60页\一共有172页\编辑于星期五2.3固体自扫描遥感器线阵列扫描仪即推帚式扫描仪面阵列扫描仪SPOT卫星的HRVMOS－1卫星的MESSRJERS－1卫星的OPS由于技术上的原因，面阵CCD难以做大固体扫描仪探测元件为电容耦合器件CCD（ChargeCompledDevice）现在是61页\一共有172页\编辑于星期五CCD--ChargeCouplingDevice电荷耦合器件是一块有许多小的光电二极管构成的固态电子元件--其中的每个CCD单元都能感受光线的强弱--并将光信号转变为与其相应强弱的微小电流--连续量的电模拟信号2.3固体自扫描遥感器（续1）现在是62页\一共有172页\编辑于星期五

电子扫描装置接收由CCD传输来的电信号取样、量化将这种强弱不断变化的连续电流转变为一连串的以电脉冲表示的二进制数字[A/D转换]数字存储器2.3固体自扫描遥感器（续2）现在是63页\一共有172页\编辑于星期五CCD的工作原理:CCD是一种用电荷量表示信号强弱,用耦合方式传递信号的全固体化半导体表面器件固体器件--其受激电荷靠电子或空穴运载在固体内移动由于硅(Si)具有探测0.4~1.1μm可见光及近红外波的能力--CCD一般由硅制成MOS(Matal-Oxide-Silicon金属-氧化物-硅)结构电容作为光敏感元2.3固体自扫描遥感器（续3）现在是64页\一共有172页\编辑于星期五CCD三种主要功能:

光电转换--入射辐射在MOS电容(CCD元)上产生与光亮度成正比的电荷

电荷积累--当电压加到CCD电极上时—在硅层形成电位势阱--电荷在势阱内积累

电荷转移--加高压形成深势阱,加低压形成的势阱浅--电荷可进行转移--实现信号传输固体自扫描遥感器现在是65页\一共有172页\编辑于星期五线列(阵)CCD:CCD光敏元的排列方向与平台的飞行方向垂直,由线列CCD自身完成一维扫描,靠平台运动完成另一维扫描,形成条带状二维影像。

地面分辨率取决于CCD元的大小

2.3固体自扫描遥感器（续4）现在是66页\一共有172页\编辑于星期五

线列CCD光敏元的数目等于行扫方向上的像元数如HRV多波段3000个全色波段6000个

各光敏元同时露光，每个光敏元积累的与目标物辐射强度成正比的电荷量通过耦合方式转移输出，而不同于其它探测器输出的是电压信号。2.3固体自扫描遥感器（续5）现在是67页\一共有172页\编辑于星期五推扫式扫描仪（Push--Broom)SPOT卫星HRV：HighResolutionVisibleSensor--高分辨率可见光遥感器固体自扫描遥感器（续6）现在是68页\一共有172页\编辑于星期五面阵CCD矩阵式排列的CCD元可象胶片一样同时曝光

--记录整幅画面固体自扫描遥感器（续7）现在是69页\一共有172页\编辑于星期五固体自扫描成像遥感器特点：

①一改光机扫描的逐点扫描为逐行扫描、逐面扫描--革除了机械部件,简化了结构,避免了因振动引起的噪声；②光敏元同时曝光--延长了信号驻留时间,提高了遥感器的灵敏度；③波谱响应范围宽--硅光敏元可探测0.4~1.1μm;④无畸变、体积小、功耗低、寿命长可靠性强。

使成像遥感器的结构发生了根本性变革2.3固体自扫描遥感器（续8）现在是70页\一共有172页\编辑于星期五地面带宽60kmSPOT卫星平台上安装了两台HRV仪器，每台视场都为60KM，两者之间有3KM的重叠，总视场为117KM。相邻轨道间在赤道处约为108KM，垂直地面观测时，相邻轨道的影像约有9KM的重叠。共观测369圈（26天）实现对全球北纬81.3度和南纬81.3度之间的地表全覆盖。SPOT成像特点现在是71页\一共有172页\编辑于星期五

以“推扫”方式获取沿轨道的连续图像条带多光谱型的HRV 地面上总的视场宽度为60km 三个谱段,每个波段探测器组由3000个CCD元件组成 每个元件形成的像元，相对地面上为20m×20m波段1（0.50---0.59）波段2（0.61---0.68）波段3（0.79---0.89）全色的HRV波段范围0.51—0.73μm,6000个CCD元件组成一行每个像元地面的大小为10m×10m

