第2章电磁波与遥感物理基础汇编

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1、第2章电磁波与遥感物理基础§2.1电磁波与电磁波谱§2.2电磁波辐射源§2.3地物的反射辐射§2.4地球辐射与地物波谱特征波：是振动在空间的传播。如声波、水波、地震波等。电磁波：在空间传播的交变电磁场。当电磁振荡进入空间时，变化的磁场激发了变化的电场，使电磁振荡在空间传播，形成电磁波，也称电磁辐射。§2.1电磁波与电磁波谱电磁波波：是振动在空间的传播。如声波、水波、地震波等。§2.1电磁波与电磁波谱电磁波电磁波的基本特征：1.电磁波的传播电磁波是横波，质点的震动方向与波的传播方向垂直，传播速度为3×108m/s，不需要媒质也能传

2、播，与物质发生作用时会有反射、吸收、透射、散射等。电磁波是遥感信息的载体，电磁波理论是遥感的物理理论基础。E电场，M磁场，C传播方向描述电磁波的物理量：波长、频率、振幅、位相等。c=f*,f频率，波长麦克斯韦（1831-1879）普朗克（1858-1947）爱因斯坦（1879-1955）波动性粒子性电磁波的叠加原理当两列波在同一空间传播时，空间上各点的振动为各列波单独振动的合成。任何复杂的电磁波都可以分解成许多比较简单的电磁波；比较简单的电磁波也可以合成为复杂的电磁波。（白光的色散和合成，计算机显示器的工作原理，混合像元的分

3、解）电磁波的衍射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改变传播方向地现象，称为电磁波的衍射。电磁波的偏振电磁波遇到“狭缝”的障碍物时，能够通过狭缝的振动分量，称为电磁波的偏振。3.粒子性把电磁波作为粒子对待时，能量:h:普朗克常数，6.6260755×10－34Jsc:光速；v:频率能量越大，波长越短，粒子性越强，直线性越强。波粒二象性的程度与电磁波的波长有关：波长愈短，辐射的粒子性愈明显；波长愈长，辐射的波动特性愈明显。定义：按照电磁波的波长（频率的大小）长短，依次排列成的

4、图表，称为电磁波谱。依次为：γ射线—X射线—紫外线—可见光—红外线—微波—无线电波。电磁波谱各种电磁波的特点常用的遥感波段：电磁辐射源：能辐射任何波长电磁波的物质。自然辐射源人工辐射源(主动式遥感的辐射源，雷达探测。分为微波雷达和激光雷达)不同辐射源的电磁辐射信息存在一定的差异，可由相应探测波段的遥感器以成像或非成像的方式进行记录。§2.2物体的发射辐射自然辐射源太阳辐射：是可见光和近红外的主要辐射源；常用5900的黑体辐射来模拟；其辐射波长范围极大；辐射能量集中-短波辐射。大气层对太阳辐射的吸收、反射和散射。地球的电磁辐射：小

5、于3μm的波长主要是太阳辐射的能量；大于6μm的波长，主要是地物本身的热辐射；3-6μm之间，太阳和地球的热辐射都要考虑。1.电磁辐射的度量术语（3）辐照度（E）单位面积上接收的辐射通量。E=dF/dA，单位：W.m-2（4）辐射出射度（M）单位面积上辐射出的辐射通量。M=dF/dA，单位：W.m-2（5）辐射强度（I）点辐射源在某一方向单位立体角内的辐射通量。I=dF/dW，单位：W.sr-12.物体的热辐射热辐射——由于物体内部微观粒子的热运动所引起的电磁辐射。物体热辐射的强弱取决于地物自身性质和温度，辐射能量分布随波长的不

6、同而变化。太阳（表面温度6000K）热辐射体地球（平均温度300K）3.绝对黑体（1）绝对黑体：对任何波长的辐射，吸收率等于1，反射率和透射率都等于0。与温度和波长无关。黑体是一种理想的吸收体，自然界没有真正的黑体。用不透明材料制成的开有小孔的空腔(如上图)就是一个黑体模型。空腔外面的辐射能够通过小孔进入空腔，进入空腔的射线，在空腔内进行多次反射，每反射一次内壁吸收一部分能量，最后全部被吸收掉，从小孔穿出的辐射能可以略去不计。小孔即相当于黑体的表面。h:普朗克常数,6.6260755*10-34W·s2k:玻尔兹曼常数，k=1.

7、380658*10-23W·s·K-1c:光速;λ:波长（μm）;T:绝对温度（K）M,辐射出射度（2）黑体辐射规律：①普朗克公式1900年，普朗克由量子论推导出热辐射定理，即普朗克公式：变化特点：(1)辐射通量密度随波长连续变化，只有一个最大值；(2)温度越高，辐射通量密度越大，不同温度的曲线不相交；(3)随温度升高，辐射最大值向短波方向移动。②斯蒂芬－玻尔兹曼定律整个电磁波谱的总辐射出射度M,可以用某一单位波长间隔的辐射出射度Mλ对波长λ由O到无穷大的整个电磁波段积分，用普朗克公式对波长积分，得到斯忒藩一玻尔兹曼定律，即绝

8、对黑体的总辐射出射度与黑体温度的四次方成正比，M=σT4式中，σ为斯忒藩一玻尔兹曼常数，σ=5.67×10-8W/m2K4。③维恩位移定律：实验发现：当绝对黑体的温度升高时，单色辐出度最大值对应的波长向短波方向移动黑体辐射光谱中最强辐射的波长max与黑体绝对