第二章遥感电磁辐射基础1.ppt

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1、遥感电磁辐射基础1中国农业大学信息与电气工程学院张超地理信息工程系04八月2021遥感电磁辐射基础1电磁波和电磁波谱2电磁波辐射源3大气对太阳辐射的作用4地物波谱特征1电磁波和电磁波谱1.1.1电磁波波：是振动在空间的传播。如声波、水波、地震波等。机械波：振动的是弹性媒质中质点的位移矢量。电磁波：电场矢量和磁场矢量在空间的传播。1887年由赫兹试验证实1.1.1电磁波牛顿的微粒说光是由发光物体发出的遵循力学规律的粒子流。惠更斯的波动说光是机械波，在弹性介质“以太”中传播。光的两种学说四、光的本性光的电磁理论——波动性干涉、衍射、偏振光的量子理论——粒子性黑体辐射、光电效应、康普顿效应光是电

2、磁波，具有波动和粒子的两重性质，称为波粒二象性。1）不需要传播介质2）横波3）波动性4）粒子性5）叠加原理6）相干性和非相干性7）衍射和偏振（遥感器的几何图象分辨率，波长越长，偏振现象越显著，偏振和雷达成像）8）多谱勒效应（合成孔径侧视雷达）1.1.2电磁波的特点和遥感意义动量：P能量：Eh:普朗克常数，6.6260755×10－34Jsc:光速；v:频率能量和动量是粒子属性，频率和波长是波动属性。Y射线、X射线、紫外线；可见光，红外线；微波和无线电波。电磁波的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

3、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。设计遥感器的空间分辨率具有重要意义。最小分辨角:d物镜的有效孔径电磁波偏振电磁波遇到“狭缝”的障碍物时，能够通过狭缝地振动分量，称为电磁破的偏振。非偏振光，偏振光，部分偏振电磁波的多普勒效应电磁波因辐射源（或者观察者）运动，而使观察者接受到的频率发生变化，这种现象称为多普勒效应。声波的多普勒效应（火车开来和远离时汽笛声音变化）。雷达测速合成孔

4、径雷达的工作原理波函数由振幅和位相组成，一般遥感器仅仅记录电磁波的振幅信息，丢失位相信息。全息摄影中，同时记录了振幅信息和位相信息。1.1.3遥感记录的电磁波信息辐射能量Q电磁辐射是具有能量的，它表现在：•使被辐照的物体温度升高•改变物体的内部状态•使带电物体受力而运动……辐射能量（Q）的单位是焦耳（J）电磁波辐射度量辐射通量(radiantflux)Φ在单位时间内通过的辐射能量称为辐射通量：Φ=Q/t辐射通量（Φ）的单位是瓦特=焦耳/秒（W=J/S）辐射通量密度(irradiance)E、(radiantexitance)M单位面积上的辐射通量称为辐射通量密度：入射度，E（接收电磁波

5、）；出射度，M（辐射源）E辐照度=Φ/AM辐射出射度=Φ/A辐射通量密度的单位是瓦/米²（W/m²）辐射源辐照度辐射出射度被辐照物辐射体法向物体θ辐射亮度(radiance)L单位面积、单位波长、单位立体角内的辐射通量称为辐射亮度：L=³Φ/(AcosθλΩ)辐射亮度（L）的单位是瓦/米²•微米•球面度（W/m²•μm•Sr）辐亮度L与观测角θ无关的辐射源为朗伯源体亮度L面辐射源θ立体角ΩA辐射源立体角一个半径为r的的球面，从球心向球面做任意形状的锥面，锥面与球面相交的面积为A，则A/r2就是此锥面的立体角。一般用符号Ω表示，单位为球面度sr。一个球面的面积为4πr2，因此

6、球体的立体角为4πAcosθ辐射强度(radiantintensity)I辐射强度是描述点辐射源的辐射特性的，指在某一方向上单位立体角内的辐射通量：I=Φ/Ω辐射强度（I）的单位是瓦/球面度（W/Sr）辐射强度点辐射源Ω=A/R²2π、4π各向同性源？（分谱）辐射通量辐射通量是波长λ的函数，单位波长间隔内的辐射通量称为分谱辐射通量：Φλ=Φ/λ分谱辐射通量的单位是瓦/微米（W/μm）λ1-λ2波段间隔内的Φ(λ1-λ2)?总辐射通量Φ？辐射通量波长分谱？？？分谱辐射通量分谱辐照度、分谱辐射出射度分谱辐射强度“分谱”两字可以忽略M、L、I之间的关系M：辐射出射（通量密）度：M辐射出射

7、度=Φ/AL：辐射亮度：L=³Φ/AcosθλΩI：辐射强度：I=Φ/ΩL与I之间的关系：L=2Φ/(Ω(Acosθ))=I/(Acosθ)L与M之间的关系：M=∫2πL(θ)cosθdΩ对于朗伯体，L(θ)各项同性M=L∫2πcosθdΩ=πL对于朗伯体，其出射度为辐射亮度的π倍小结辐射度量一览表辐射量符号定义单位辐射能量Q焦耳(J)辐射通量Φ(2)Q/t(λ)瓦(W)辐照度E(2)Φ