SPOT成像特点现在是72页\一共有172页\编辑于星期五反射镜左右倾斜最大为27度，有立体观测能力邻轨立体现在是73页\一共有172页\编辑于星期五SPOT4

1）全色波段0.51-0.73μm改为波段(0.61-0.68μm)2）增加了一个SWIR（ShortWaveInfrared，短波红外）波段。3）增加了一个多角度遥感仪器，即宽视域植被探测仪Vegetation(VGT)，空间分辨率1．15km。SPOT5载有2台高分辨率几何成像装置(HRG)、1台高分辨率立体成像装置(HRS)、1台宽视域植被探测仪(VGT)等，空间分辨率最高可达2.5m，前后模式实时获得立体像对，运营性能有很大改善，在数据压缩、存储和传输等方面也均有显著提高。现在是74页\一共有172页\编辑于星期五固体扫描图像的几何特性

面阵列

成像区域地物的辐射信息通过镜头中心一次性聚焦在CCD面阵上，属于地面的中心投影。与框幅式相片又相同的投影关系。

线阵列

探测器线阵列与平台飞行方向垂直，每次成像时同一扫描行通过投影中心成像，属于行中心投影。与缝隙式成像的原理相同。现在是75页\一共有172页\编辑于星期五线阵CCD扫描描仪在垂直成像时的图像与缝隙式像片具有相同的比例尺特性。当地面平坦，外方位角元素为0时，比例尺为:

fH=

1m当地面平坦，侧视角为θ时，比例尺为：cosθ

fH

1m=比例尺现在是76页\一共有172页\编辑于星期五地面分辨率

CCD固体扫描图像的地面分辨率是指像元所对应的地面大小。由平台高度H和像元探测角∆θ(瞬时视场角)决定D=∆θ⋅H现在是77页\一共有172页\编辑于星期五

倾斜误差倾斜误差：因遥感器姿态角引起像点移位行中心投影，误差形式与缝隙式相片相同现在是78页\一共有172页\编辑于星期五⋅y∆h Hdy=

投影误差：地形起伏引起的像点移位，仅 在扫描方向上。

dx=0航天成像时，平台高度远大于地形起伏高差，因此不会出现重叠和遗漏现象。投影误差现在是79页\一共有172页\编辑于星期五物理特性记录范围指地物电磁波辐射在图像上反映出的色调色彩特征，即地物电磁波辐射能力大小与其影像色调色彩之关系。

可见光—热红外扫描图像的物理特性现在是80页\一共有172页\编辑于星期五蓝光波段0.4－0.5μm对水体有较好的穿透能力用于浅水底地貌判读因水中浮游生物含有一定的叶绿素，对蓝光反射能力差，可用于水体浮游生物含量判读被造纸厂、化工厂污染的水体反射率低，有利于水体污染监测雪山反射率高航空用的多，航天用的少（大气散射）现在是81页\一共有172页\编辑于星期五绿光波段0.5－0.6μm对水体有一定的穿透能力，一般10-20m,清水50m。植被反射率出现峰值。用于林业资源分布及草场分布的调查水体反射率较低，易于区分。水域分布调查比值图像：蓝/绿。用于估算水体中可溶性有机物和浮游生物含量，用于渔业资源调查现在是82页\一共有172页\编辑于星期五红光波段0.6－0.7μm受大气影响小人文地物影像清晰，用于考古不同地质构造线清晰，用于地质分析水体、植被反射率较低，便于确定范围现在是83页\一共有172页\编辑于星期五近红外波段0.7－1.1μm水体、湿地反射率低，植被反射率高。根据色调差异，用于植被类型分布调查。☉范围；☉种类（针叶与阔叶）；☉成林情况(生长状况)：大树(鲜红),小树(暗红)；☉健康状况：病虫害树木色调暗（反射差）。农作物生长：估产。军事目标侦察：可显示绿色伪装下的目标。现在是84页\一共有172页\编辑于星期五近红外1.55－1.75μm反射率与含水量有关用于土壤含水量监测植被长势调查,旱情调查。含水量高反射率低岩石分类。不同岩石反射率不同，色调不同现在是85页\一共有172页\编辑于星期五短波红外2.08－2.35μm主要用于地质制图及植被长势调查现在是86页\一共有172页\编辑于星期五热红外8－14μm影像色调受太阳辐射的影响很大，摄影时间和天气不同，影像色调变化大。温度高则影像色调浅，因此可以反映目标活动特性，如飞机。水体热惯性大。白天水体色调深，晚上水体色调浅。但长期阴雨天，不易区分地物，影像色调模糊（温度差不大）。森林火灾的监测：常温8-12μ，灾区3-5μ。同近红外波段配合，监测农作物长势和收成。地热调查；军事目标侦察。现在是87页\一共有172页\编辑于星期五2.4成像波(光)谱仪(高光谱分辨率遥感)成像波(光)谱仪

