简介

无源微波遥感

非天体目标的辐射测量，特别是微波谱段的非相关电磁辐射的辐射测量技术,一般称之为无源微波遥感技术。近年来,随着空间技术的高速发展,使得微波半导体技术、微波器件和微波技术得到了极迅速的发展,从而使无源微波遥感技术成为一门新兴的科学。

无源微波遥感技术实际上是通过使用微波辐射计,用辐射测量技术(即不直接接触被研究的目标)感测被研究的目标在微波谱段内反射的、发射的或吸收的非相关电磁辐射,然后经过某种变换的数学处理,从中提取对被研究目标的有用信息。

无源微波遥感技术一般包含三个部分:

1.微波辐射的探测,常用的仪器为微波辐射计。

2.信息的处理和封读,即对所获得的信息作各种校正和处理,以便识别各种目标的类别和属性。

3.辐射特性的研究,即对各种目标辐射的、反射的非相关波谱进行大量实况调查和测量的基础工作。

无源微波遥感具有全天时、全天候工作能力,并对某些海洋参数和状态(盐度、温度、油溢等)具有独特的大面积、快速、定量检测的能力。

辐射测量

辐射测量术是测量由一定目标或介质所反射的、发射的或吸收的非相关电磁辐射的专门技术。辐射计则是进行这种测量的一种高灵敏度接收机或其它形式的检测设备。在无线电技术发展史上,辐射测量技术在本世纪三十年代首先用于对天体现象的无线电观测,即所谓射电天文观测,后来发展成为射电天文学这一天文学中新兴的重要学科。

基本原理

物理基础

我们知道,对于具有表面发射率ε值大于零,处于绝对零度以上的任何物体都有热辐射,这种热辐射就是在一定波长范围内的非相关电磁辐射。电磁辐射是自然界普遍存在的一种物质运动形式。

电磁辐射的波长,从最短的宇宙线(仅约千分之一埃)连续地延伸到最长的无线电波(长达数公里)组成完整的电磁波谱。肉眼能够看得见的电磁辐射叫“可见光”,其余波段的电磁辐射,如γ线、X线、紫外线、红外线、无线电等,肉眼一概看不见。又因为一切物体,由于成份、结构、温度等特性各异,对电磁波的吸收、反射、发射或透射都有各种特定的波长。同时,物体对于外来的辐射既有吸收又有反射的作用。

如果有这样一个物体能够把投射于其上面的电磁波全部吸收而毫不反射,则称为绝对黑体。一个能够保持其中电磁能量不穿过包围壳体的空腔可以看作黑体。黑体表面既是一个理想的辐射体,又是一个理想的吸收体,任何物体在与周围保持热平衡的情况下,有ε=σ=1-ρ(其中ε是辐射系数,σ是吸收系数,ρ是反射系数)。这就是无源微波遥感技术的物理基础。

虽然有些物体,例如大气的微波辐射强度比红外弱得多,大约为8个量级以下,但是由于微波辐射计的灵敏度要比红外探测器高约九个量级以上,因此使用微波遥感辐射计弥补了物体辐射强度弱的缺陷。在实际工作中,多种遥感技术往往互相配合使用,互为补充,从而获得更为精细和丰富的信息。

无源微波遥感设备是由锐方向性天线和高灵敏度接收机两个主要部件构成。对于在接收天线波瓣内一个表面或目标,从瑞利—金斯表达式可见,接收到的辐射能量,即黑体媒质辐射进入天线的总功率能够用下式表示: