第二章 电磁波及电磁波谱.ppt

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1、第二章电磁波及电磁波谱2.1概述2.1.1电磁波1）电磁波交互变化的电场和磁场在空间的传播。2）电磁波的特性（1）波动性：①是横波，具有波长、频率（周期）、振幅、相位、角频率等参数。②电磁波的波动性形成光的干涉、衍射、偏振等现象。（2）粒子性：光电效应：光子作为一种基本粒子，具有能量和动量。能量：动量：2.1.2电磁波谱1）电磁波谱按电磁波的波长的大小，依次排列画成图表，这个图表叫做电磁波谱。2）电磁波谱序列按波长递增的序列依次为：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2.1.2电磁波谱近红外：0.76-3μm，中红外：3

2、-6μm，远红外：6-15μm，超远红外：15-1000μm。任何温度高于绝对零度(即-273.15℃)的物体都能产生红外辐射，例如太阳、大地、云雾、冰块、建筑物、车辆等，由于其内部分子热运动的结果，都会产生红外辐射。人眼却无能感知红外辐射。微波：波长在1mm-1m的波段范围内。该范围内可再分为：毫米波、厘米波、分米波。用特定的字母表示，如Ka，K，Ku，X，C，S，L，P。2.1.3电磁波传播的基本性质1）电磁波的叠加电磁波的独立传播原理：数列波在传播过程中，相遇后仍能保持它们各自原有的特性（频率、波长、振幅、振动方向等）不变。电磁波可以用无穷个

3、正弦波叠加构成，每个正弦波有它自己的振幅、频率和相位。2.1.3电磁波的基本性质2）干涉定义：频率、振动方向、相位相同或相位差恒定的两（或数）列波相遇时，合成波某些地方振动始终加强，另一些地方振动始终减弱的现象。干涉的条件：电磁波必须是单色波。例如：激光，雷达。优点：能量增大，使图像清晰，方向性强。缺点：同一物质，表现性质不同。2.1.3电磁波的基本性质3）衍射定义：电磁波在传播过程中遇到障碍物时，其传播方向发生改变，能够绕过障碍物的边缘继续前进，这种现象称为电磁波的衍射。主要用于传感器的设计和提高图像分辨率。（1）发生衍射时，电磁辐射通量的数量、

4、质量、方向发生变化，测量结果不准，对目标解译带来困难。（2）影响遥感所用仪器的分辨能力。（θ：最小分辨角，λ：波长，D：仪器孔径）（3）缩小阴影区域。2.1.3电磁波的基本性质4）极化（偏振）定义：当电磁波在空间传播时，其电场强度矢量振动方向的瞬时取向，这种现象称为的极化（偏振）。表示：通常用电场强度矢量端点随着时间在空间描绘出的轨迹来表示电磁波的极化。分类(根据轨迹)：平面极化（线极化）、圆极化、椭圆极化。2.1.3电磁波的基本性质平面极化（也称线极化）：电磁波的极化方向保持在固定的方向上的极化。水平极化和垂直极化都是平面极化的特例。平面极化方式

5、分为：（1）垂直（V）极化：极化面与地面垂直的极化。（2）水平（H）极化：极化面与地面平行的极化。2.1.3电磁波的基本性质极化的组合类型：HH极化：发射波为水平极化，接收回波为水平极化；VV极化：发射波为垂直极化，接收回波为垂直极化。正交极化：VH极化：发射波为垂直极化，接收回波为水平极化。HV极化：发射波为水平极化，接收回波为垂直极化。2.1.3电磁波的基本性质极化方式不同，微波遥感影像不同。具体应用中，须经过测试，才能知道地物对雷达回波的极化特性的影响。极化的产生：通过偏振器产生。极化的效应：遥感影像便于立体观察。2.1.3电磁波的基本性质5

6、）多普勒效应电磁辐射因辐射源或观察者相对于传播介质的运动，而使观察者接收到的频率发生变化的现象，称为多普勒效应。式中：f：电磁波辐射源的频率f1：观察者接收到的频率c：波速v：辐射源相对于介质的速度v1：观察者相对于介质的速度例如：雷达测速仪2.2物体的发射辐射2.2.1黑体辐射1）绝对黑体（简称黑体）对于任何波长的电磁辐射都全部吸收的物体。2）黑体辐射定律普朗克定律在给定温度、单位时间、面积、波长范围内黑体的辐射通量密度为：2.2.1黑体辐射式中：Mλ：波长为λ的辐射通量密度。（W/cm2·μm）λ：波长。（μm）h：普朗克常数（6.6256×1

7、0-34J·s）c：光速（3×108m/s）k：玻尔兹曼常数（1.38×10-23J/K）T：绝对温度（绝对温度=摄氏温度+273.15）（K）几种温度下黑体辐射通量密度2.2.1黑体辐射斯忒藩-玻尔兹曼定律（普朗克公式积分）式中：σ：斯忒藩-玻尔兹曼常数（5.6697×10-12W/cm2·K4）T：黑体的绝对温度（K）对遥感来说，红外探测装置能探测出0.01℃的温度变化。2.2.1黑体辐射维恩位移定律（普朗克公式微分，求极值）解得：λmaxT=2897.8式中：λ：波长。（μm）T：绝对温度（K）常用这种方法选择遥感器和确定对目标物进行热红外遥

8、感的最佳波段。2.2.1黑体辐射2）物体的发射基尔霍夫定律在给定温度下，物体对任一波长的发射和吸收成正比，比值与物体的性质