是一种兼具高空间分辨率和高波谱分辨率、谱像合一的新型超多波段扫描成像遥感器。用很窄而连续的光谱通道对地物持续遥感成像的技术。在可见光到短波红外波段其光谱分辨率高达纳米(nm)数量级，通常具有波段多的特点，光谱通道数多达数十甚至数百个以上，而且各光谱通道间往往是连续的，因此高光谱遥感又通常被称为成像光谱遥感。现在是88页\一共有172页\编辑于星期五现在是89页\一共有172页\编辑于星期五成像波(光)谱仪(高光谱分辨率遥感)（续1）成像形式：1、线阵扫描2、面阵推扫现在是90页\一共有172页\编辑于星期五成像波(光)谱仪(高光谱分辨率遥感)（续2）成像光谱仪技术要求：1、收集光系统要求：尽量使用反射式光学系统，且要求具有去球面像差、像散差、以及畸变像差的非球面补偿的光学系统；（几何和辐射畸变小）2、分光系统要求：使用由狭缝、平行光管、棱镜以及绕射光栅组成的分光系统；（分光准确、辐射误差小）3、探测器要求：高灵敏度的成千上万个线阵或面阵且可以感受可见光和红外波区探测器；（高空间、光谱分辨率）4、数据记录系统：具有高速数据量化、记录和传输技术。（记录及时准确）现在是91页\一共有172页\编辑于星期五•

美国：AIS（124波段），AVIRIS（224波段）、WIS（812波段）、PROBE、TEEMS、 MODIS（36波段）、Hyperion（242波段）、FTHSI、AHI（256波段）、SEBASS（242波段）•澳大利亚：Hymap（128波段）、ARIES（64波段）、TIPS（100波段）•加拿大：CASI（288波段，面阵推帚型机载成像光谱仪）•德国：ROSIS（反射式成像光谱仪）•法国：IMS•芬兰：AISA•欧空局：CHRIS（2000年10月22日PROBA小卫星）•日本：GLI•中国：MAIS、PHI（244波段）、OMIS-1（10个热波段）、CMODIS（神舟III号）、Env-DD（环境灾害小卫星，115波段）典型的高光谱遥感器现在是92页\一共有172页\编辑于星期五OMIS-IOMIS-II总波段数12868光谱仪光谱范围μm光谱分辨率nm波段数光谱仪光谱范围μm光谱分辨率nm波段数0.4-1.110640.4-1.110641.06-1.7040161.55-1.7512.0-2.515322.08-2.3513.0-5.025083.0-5.018.0-12.550088.0-12.51瞬时视场(mrad)31.5/3可选总视场（º）>70扫描率（S/s）5、10、15、20可选行像元数5121024/512数据编码（bit）12探测器SI、InGaAs、InSb、MCT线列Si线列、InGaAs单元、InSb/MCT双色中国128波段航空成像光谱仪（OMIS-1）现在是93页\一共有172页\编辑于星期五美国242波段卫星成像光谱仪（Hyperion）地图投影：UTM坐标系：WGS84波谱范围：0.4-2.5微米全色波段：0个可见波段：35个近红外：35个短波红外：172个中红外波段：0个热红外：0个扫描宽度：7.5KM时间分辨率：200天像素大小：30米数据格式：HDF&Tiff现在是94页\一共有172页\编辑于星期五2.5真实孔径侧视雷达（RAR–RealApertureRadar）真实孔径雷达是从平台行进方向的侧方发射由实际天线所决定的波束宽度的波束脉冲，然后接受目标返回的后向散射波，从接收的信号中可以获得目标的图像。根据接收雷达反射的信号的原理知道，目标在影像上是按照反射的脉冲的先后顺序记录成像的，在方位向上则通过平台的前进，扫描面在地面上的移动按照平台行进的顺序成像。现在是95页\一共有172页\编辑于星期五真实孔径侧视机载遥感雷达方块图现在是96页\一共有172页\编辑于星期五真实孔径侧视雷达分辨率雷达遥感的侧向成像特点，雷达影像的分辨率因而要分成为距离向和方位向两个部分，而且二者是互不相关的。距离向分辨率是脉冲在脉冲发射的方向上（距离向）能分辨两个目标的最小距离，方位向分辨率是在辐射波垂直的方向上（方位向）相邻的两束脉冲之间能分辨的两个目标的最小距离。

