2019-2020年高二物理 （人教大綱版）第二冊 第十八章 電磁和電磁波 六、電視、雷達(備課資料).doc

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●備課資料 2019-2020年高二物理 （人教大綱版）第二冊 第十八章 電磁和電磁波 六、電視、雷達(備課資料) 一、遙感的基本原理 遙感（Remote Sensing)的含義是遠距離“敏感”的意思，直觀的意義是遠距離的“感光”或“拍照”.照相是日常生活中為大家所熟識的一種遙感技術.將此距離移至更遠，移至空間，就是航空拍照和衛(wèi)星拍照.但是衛(wèi)星拍照有回收問題，將拍下來的膠卷返回地面.有時拍下來的地面物體并非所需要的；有時因云層的覆蓋根本就拍不到地面物體，從而造成很大的浪費.后來發(fā)展了傳輸型的衛(wèi)星拍照，將衛(wèi)星拍攝的地物景像調(diào)制成數(shù)字信號，實時地從衛(wèi)星向地面發(fā)送下來，稱為衛(wèi)星遙感. 由于遙感器特點不同，遙感技術可分為主動式和被動式兩種.利用物體本身具有電磁波輻射性能對物體進行拍照，稱為被動式遙感技術.光學拍照是被動式的一種.遙感器主動發(fā)射一系列波長長于光波的電磁波，并不斷檢測該電磁波碰到地面物體后反射電磁波的能量，經(jīng)過能量轉換和信號處理后成像，稱為主動式遙感技術.其原理與雷達原理相似，所以也稱雷達遙感技術. 攜帶遙感器的工具有氣球、飛機、衛(wèi)星和空間站，分別稱為航空遙感和衛(wèi)星遙感. 二、資源衛(wèi)星技術的發(fā)展 以研究地球資源和環(huán)境特征為目的的遙感衛(wèi)星稱為資源衛(wèi)星.資源衛(wèi)星技術的產(chǎn)生和發(fā)展綜合了現(xiàn)代航空技術，包括材料結構、動力發(fā)動機、化學燃料、控制技術、電子和計算機產(chǎn)業(yè)等高科技的發(fā)展. 資源衛(wèi)星由于它的應用特點，需要對準地面照相、需要向地面?zhèn)鬏敂?shù)據(jù)，因此它需要相當復雜的電子系統(tǒng)、姿態(tài)控制和軌道控制系統(tǒng)，跟蹤和遙測系統(tǒng).資源衛(wèi)星的誕生只有在近20年來現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的誕生和發(fā)展的基礎上方能成為可能.美國1984年發(fā)射成功具有應用價值的陸地衛(wèi)星Landsat-4，載有分辨率為30 m的稱為主題制圖儀（TM）.法國于1986年發(fā)射成功的資源衛(wèi)星SPOT-1，分辨率為20 m和10 m.加拿大于1995年雷達衛(wèi)星（Radarsat)上天.我國于xx年與巴西合作發(fā)射成功我國的資源1號衛(wèi)星，這些都是中國科學院遙感衛(wèi)星接收站的主要資源衛(wèi)星數(shù)據(jù)來源. 資源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)具有以下特點： 1.數(shù)據(jù)容量大，要求衛(wèi)星和地面站具有足夠的數(shù)據(jù)存儲能力. 2.數(shù)據(jù)流速度高，要求衛(wèi)星發(fā)射和地面接收數(shù)據(jù)具有高速度能力. 3.重量輕，體積小的超大規(guī)模集成電路的采用. 4.衛(wèi)星上必須采用低能耗，高速度、大容量的微型計算機. 5.地面站必須配備大型接收天線，以便精密跟蹤和及時地接收衛(wèi)星發(fā)送下來的數(shù)據(jù)，同時還必須及時地將衛(wèi)星過境時的全部數(shù)據(jù)儲存下來. 6.地面站必須配備大容量高速度計算機系統(tǒng)，以便存儲大量的遙感數(shù)據(jù). 三、遙感傳感器的基本類型和原理. 圖像SPOT-1衛(wèi)星和我國資源1號衛(wèi)星采用CCD（微型高精度固體光學圖像傳感器）行排列方式，稱為推掃式. 每一片CCD在地面分辨率為20 m.每一波段由3000片CCD拼揍成一行.行的方向與衛(wèi)星飛行方向垂直.當衛(wèi)星飛行時，一行的CCD同時成像，所以一行的寬度相當于地面的60 km，如此一行一行往前推，稱為推掃方式.SPOT-1除了分辨率為20 m的綠光、紅光這幾個波段，還有一個分辨率為10 m的黑白波段，由6000片CCD拼接為一行. 美國陸地衛(wèi)星（Landsat-5)有7個波段，分辨率為30 m的6個波段中，每個波段有16個檢測器.分辨率為120 m的熱紅外波段有4個檢測器，共有100個檢測器.