02第二章 遥感物理基础1

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1、第二章遥感物理基础第一节电磁波的基本特征一、电磁辐射的基本特征（一）电磁波和电磁波的传播电磁波—是在空间传播的交变电磁场。宇宙射线—紫外线—可见光—红外线—微波—无线电波电磁辐射—是电磁波在介质中传播的物理现象，即电磁能量以波的形式发射的过程。电磁波的传播电磁波的传播是能量存在的一种形式。电场磁场磁场强度场电强度传播方向横波质点的振动方向和传播方向是相互垂直的。横波在振动时波峰和波谷在向前传播，介质中的质点只是在平衡位置附近做振动而不随波传播前进。振动方向传播方向电磁波是横波电磁波通过四个基本参量反映出所传递的信息偏振面——反映物体的回波强弱和物体特

2、性传播方向——反映物体的位置、形状等。强度——反映物体对电磁波响应程度的物理性质波长——反映物体的颜色，辐射类型等。1．电磁波的叠加——当振动方向和振动频率均不相同的多列电磁波在空中相迂时，相迂点的复合振动等于各列波在该点的矢量和，而在其它位置每一列电磁波仍保持原有特征。（二）电磁波的叠加和相干2．电磁波的相干——当两列频率、振动方向、相位都相同或相位差恒定的电磁波叠加时，某些部位处于振动永远加强，而另一些部位则处于振动永远减弱或完全抵消的现象。（三）电磁波的衍射电磁波在通过有限大小障碍物边缘时，使电磁波辐射量方向改变的现象。（四）电磁波的偏振（极化

3、）如果使在各个方向振动相等的电场强度总是固定在某个方向上振动，则称电磁波在该方向被极化。水平极化—电场矢量与入射面相垂直。垂直极化—电场矢量与入射面相平行。入射面电场方向入射面电场方向水平极化垂直极化（五）电磁波的多普勒效应由观察者和辐射源的相对运动所引起的电磁辐射的频率改变。（六）电磁波的波粒两象性波动性——电磁波的时空周期性，可以用波长、波速、周期和频率来表征。表现为：电磁波的干涉、衍射、偏振、散射等。粒子性——电磁波是由密集的粒子流组成的，电磁波实质上是光子微粒有规律的运动。表现为：光电效应等。二、电磁波谱电磁波谱——将各种电磁波按其波长（或频

4、率)的大小，依次排列成的图表。宇宙射线工业电波X射线宇宙射线射线紫外线可见光红外线毫米波厘米波分米波超短波短波中波长波工业电波无线电波波长短长0.380.763.06.015.0微米1101001000毫米波长紫外可见光近红外中红外热红外远红外毫米波厘米波分米波米波红外波段微波波段遥感技术应用的电磁波谱段0.380.430.470.500.560.590.620.76微米可见光波段第二节电磁辐射源一、电磁辐射度量与单位二、物体的热辐射（一）绝对黑体及辐射测定热辐射——由物体内部粒子的热运动所引起的电磁辐射。温度高于绝对零度（0K=－273.16oC

5、）物体都热运动，并产生热辐射。绝对黑体——在任何温度下，对于任何波长的入射辐射的吸收系数（率）恒等于1的物体，简称黑体。黑体是一种具有最大辐射能力的物体。吸收率（，）=1，反射率=0，透射率c=0发射率（ε）——以黑体为基准所表达辐射率，某物体的发射率是指该物体的辐射量与同温度下黑体辐射量之比，也称比发射率。分光发射率（ελ）——是指特定波长下单位波长宽度的辐射量之比。实验证明，在同一温度下，任何物体发射某一波长电磁波的能力，与它对该波长的电磁波的吸收能力成正比。黑体吸收电磁波的能力最强，因而它发射电磁波的能力也最强。ε∝射入空腔中的光线经

6、过n次反射所省下的能量（5/100）n，如n=10，则能量全部被吸收，空腔视为黑体。实验室内的理想黑体普朗克热辐射定律M（λ，T）=2πhc2λ-5[exp（hc/λkT）-1]-1c—真空中光速，h—普朗克常数（6.626×10-34焦耳·秒)k—波耳兹曼常数（1.3806×10-23焦耳/开）M—辐射出射度维恩位移定律对普朗克公式求导，得出:λmax·T=bT=b/λmaxb=2.898×10-3m·k（常数）黑体辐射光谱中最强辐射的波长λmax与黑体绝对温度T成反比。斯蒂芬—波耳兹曼定律在0→∞波长内对普朗克公式积分得：M（λ，T）=σ·T4σ

7、=5.67×10-8瓦/米2·开4（为斯蒂芬—波耳兹曼常数）M—电磁波总辐射出射度0.80.20.40.6021086414波长（μm）12900K800K700K600K500K辐射密度M（w/cm2·μm）几种温度下的黑体波谱曲线每条曲线彼此互不相交，辐射通量密度M随温度T的增加而迅速增大；M（λ，T）=σ·T4辐射通量密度的峰值波长λmax随温度T的增加向短波方向移动。λmax=b/T物体按其发射特性一般分为三种类型①黑体，发射辐射最大（ε=1），发射率与波长无关。②灰体，发射率与波长无关，发射辐射比黑体小。③选择性辐射体，发射率随波长而改变，

8、一般小于黑体的发射率黑体ε=1灰体ε=η选择性辐射体波长λ分光发射率ε物体发射的三种类型选择性辐射体黑体ε=