现在是97页\一共有172页\编辑于星期五雷达扫描过程示意图现在是98页\一共有172页\编辑于星期五距离向分辨率距离向分辨率又可以分成为斜距分辨率和地距分辨率。斜距分辨率表示区分斜距上两个目标的能力，它取决于雷达接收机在时间上区分两个目标回波的能力。因为真实孔径雷达的时间分辨率就是它的发射脉冲宽度τ，设电磁波到地面上两个目标的距离分别为R‘和Rm，其距离差为ΔRs，则电磁波到地面上两目标点往返的时间分别:t1=2R’/c；t2=2Rm/c=2(R’+ΔRs)/c；两个目标点回波信号的时间差为：Δt=t2-t1=2ΔRs/c如果要区分斜距上的两个目标，则两个目标的反射脉冲应不重叠，而雷达系统能分辨不同信号的最小时间是脉冲宽度τ，所以有Δt=τ，因而，斜距的分辨率为：地距分辨率为：现在是99页\一共有172页\编辑于星期五方位向分辨率方位向的分辨率是指相邻的两个脉冲之间能够分辨两个目标的最小距离。由天线理论可知道，当孔径为D大小的天线的照射是均匀分布时，其波束角β和天线孔径D之间的关系为β=λ/D，由此，可以得到方位向的分辨率为：现在是100页\一共有172页\编辑于星期五方位向的分辨率与波长λ和观测距离H成反比，而与天线孔径D成正比，因此，如果要提高方位向分辨率，需要采用波长较短的电磁波，增大天线孔径D以及缩短观测距离，但是，这样的结果是大大限制了雷达传感器的使用和设计。现在是101页\一共有172页\编辑于星期五2.6合成孔径雷达（SAR-SyntheticApertureRadar）合成孔径雷达是一种通过飞行平台的向前运动实现合成孔径的雷达技术。地面目标被雷达发射的信号照射后会返回包含有地面目标信息反射特性的信号，如果雷达天线是固定不动的话，则只能接收到很小一部分从地面反射的信号（后向散射），但是，如果雷达天线是快速向前移动的话，则有可能收集到从地面后向散射到各个方向的信号。这种利用天线的移动，可以将小孔径的雷达天线虚拟成一个大孔径的天线，从而获得类似大孔径天线探测效果的雷达遥感测量称为合成孔径雷达遥感技术。现在是102页\一共有172页\编辑于星期五在飞行过程中，在每一个位置上发射一个雷达信号，接收相应发射位置的回波信号并存储记录下来，存储时必须同时记录接收信号的幅度和相位。当辐射单元移动一段距离Ls后，存储的信号和实际天线线阵列诸单元所接收的信号非常类似。真实孔径雷达在同一个位置上接收目标的回波信号，而合成孔径雷达则在不同位置上接收同一地物目标的回波信号，接收到的当然是在不同时刻的回波信号。现在是103页\一共有172页\编辑于星期五方位向分辨率设天线在轨道上做匀速直线运动，其真实孔径为D，波束宽度为β=λ/D。在合成孔径雷达中，从地表目标返回的脉冲在入射波束照射到目标期间都会不断地被接收。因此，对于一个地面物体P，天线在X1位置开始接收到其散射信号直至飞行体移动到位置Xn为止，设X1到Xn的距离为Ls，利用合成孔径雷达技术后的雷达天线长度为：由于合成雷达是依次发射和接收的，而不是像真实孔径雷达那样同时发射和接收，所以，各个单元之间的相位差是发射和接收双程距离差引起的。因此，对于长度为Ls的合成天线，双程距离差导致的波束宽度βS为：因此，方位向分辨率为：现在是104页\一共有172页\编辑于星期五距离向分辨率合成孔径雷达的距离向分辨率与真实孔径雷达的距离向分辨率相同。但是，由于真实孔径机载雷达一般是用短脉冲来实现距离向的高分辨率，而合成孔径雷达通常用带宽为B的线性调频脉冲来实现距离方向的良好分辨率，因而需要求助于极短的脉冲。对于线性调频信号，可通过脉冲压缩得到时间分辨率为τ=1/B。因此合成孔径雷达的斜距分辨率为：地距分辨率为：现在是105页\一共有172页\编辑于星期五2.5.1雷达图像的辐射特征雷达图像上的信息是地物目标对于雷达波束的反应，而且主要是地物目标的后向散射所形成的图像信息。影响后向散射系数的主要因素分为两类，其一是雷达系统的工作参数，主要包括雷达传感器的工作波长、波束的入射角、入射波的极化方式等；第二类因素是由地面目标的特性引起的，即地表的粗糙度和地物目标的复介电常数等因素。现在是106页\一共有172页\编辑于星期五1、电磁波的极化方式（HH、VV、HV、VH）

