遥感技术物理基础

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1、第二章遥感技术物理基础1、立体角与截面——   立体角点状物体辐射通常是以球面波形式向外均匀传输能量。为定量化地在一个方向上的某个面接收到的辐射能量的大小，引出立体角概念。定义:为立体角即辐射球面上的一个面△S占全部球面，如此称为立体角（附图1）这个定义与平面上定义一个弧度制的平面角在概念上是一致的。当R足够大，△S可以当平面来处理。立体角表达点状地物向各方向辐射量，在以点状地物位置为球心的某一球面上的某一局部球面上获取辐射能的比例。同样道理，立体角可以表达球上局部面向外辐射能量，在其垂直方位上的一个点接收到的能量比例。这就是为什么遥感传感器（包括人肉眼）距离地物越近

2、，则地物相对于传感器立体角越大，收到地物辐射能越多，地物辨别越清楚。——截面注意以上立体角概念中，辐射面对于一个点A的立体角要求这一点A必须在辐射面的法线方向上。如果点A不在法线方向上应做如何处理？这就引出截面概念。所谓截面就是将辐射面投影到一个平面S的法线通过点A。显然辐射面投影到平面S后面积减少了。两面积之间数量关系为：A为辐射面面积；S为截面面积；为辐射面与截面法线的交角。2、波长与波段电磁波波长与频率的关系：为波长，c为光速（310m/s），f为频率。0.003～0.38紫外0.38～0.43紫0.43～0.47兰0.47～0.50青0.50～0.56绿0.5

3、6～0.59黄0.59～0.62橙0.62～0.76红0.76～3近红外3～5中红外8～14远红外0.3～100cm微波与雷达——电磁波波谱注意：波段划分并不是唯一的可见光是一个很窄的波长范围（0.38～0.76）红外中8～14又称热红外。3、黑体辐射———黑体概念黑体是对外界辐射量完全吸收的理想物体，自然界并不存在。自然界存在着灰体，即一部分能量吸收，一部分能量反射。灰体辐射的规律接近黑体。———黑体辐射定律，即普朗克定律。W为波长为时的辐射功率密度，单位w/cm²·为波长，单位为c为光速2.9810m/sh为普朗克常数6.625610J·sK为波尔兹曼常数1.38

4、10J/KT为绝对温度，单位为K此式有两个自变量：、T，其它都是常数因而可写为：W=ƒ(,T)其函数曲线可表示为注意：公式的量纲平衡；波段宽度与W的关系。W6000k4000k..._对普朗克定律的讨论：1）黑体辐射的能量只与波长、温度有关，与物质组成无关，发射能量是一个连续的波长谱；2）对普朗克公式积分可得到：由此可引出亮温的概念，所谓亮温即此温度下的总辐射量。再差分：为斯忒蔼—波尔兹曼常数，单位为上式意义为辐射能量随温度变化的梯度很大。3）对普朗克函数求波长曲线极值，得到：此式称为维恩定律，或称为光谱位移定律。用它可测定太空星体表面温度，也可用来选择对特定地物的监

5、测波段，如火灾检测。4、太阳辐射———太阳常数太阳常数（SolarConstant）即距离太阳在地球与太阳的平均距离上，单位面积上的光能量功率。太阳光能到达地面上的能量功率为：———太阳能量光谱的波段分布0.2~1.4占有90.8%1.4~1.8占有5.2%1.8~2.5占有2.6%3.0~4.2占有1.1%4.5~5.5占有0.18%7.5~14占有0.11%可见太阳光绝大部分能量分布在0.2~1.4上。其中在可见光部分（0.4~0.76）集中46%能量。5、大地辐射0~3占有0.2%3~5占有0.6%5~8占有10%8~14占有50%14~30占有30%30~10

6、0占有9%>1mm占有0.2%大地也近似可看为黑体，向外辐射能量。大地辐射能量分布为：这就是热红外的波段划分的依据。注意：遥感夜晚成象可以反映地表温度。6、大气效应——大气散射效应瑞利散射（Rayleigh-Scattering）选择性散射要求条件为微粒半径r<<为散射光光强（IntensityofScatteringlight）为波长~由此可见，瑞利散射对紫外、紫、兰光散射量很大，而对红光、红外散射量极小。这是晴朗无污染天气天空呈兰色的原因，也是清洁水发兰的原因。——大气吸收与大气窗口大气吸收是指除去太阳光穿过大气到达地面、大气反射返回太空的部分。大气吸收对于太阳光

7、中各波段是有选择性的。即有的波段吸收比率很大，即大气对这部分光是不透明的，而对另一些波段吸收比率小，即对这部分光是透明的，而这些大气对电磁波吸收比率小的波段称之为大气窗口。一般灰尘、水蒸汽可满足此条件，这种物质在化学上有胶体的性质，称气溶胶。非选择散射致使天空呈灰白色。遥感利用这两种散射效应可测试大气污染程度。米氏散射（miler-scattering）非选择性散射，要求条件微粒半径r>大气位太阳光的作用大致情况为：20~30%返回太空；20%漫散射到达地面（天空光）17%吸收40%直接到达地面大气窗口0.15~0.20远紫外透射率70%0.30~1