第二章__遥感物理基础.doc

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1、第二章遥感物理基础授课科目：遥感原理与方法授课内容：遥感物理基础授课对象：地信专业授课时数：5学时授课地点：成信航空港校区授课时间：教案作者：仙巍目的与要求：掌握遥感物理基础中的电磁波和电磁波谱的概念，太阳辐射和地球辐射特征，大气对电磁波辐射传输的影响与大气窗口，地物反射波谱特征与典型地物的波谱特征。重点及难点：典型地物波谱特征及大气对电磁波辐射传输的影响；电磁辐射在地表-大气与遥感器之间的辐射传输过程、地物与电磁波谱相互作用机理。教学法：讲授法、演示法教学过程：2.1电磁波与电磁波谱一、电磁波及其特性•波的概念：波是振动在空间的传播。•电磁波是通过电场和磁场之

2、间相互联系传播的：原理•电磁辐射:电磁能量的传递过程（包括辐射、吸收、反射和透射）称为电磁辐射。•电磁波的特性Ø电磁波是横波Ø在真空中以光速传播Ø电磁波具有波粒二象性：电磁波在传播过程中，主要表现为波动性；在与物质相互作用时，主要表现为粒子性，这就是电磁波的波粒二象性。v波动性：电磁波是以波动的形式在空间传播的，因此具有波动性v粒子性：它是由密集的光子微粒组成的，电磁辐射的实质是光子微粒的有规律的运动。电磁波的粒子性，使得电磁辐射的能量具有统计性v波粒二象性的程度与电磁波的波长有关：Ø波长愈短，辐射的粒子性愈明显；Ø波长愈长，辐射的波动特性愈明显。二、电磁波谱•

3、电磁波谱：将各种电磁波在真空中的波长(或频率)按其长短，依次排列制成的图表。2、遥感常用的电磁波波段的特性Ø紫外线：0.01-0.38μm，碳酸盐岩分布、水面油污染。Ø可见光：0.38-0.76μm，鉴别物质特征的主要波段；是遥感最常用的波段。Ø红外线(IR)：0.76-1000μm。近红外0.76-3.0μm;中红外3.0-6.0μm；远红外6.0-15.0μm；超远红外15-1000μm。（近红外又称光红外或反射红外；中红外和远红外又称热红外。）Ø微波：1mm-1m。全天时、全天候遥感；有主动与被动之分；具有穿透能力；发展潜力大。三、电磁辐射源1）自然辐射源

4、Ø太阳辐射：太阳是被动遥感主要的辐射源，又叫太阳光，在大气上界和海平面测得的太阳辐射曲线如图所示。Ø地球的电磁辐射：小于2.5μm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；2.5-6μm之间，太阳和地球的热辐射都要考虑。2）人工辐射源主动式遥感的辐射源,被称为雷达探测;分为微波雷达和激光雷达。l微波辐射源：0.8-30cm、优点l激光辐射源：激光雷达—测定卫星的位置、高度、速度、测量地形等。2.2地物的光谱特性一、地物的反射光谱特性1.地物的反射率（反射系数或亮度系数）：地物对某一波段的反射能量与入射能量之比。反射率随入射波长而变化。

5、Ø影响地物反射率大小的因素：l入射电磁波的波长l入射角的大小l地表颜色与粗糙度地物的反射率总是小于等于12.地物的反射光谱：地物的反射率随入射波长变化的规律。•地物反射光谱曲线：根据地物反射率与波长之间的关系而绘成的曲线。地物电磁波光谱特征的差异是遥感识别地物性质的基本原理。Ø不同地物在不同波段反射率存在差异：•同类地物的反射光谱具有相似性，但也有差异性。不同植物；植物病虫害•地物的光谱特性具有时间特性和空间特性。q时间特性q空间特性•同物异谱，异物同谱二、地物的发射光谱特性地物发射电磁波的能力以发射率作为衡量标准；地物的发射率是以黑体辐射作为参照标准。1.黑体

6、：在任何温度下，对各种波长的电磁辐射的吸收系数等于1（100%）的物体。2.黑体辐射(BlackBodyRadiation)：黑体的热辐射称为黑体辐射。3、黑体辐射定律(1)普朗克热辐射定律表示出了黑体辐射出射度与温度的关系以及按波长分布的规律。黑体辐射的三个特性Ø辐射出射度随波长连续变化，每条曲线只有一个最大值。Ø温度越高，辐射出射度越大，不同温度的曲线是不相交的。Ø随着温度的升高，辐射最大值所对应的波长向短波方向移动。(2)斯忒藩-玻耳兹曼定律黑体总辐射通量随温度的增加而迅速增加，它与温度的四次方成正比。因此，温度的微小变化，就会引起辐射通量密度很大的变化。

7、是红外装置测定温度的理论基础。(3)维恩位移定律随着温度的升高，辐射最大值对应的峰值波长向短波方向移动。4、实际物体的辐射1）地物发射率：地物的辐射出射度（单位面积上发出的辐射总通量）W与同温下的黑体辐射出射度W黑的比值。它也是遥感探测的基础和出发点。l影响地物发射率的因素：地物的性质、表面状况、温度（比热、热惯量）：比热大、热惯量大，以及具有保温作用的地物，一般发射率大，反之发射率就小。按照发射率与波长的关系，把地物分为：Ø黑体或绝对黑体：发射率为1，常数。Ø灰体(greybody)：发射率小于1，常数Ø选择性辐射体：反射率小于1，且随波长而变化。2）基尔霍夫

8、定律：在一定温度下，地物