同一地物对不同极化波的反应是不一样的。不同地物在某一极化图像中的亮度可能比较接近，而在另外一种极化图像中却可能很容易区分出来。大多数的自然地物目标对HH极化波能产生较强的回波信号。对于地表目标比较粗糙、回波信号与入射角无关的地区，HH和VV极化方式基本没有大的区别；对于光滑的地面，HH极化方式比VV极化方式回波低；对于建筑物而言，HH的回波通常大于VV的回波。而交叉极化方式，即HV和VH的回波比同极化方式HH和VV的回波要低得多，因而，对于测绘和资源调查而言，交叉极化方式的雷达传感器使用的较少。现在是107页\一共有172页\编辑于星期五SIR-C雷达遥感系统四种极化方式图像现在是108页\一共有172页\编辑于星期五现在是109页\一共有172页\编辑于星期五体散射效应

体散射效应是指电磁波经过多路径反射后所产生的总的有效散射效应。这种情况一般产生在森林、植被、干雪、干沙等能被长波穿透的地区。现在是110页\一共有172页\编辑于星期五现在是111页\一共有172页\编辑于星期五去极化现象

入射电磁波照射到一个由两个正交的面组成的几何体上，经过两次反射，电场方向改变90，这种情况下则产生了所谓的去极化现象。现在是112页\一共有172页\编辑于星期五2、复介电常数的影响组成地物目标的物质性质对雷达回波的影响很大，这一性质主要表现为复介电常数。复介电常数越大，反射雷达波束的能力越强，穿透作用越小。介质波长电导率实部虚部备注海水3~204.380774淡水10010-3~10-2800.06非常干燥的沙质土90.0321.62非常潮湿的沙质土90.62432.4非常干燥的地面10010-240.006潮湿的地面10010-4300.6现在是113页\一共有172页\编辑于星期五3、表面粗糙度的影响地表面的粗糙度是指一个雷达分辨率单元内地表面的粗糙程度，它是由细小的物质组成，是决定回波振幅的主要因素。一般来说，地表面的粗糙度分为三种情况，即平滑表面、微粗糙表面和高粗糙表面。区分这三种粗糙度的准则是所谓的瑞利准则。现在是114页\一共有172页\编辑于星期五粗糙程度Ka波段（0.86cm）X波段（3cm）L波段（25cm）备注光滑h<0.05cmh<0.17cmh<1.41cm中等粗糙h=0.05~0.28cmh=0.17~0.96cmh=1.41~8.04cm粗糙h>0.28cmh>0.96cmh>8.04cm几种典型的雷达波束粗糙度的定义(入射角450）现在是115页\一共有172页\编辑于星期五光滑的表面对雷达波产生镜面反射，因而几乎不产生回波信号。只有当雷达波束垂直入射地面时，才可能产生回波。因此，光滑的地表面（平静的水面、机场的跑道等）在雷达影像上几乎是黑色的。粗糙的地表面对雷达信号产生漫反射，因此，无论雷达天线的俯角如何改变，天线都可以接收到较强的回波信号，所以，粗糙的地表面的雷达影像表现为亮色调。中等粗糙的表面产生混合反射，因而，这样的地表面的雷达影像一般为灰色调。现在是116页\一共有172页\编辑于星期五4、入射波长的影响

