遥感物理基础1.doc

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1、遥感物理基础绪论1、目的遥感“感”的理论依据遥感技术的理论基础和理论依据2、内容遥感技术的基本物理问题A电磁辐射性质及其微观机制电磁辐射的性质：波动性粒子性波粒二象性电磁波谱电磁辐射的传播：反射折射及散射吸收与色散偏振多谱勒效应原子结构与原子光谱分子结构与分子光谱固体结构与光谱B电磁辐射与物质相互作用机理地物反射光谱曲线及其测量地物反射辐射光谱特性反射辐射遥感的数学模型遥感空-地数据对比地物热辐射光谱特性热辐射反射辐射遥感的数学模型微波及雷达图像的特性C大气对电磁辐射传输的影响地球大气圈层结构及其成分大气与电磁辐射的相互作用大气对电磁辐射传输的影响吸收、散射、反射、折

2、射大气窗口D遥感信息形成机理遥感信息的形谱分离遥感信息传输规律与辐射特性地物光谱特征及其识别（反演）视（似）反射率图像成像光谱（高光谱）技术高光谱成像与成像光谱仪岩矿类地物光谱的分析与识别混合像元技术混合像元模型研究遥感信息定标与光谱数据库E遥感信息模型第一章电磁辐射特性与传播内容：电磁辐射的性质电磁辐射的传播1在经典电磁理论范畴内，依据麦克斯韦电磁场理论，讨论电磁辐射的波动性及其传播规律。包括反射、折射、吸收、散射和偏振2从爱因斯坦光子假说出发，讨论电磁辐射的量子性介绍电磁辐射的波粒二象性，揭示电磁辐射的本质。介绍电磁波谱一、电磁辐射的性质电磁场在空间的直接传播称电

3、磁辐射电磁波的动态形式具波动性和量子性双重性1、波动性A定性描述变化电场激发产生涡旋磁场，变化磁场又激发产生涡旋电场，电磁场之间相互激发，在空间传播，形成电磁波B麦克斯韦方程组1862年英国物理学家麦克斯韦总结了库仑、安培、法拉第及其他科学家的实验规律，并加以发展，提出关于电磁现象的基本规律，预言了电磁波的存在。还从本质上证明了光波和电磁波的统一性。麦克斯韦用四个方程描述电磁场的基本规律。在方程式中引入6个物理量：电场强度矢量E、电位移矢量D、磁场强度适矢量H、磁感应矢量B、电荷的体密度ρ、电流体密度矢量J。对线性各向同性介质，这些物理量满足：D=εE,B=μH,J=

4、σE,式中ε为物质的介电常数，μ为物质的磁导率，σ为物质的电导率。在各向同性介质中，D与E,、B与H的方向一致。麦克斯韦方程组的积分形式：=---高斯定理的积分表达=0---磁场的高斯定理=----法拉第电磁感应定律的数学表达式=---安培环路定律的推广式中l为长度，S是面积，V是体积，C为常数，C=3.0X108m/s。麦克斯韦方程组的微分形式：=4=0=-=常数C=3.0X108m/s。真空中的麦克斯韦方程组：由于真空中没有自由电荷ρ与传导电流J，且ε=μ=1，故方程组简化为：=0=0=-=在直角坐标系下，上述各式成为：=0,=0,=-,=-,=-=-,=-,=-

5、讨论：①横波=0且=0即沿x轴传播的电磁波没有Ex及Hx分量，不存在与传播方向一致的电磁场分量。②E⊥H⊥V③传播速度v=典型波动方程，说明电磁场是按波动规律传播的。它的解为：Ey=Ey0Hz=Hz0其中ω为振动的圆频率C电磁波的能流密度波动过程是能量传播的过程电磁波传递的是电磁能量能流密度是单位时间内流过垂直于传播方向的、单位面积上的能量能流密度矢量S（称坡印廷矢量）S=平面电磁波E与H在任何瞬时都构成右手坐标系，EXH与传播方向永远一致电磁波携带着能量向前传播，E、H垂直且数值相等故S与E2成正比，与H2成正比D偶极子的辐射P=qI偶极子周期性的变化产生电磁辐射P

6、=P0eiwt=qI0eiwt推导出：距偶极子距离R处电磁场E=H=p为P对t的二级微商==S=2、量子性A光电效应实验结论4条：光电效应产生的光电子数与光强成正比光电子动能随光频率线性增加，与光强度无关光电效应存在红限频率光电效应的驰豫时间极短，<10-9秒实验结论与波动理论完全对立，用波动理论无法解释光电效应解释：爱因斯坦光子说：光是一份份不连续传输能量的，具有量子性，每份能量E=hν，其中h=6.63X10-34JS为普朗克常数，ν为光子的频率。爱因斯坦光电效应方程：hν=mV2/2+W0B康普顿效应：X射线通过被散射的物体时，散射波的波长改变与散射角的方向有关

7、，而与被散射的物质无关。Δλ=2K·sin2K=0.0241X10-10M解释：光量子与物质中的电子发生弹性碰撞的结果C黑体辐射普朗克黑体辐射量子解释3、波粒二象性4、电磁波谱1889年赫兹用电磁振荡的方法产生了电磁波。经实验证明，电磁波的性质与光波的性质相同。随着对光本性认识的深化，光波和电磁波被统一起来。此后又发现的更多形式的波也具有电磁波的性质，如1891年发现的X射线，1896年发现的γ射线等。按电磁波在真空中传播的波长或频率，递增或递减排列，则构成了电磁波谱。该波谱以频率从高到低排列，可以划分为γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、无线电