《電磁波及電磁波譜》PPT課件

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1、第二章電磁波及電磁波譜2.1概述2.1.1電磁波1）電磁波交互變化的電場和磁場在空間的傳播。2）電磁波的特性（1）波動(dòng)性：①是橫波，具有波長、頻率（周期）、振幅、相位、角頻率等參數(shù)。②電磁波的波動(dòng)性形成光的干涉、衍射、偏振等現(xiàn)象。（2）粒子性：光電效應(yīng)：光子作為一種基本粒子，具有能量和動(dòng)量。能量：動(dòng)量：2.1.2電磁波譜1）電磁波譜按電磁波的波長的大小，依次排列畫成圖表，這個(gè)圖表叫做電磁波譜。2）電磁波譜序列按波長遞增的序列依次為：γ射線—X射線—紫外線—可見光—紅外線—微波—無線電波。電磁波譜2.1.2電磁波譜近紅外：0.76-3μm，中紅外：3-6μm，遠(yuǎn)紅外：6-15μm，超遠(yuǎn)紅

2、外：15-1000μm。任何溫度高于絕對(duì)零度(即-273.15℃)的物體都能產(chǎn)生紅外輻射，例如太陽、大地、云霧、冰塊、建筑物、車輛等，由于其內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，都會(huì)產(chǎn)生紅外輻射。人眼卻無能感知紅外輻射。微波：波長在1mm-1m的波段范圍內(nèi)。該范圍內(nèi)可再分為：毫米波、厘米波、分米波。用特定的字母表示，如Ka，K，Ku，X，C，S，L，P。2.1.3電磁波傳播的基本性質(zhì)1）電磁波的疊加電磁波的獨(dú)立傳播原理：數(shù)列波在傳播過程中，相遇后仍能保持它們各自原有的特性（頻率、波長、振幅、振動(dòng)方向等）不變。電磁波可以用無窮個(gè)正弦波疊加構(gòu)成，每個(gè)正弦波有它自己的振幅、頻率和相位。2.1.3電磁波的基本

3、性質(zhì)2）干涉定義：頻率、振動(dòng)方向、相位相同或相位差恒定的兩（或數(shù)）列波相遇時(shí)，合成波某些地方振動(dòng)始終加強(qiáng)，另一些地方振動(dòng)始終減弱的現(xiàn)象。干涉的條件：電磁波必須是單色波。例如：激光，雷達(dá)。優(yōu)點(diǎn)：能量增大，使圖像清晰，方向性強(qiáng)。缺點(diǎn)：同一物質(zhì)，表現(xiàn)性質(zhì)不同。2.1.3電磁波的基本性質(zhì)3）衍射定義：電磁波在傳播過程中遇到障礙物時(shí)，其傳播方向發(fā)生改變，能夠繞過障礙物的邊緣繼續(xù)前進(jìn)，這種現(xiàn)象稱為電磁波的衍射。主要用于傳感器的設(shè)計(jì)和提高圖像分辨率。（1）發(fā)生衍射時(shí)，電磁輻射通量的數(shù)量、質(zhì)量、方向發(fā)生變化，測量結(jié)果不準(zhǔn)，對(duì)目標(biāo)解譯帶來困難。（2）影響遙感所用儀器的分辨能力。（θ：最小分辨角，λ：波長

4、，D：儀器孔徑）（3）縮小陰影區(qū)域。2.1.3電磁波的基本性質(zhì)4）極化（偏振）定義：當(dāng)電磁波在空間傳播時(shí)，其電場強(qiáng)度矢量振動(dòng)方向的瞬時(shí)取向，這種現(xiàn)象稱為的極化（偏振）。表示：通常用電場強(qiáng)度矢量端點(diǎn)隨著時(shí)間在空間描繪出的軌跡來表示電磁波的極化。分類(根據(jù)軌跡)：平面極化（線極化）、圓極化、橢圓極化。2.1.3電磁波的基本性質(zhì)平面極化（也稱線極化）：電磁波的極化方向保持在固定的方向上的極化。水平極化和垂直極化都是平面極化的特例。平面極化方式分為：（1）垂直（V）極化：極化面與地面垂直的極化。（2）水平（H）極化：極化面與地面平行的極化。2.1.3電磁波的基本性質(zhì)極化的組合類型：HH極化：發(fā)

5、射波為水平極化，接收回波為水平極化；VV極化：發(fā)射波為垂直極化，接收回波為垂直極化。正交極化：VH極化：發(fā)射波為垂直極化，接收回波為水平極化。HV極化：發(fā)射波為水平極化，接收回波為垂直極化。2.1.3電磁波的基本性質(zhì)極化方式不同，微波遙感影像不同。具體應(yīng)用中，須經(jīng)過測試，才能知道地物對(duì)雷達(dá)回波的極化特性的影響。極化的產(chǎn)生：通過偏振器產(chǎn)生。極化的效應(yīng)：遙感影像便于立體觀察。2.1.3電磁波的基本性質(zhì)5）多普勒效應(yīng)電磁輻射因輻射源或觀察者相對(duì)于傳播介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，而使觀察者接收到的頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為多普勒效應(yīng)。式中：f：電磁波輻射源的頻率f1：觀察者接收到的頻率c：波速v：輻射源相對(duì)于介

6、質(zhì)的速度v1：觀察者相對(duì)于介質(zhì)的速度例如：雷達(dá)測速儀2.2物體的發(fā)射輻射2.2.1黑體輻射1）絕對(duì)黑體（簡稱黑體）對(duì)于任何波長的電磁輻射都全部吸收的物體。2）黑體輻射定律普朗克定律在給定溫度、單位時(shí)間、面積、波長范圍內(nèi)黑體的輻射通量密度為：2.2.1黑體輻射式中：Mλ：波長為λ的輻射通量密度。（W/cm2·μm）λ：波長。（μm）h：普朗克常數(shù)（6.6256×10-34J·s）c：光速（3×108m/s）k：玻爾茲曼常數(shù)（1.38×10-23J/K）T：絕對(duì)溫度（絕對(duì)溫度=攝氏溫度+273.15）（K）幾種溫度下黑體輻射通量密度2.2.1黑體輻射斯忒藩-玻爾茲曼定律（普朗克公式積分）式

7、中：σ：斯忒藩-玻爾茲曼常數(shù)（5.6697×10-12W/cm2·K4）T：黑體的絕對(duì)溫度（K）對(duì)遙感來說，紅外探測裝置能探測出0.01℃的溫度變化。2.2.1黑體輻射維恩位移定律（普朗克公式微分，求極值）解得：λmaxT=2897.8式中：λ：波長。（μm）T：絕對(duì)溫度（K）常用這種方法選擇遙感器和確定對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行熱紅外遙感的最佳波段。2.2.1黑體輻射2）物體的發(fā)射基爾霍夫定律在給定溫度下，物體對(duì)任一波長的發(fā)射和吸收成正比，比值與物體的性質(zhì)