波长是通过两个方面影响回波信号的，第一、直接按波长去衡量地表的粗糙度；其二、波长的不同直接影响了复介电常数的不同。粗糙度直接影响地物目标对电磁波的散射方向和分布；复介电常数则影响地物目标的反射能力的大小和电磁波的穿透能力的大小。现在是117页\一共有172页\编辑于星期五5、硬目标的影响硬目标是指具有较大的散射截面，在雷达影像上呈现为一系列亮点或者一定形状的亮线的地物目标，例如角反射器、谐振体、金属构件等。现在是118页\一共有172页\编辑于星期五角反射器效应

当地物目标具有两个互相垂直的光滑表面（例如房屋的墙角与地面就组成了这样的互相垂直的角反射器），或者三个互相垂直的光滑的表面时，就可能构成了二面或者三面角反射器。雷达波束遇到这种情况时，由于角反射器每个表面的镜面的反射，使雷达波束反转1800而向来波的方向传播，这样就产生了各条入射线在反射回去的时候方向相同，相位也相同的情况。这种现象将使信号互相增强，使回波信号极强。现在是119页\一共有172页\编辑于星期五不同材料的角反射器，其回波强度不同，主要与介电常数有关。一般金属角反射器比混凝土角反射器的回波要强，混凝土角反射器又比木材角反射器的回波强。现在是120页\一共有172页\编辑于星期五6、雷达光斑的影响

在合成孔径雷达影像上的颗粒状的噪声称为光斑（Speckle），光斑效应是相干成像雷达的必然结果。雷达光斑是由于用相干信号照射目标时，目标上的随机散射面的散射信号之间的相互干涉所形成的相干噪声。这种斑点噪声严重影响了雷达图像的目标判读的可靠性。现在是121页\一共有172页\编辑于星期五现在是122页\一共有172页\编辑于星期五现在是123页\一共有172页\编辑于星期五2.5.2雷达图像的几何特性在雷达成像中，地物目标的位置在方位向上是按飞行平台的时序记录成像的；在距离向上则按照地物目标的反射信息的先后记录成像，因而其构像几何学属于斜距投影类型，这一特点决定了雷达影像与传统的中心投影的光学影像的区别。

现在是124页\一共有172页\编辑于星期五SARImaging-SlantRangeProjection（斜距投影）AntennaAcrosstrackEFNadiref像平面RYSlantrangeHGg Thelocationofpixelsintheimageplaneisdependentontheslantrangesbetweentheantennaandthegroundobjects地物目标在像平面上的位置取决于目标与雷达天线之间的距离现在是125页\一共有172页\编辑于星期五光学与SAR成像差异，地形起伏引起的位移方向相反现在是126页\一共有172页\编辑于星期五IncidentAngle（入射角）(Nominal)Incidentangle(名义入射角)--anglebetweentheradarilluminationandthenormaltothegroundsurface.（雷达入射方向和地面法线的夹角）--theincidentangleincreasesfromthenearrangetothefarrange（雷达图像的近距到远距，入射角增大）Localincidentangle（局部入射角）

--anglebetweentheradarLOSandthelinenormaltothelocalslope.（雷达入射方向与局部坡度法线的夹角）现在是127页\一共有172页\编辑于星期五Incidentangle（入射角）Localincidentangle（局部入射角）现在是128页\一共有172页\编辑于星期五GeometricCharacteristicsofSARImaging（几何特征）Foreshortening（透视收缩）Radarshadow（雷达阴影）Layover（叠掩）现在是129页\一共有172页\编辑于星期五DiagramofForeshortening（透视收缩）RadarBeamWavefront

displacement

foreshortening地形特征压缩.斜坡面与雷达入射方向正交（局部入射角为0）时，透视收缩最严重局部入射角增大时，透视收缩减弱；当到90度时，透视收缩消失，但阴影出现现在是130页\一共有172页\编辑于星期五垂直飞行方向的比例尺由小变大1/mc>1/mb>1/ma离星下点越远影像比例尺越大现在是131页\一共有172页\编辑于星期五DiagramofShadow（阴影）WavefrontShadowingRadarbeam雷达波没有照射到的地方

没有回波，暗色调高目标的背面容易出现阴影局部入射角增大时，阴影变严重现在是132页\一共有172页\编辑于星期五Exampleofradarshadoweffectsunderlargeincidenceangle(>45°)illumination.现在是133页\一共有172页\编辑于星期五肇庆地区机载SAR影像现在是134页\一共有172页\编辑于星期五DiagramofLayover（叠掩）RadarbeamWavefront

layover目标上部的回波比底部的回波先到达接收天线

目标的顶部发生位移，相对与底部倒置叠掩是透视收缩的极端情况名义入射角小时，叠掩更显著现在是135页\一共有172页\编辑于星期五理解几何形变90000叠掩透视收缩阴影局部入射角强弱强弱弱强现在是136页\一共有172页\编辑于星期五ERS-2image,incidenceanglesbetween24°to26°