排列在同一掃描平面上，當衛(wèi)星向前飛行時掃描鏡向與飛行方向相垂直的方向做掃描運動，100個檢測器同時感光成像，因此每一次掃描成像為100波段行，行寬對應地面為185 km. 加拿大雷達衛(wèi)星Radarsat與上面兩種衛(wèi)星的原理不同，它是從衛(wèi)星上主動地向地面發(fā)射雷達波束，并接收該波束從地面反射回來的波束，測量這兩波束的時間差從而測得地面兩物體間的距離，因此稱為主動式遙感器.雷達的基本原理是測量距離，所以還需將它轉換為圖像信號.雷達圖像的地面分辨率與雷達天線孔徑有關，而且在衛(wèi)星的前進方向的分辨率與垂直于此方向上的分辨率是不同的.在衛(wèi)星前進方向上.雷達電磁波的頻率因前進速度而發(fā)生變化，其結果相當于使天線孔徑變化，稱為合成孔徑.由于衛(wèi)星前進速度很高，從而大大地提高了合成孔徑雷達的前進方向地面分辨率.目前Radarsat衛(wèi)星的合成孔徑雷達的分辨率為10 m~100 m.它的優(yōu)點是不受空氣介質(zhì)和云層的影響，也不受太陽光照的影響，因此夜間也能成像. 四、地面站接收系統(tǒng) 1.天線系統(tǒng) 當衛(wèi)星經(jīng)過地面站天空時，程控指令使衛(wèi)星遙感器工作，衛(wèi)星上的發(fā)送裝置和天線設備將遙感數(shù)據(jù)調(diào)制成x波段的頻率（8025~8400 MHz）向地面站串行發(fā)送.同時地面站10 m直徑拋物形巨型天線將自動地對準和跟蹤衛(wèi)星，實時地接收衛(wèi)星發(fā)送下來的遙感數(shù)據(jù)，經(jīng)實時地解調(diào)、分路，儲存在地面的儲存裝置里. 2.遙感數(shù)據(jù)預處理系統(tǒng) 地面接收系統(tǒng)將衛(wèi)星過境時發(fā)下來的數(shù)據(jù)儲存并記錄在高密度磁帶上以后，首先在處理站進行預處理. 預處理系統(tǒng)有如下功能： （1）快視功能：由于遙感數(shù)據(jù)流速度很高，在接收時經(jīng)解調(diào)后并行地記錄在高密度磁帶上.此時須將高密度磁帶慢速回放，以便將并行數(shù)據(jù)轉換為串行數(shù)據(jù)，經(jīng)格式同步器還原成分幅圖像.在此過程中同時將圖像數(shù)據(jù)進行抽樣，送入監(jiān)視器上顯示，稱為快視，以便監(jiān)察圖像質(zhì)量和云層覆蓋程度. （2）輻射校正：由于不同衛(wèi)星上遙感器對地面物體輻射能量敏感程度存在差異，圖像會出現(xiàn)明顯條紋，因此每一檢測單元都必須按一定標準進行校正. （3）系統(tǒng)校正：根據(jù)遙感數(shù)據(jù)中的輔助參數(shù)（如地球自轉，成像儀器在地球投影點的經(jīng)度和緯度參數(shù)）計算每一成像單元的幾何位置，生成整幅圖像的柵格網(wǎng)點，以便對圖像的幾何形狀進行校正. （4）幾何校正：由于衛(wèi)星姿態(tài)變化引起的拍攝過程中像元之間內(nèi)部幾何位置變化，從而造成圖像內(nèi)部變形. （5）大地校正：根據(jù)衛(wèi)星軌道及姿態(tài)參數(shù)計算圖像在地面上的經(jīng)度和緯度. （6）重采樣處理：將經(jīng)過校正計算的結果得出的以像元為單位的整幅圖像的柵格網(wǎng)點逐行將逐個像元按正方格網(wǎng)點重新排列，形成預處理產(chǎn)品，提供用戶使用. 遙感影像精處理功能： 預處理產(chǎn)品可滿足大部分應用要求.只有對那些特殊用途和涉及到大地定位精度較高的用途，對預處理產(chǎn)品還需要進行精處理. 精處理包括： （1）基準點（又稱控制點）校正 在一幅影像范圍內(nèi)找出若干與地物目標相應的點稱為基準點，地面的基準點地理位置是已知的.它們與影像匹配后產(chǎn)生新的整幅影像柵格網(wǎng)點，然后按重采樣處理產(chǎn)生精處理產(chǎn)品.這些基準點約6~8個. （2）大地坐標（或稱地圖投影坐標）校正 根據(jù)用戶對地圖投影的要求計算地圖坐標的柵格網(wǎng)點，然后重采樣處理. （3）SPOT影像主體像處理 法國SPOT衛(wèi)星上，在衛(wèi)星前進方向的左右兩側裝有左右成像儀，同時拍攝到左右影像.這種處理需要特殊的算法，根據(jù)用戶要求產(chǎn)生主體影像或主體信息，例如等高線等等. （4）其他精處理 根據(jù)用戶要求還有許多方面的處理，例如地物信息的分類、輪廓增強、不同波段數(shù)據(jù)或不同分辨率的數(shù)據(jù)合成、面積計算等等. 精處理產(chǎn)品精度較高，其位置誤差可達1~2個像元. 摘自《物理教學》第8期第24卷