雷达图像：地物散射特性的反映

辐射计图像：地物表观亮度温度的反映

1 散射特性

对于侧视雷达，地物波谱特性主要表现为地物对某一波长不同极化方式或某几个波长的不同散射特性。

1.1 光滑表面

光滑表面（比如，平静的水面、水泥路面）会对波长3cm 的侧视雷达波束形成镜面反射，没有回波信号，在图像上一般呈黑色。但是，随着入射角的变化，信号有所不同；入射角接近0°(垂直)时，信号会非常强，σ可以高达20dB(分贝)；入射角减小到50~60°时，回波信号已经非常弱。

注：上面两图的入射波均为3cm波长。

光滑表面在 HH 和 VV 极化下的散射系数相差5dB左右，同向极化和交叉极化的散射系数相差较大，可达10~15dB。

1.2 粗糙表面

1.2.1 粗糙表面散射的一般性质

绝大多数地物都可以认为是粗糙表面。粗糙表面的散射特性曲线通常相对平缓。

由上图3-4-3可见，垂直入射（入射角为0°）和切向入射（入射角为90°）时，曲线的斜率变化不大，说明粗糙表面的散射系数 ① 对入射角的敏感性较小。

如下图3-4-4，一般的粗糙表面，② 同极化和交叉极化的散射系数差异较小，大约5~15dB。同极化和交叉极化的曲线呈平行趋势。

一般，农作物的散射回波是植物与土壤回波的叠加；土壤的影响主要表现在接近垂直入射角时的回波信号中；农作物的叶穗形状、密度、方向、含水量等都会影响散射信号。

注意：水稻同极化和交叉极化的散射曲线并不平行；且垂直入射和切向入射时的曲线斜率差异较大，在接近垂直入射角时，散射系数增大；主要是由水稻田中水的反射导致的。

1.2.2 粗糙表面散射的一般影响因素

(1) 地物目标的含水量

一般，地物目标的含水量高，散射系数值更大。如图3-4-5，绿草比干草的散射系数高5~10dB。绿草在入射角<10°时，土壤镜面反射的贡献较大，其散射系数是绿草与土壤的叠加。

(2) 雷达波的频率/波长

雷达波束的波长越长（频率越小），散射系数更小。

1.2.3 几种典型地物的散射特性

(A) 农作物

不同生长期，农作物的高度不同，散射特性也不同。如图3-4-6，小麦的散射特性基本稳定，即：在不同生长期，曲线的形状基本不变；在不同的入射角，曲线的斜率基本不变；只是曲线位置会略有变动。

注意，若有病虫害，农作物的叶片密度、形状等会发生变化，其散射特性就会呈现不同趋势。

农作物长势不同，散射特性也不同。如图3-4-7所示。

(B) 森林

森林密度的不同、所处地形的不同、雷达波束的波长不同，回波信号也不同。若雷达波束可以穿透森林，则体散射信号可能较强。树种不同、树叶大小不同、枝叶结构不同，引起的回波不同。不同极化方式的回波信号也不同，一般 HH 比 VV 大一些。

土壤的散射特性主要与入射角、地表粗糙度、含水量等因素有关。

如图3-4-9， ① 裸露土壤的散射系数随入射角增大而增大。 ② 曲线随着粗糙度增加(K3 - K1)而逐渐平缓；不论在哪一中极化方式，不同粗糙度的曲线都相交于同一入射角。

③ 在同一入射角下，土壤散射系数随着湿度因子mf 的增大而增大；大量研究表明，这种关系一般是线性关系。一般，在侧视雷达图像上，可以将土壤含水量的已知点作为参照，以量测其他点的含水量。

(D) 岩石

岩石的散射特性与岩石的表明形状和粗糙度、组成岩石的元素、雷达入射角等多种因素有关。裸露岩石形状各异，整块的岩石可以构成不同的角反射器，碎块的堆积则会造成不同的粗糙度；因此，单一类型的岩石的散射系数值较难获取；一般必须使用机载散射计进行量测，如上图。且岩石上通常覆盖有植物和土壤，分析不同岩石时，常需分析覆盖信息。

(E）海浪

海浪可以看做是粗糙度相对均匀的表面。海面散射系数与雷达入射角、海面粗糙度(风速)、观测方向与风向的夹角等因素有关。一般，逆风的散射系数高于其他方向。

海风是影响海面粗糙度的主要因素，受重力控制的重力波、受海水表面张力控制的表面张力波也会影响海面粗糙度。① 当海面出现油污时，油污对表面张力存在阻尼作用，会减弱回波；因此，油污覆盖的海面在雷达回波图像上呈现黑色。② 海面上的 漂浮杂物会增强回波，造成雷达图像上的亮点。③ 风浪较大时，VV ≈ HH；海面平静时，VV > HH。

(F) 冰层（水面结冰）

通常，大面积冰层的表面非常光滑，其散射特性与平静水面相似，回波信号很弱或没有，在雷达图像上呈现黑色。

当冰层融化时，海面、河面出现浮冰块，不再是成片的光滑冰面、镜面反射大大减弱，水面粗糙度大大增加，雷达回波信号显著增强。此时的散射特性与粗糙地物类似，雷达图像上时常会夹杂着亮点。这种特性可以用于预测河流的通航期。

(G) 雪层

雪层是地表各种地物的覆盖层，通常雷达波束可以穿透雪层，因此雷达图像上除了雪的回波，还会有雪层之下的地物的回波。雪层相当于对地表面起到了一种平滑作用。雪层的回波信号受到雪层含水量、雪层厚度、地物结构、地形等因素的影响。

农业中雪层的探测是土壤熵情估计的依据。雪层探测也可应用于水资源估计、洪水预报等。

2 亮度温度

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