RADARSATimage,incidenceanglebetween41°and44°现在是137页\一共有172页\编辑于星期五（1）有较强的穿透能力

它能穿透云层、树木和水,得到下面的地表信息 另一方面微波在物体内会产生体散射，因此能将地下的一些状况反映出来2.5.3合成孔径雷达图像的其他特征现在是138页\一共有172页\编辑于星期五McCauleyetal.,Science,1982现在是139页\一共有172页\编辑于星期五Cosmo-SkyMed高分辨率雷达图像

现在是140页\一共有172页\编辑于星期五（2）将SAR两次或者多次观测的数据进行干涉处理，利用相位信息提取地面高程信息，这就是目前的热点——INSAR； 德国已经建成的机载SAR系统(AeS－1，2，3),其空间分辨率从0.5米到5米，用InSAR生成的DEM高程精度为0.25m到2m。现在是141页\一共有172页\编辑于星期五

合成孔径雷达干涉测量（InSAR）

InSAR就是利用SAR在平行轨道上对同一地区获取两幅（或两幅以上）的单视复数影像来形成干涉，进而得到该地区的三维地表信息。

现在是142页\一共有172页\编辑于星期五该方法充分利用了雷达回波信号所携带的相位信息，获得同一区域的重复观测数据（复数影像对），综合起来形成干涉，得到相应的相位差，结合观测平台的轨道参数等提取高程信息。例如：ERS-1/2/ENVISAT组合现在是143页\一共有172页\编辑于星期五亮度图象相位图象相干雷达（INSAR）

现在是144页\一共有172页\编辑于星期五雷达图像信号：亮度+相位

复雷达图像：

亮度图像相位图像相干雷达（INSAR）

现在是145页\一共有172页\编辑于星期五相干雷达（INSAR）

现在是146页\一共有172页\编辑于星期五第三节遥感地面接收站监控卫星运行，接收遥感和遥测数据及对信息进行数据处理和贮存的地面设施。

任务：接收、处理、存档、分发各种遥感数据北京站接收半径--2400Km现在是147页\一共有172页\编辑于星期五中国遥感卫星地面站根据邓小平同志1979年访美期间所签中美科技合作备忘录建立,于1986年建成并投入正式运行。3.3遥感地面接收站现在是148页\一共有172页\编辑于星期五中国科学院中国遥感卫星地面站主楼中国资源卫星接收系统，由中科院密云地面接收站，广州、乌鲁木齐资源卫星地面接收站和数据处理中心组成。数据处理中心，包括数据预处理，数据分发和用户服务、以及运行管理等分系统。

3.3遥感地面接收站（续2）现在是149页\一共有172页\编辑于星期五3.3遥感地面接收站（续3）现在是150页\一共有172页\编辑于星期五3.4遥感信息的传输遥感信息向地面传输方式：

直接回放--易行、保密、不能实时传输1.遥感平台返回地面,直接回收遥感器输出的磁带或胶片--飞机、气球、航天飞机2.按地面指令,遥感平台的再入舱与仪器舱分离,再入舱单独返回地面,从再入舱内取出磁带或胶片,仪器舱在运行轨道上自行殒毁(国土资源卫星)现在是151页\一共有172页\编辑于星期五3.4.1直接回放（续）现在是152页\一共有172页\编辑于星期五3.4.2视频数据传输视频数据传输--是将目标物信息用无线电发往地面接收站探测器输出的视频数据，通过通讯设备，以S、X或Ku波段的微波视频信道向地面发送

1.实时(近实时)传输在地面站视野内或经数据中继卫星(TDRS)(美国)国内通信卫星(DMSAT)在地面站视距作用范围以外区域进行实时或近实时传输现在是153页\一共有172页\编辑于星期五加拿大地面站①②③④⑤⑥视频数据近实时传输数据中继卫星(TDRS)国内通信卫星(DMSAT)高度35000km戈达德空间飞行中心地面站DOMSATTDRSEROS数据中心地面站跟踪与数据中继地面站White3.4.2视频数据传输（续1）现