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1 引言2

1.1 遥感数据类型与分类2

1.2 遥感简史5

1.3 遥感空间平台18

1.4 地球和行星大气的传输机制18

参考文献及扩展阅读20

2 电磁波的原理与属性21

2.1 电磁波基本原理21

2.1.1 电磁波谱21

2.1.2 麦克斯韦方程22

2.1.3 波动方程及其解23

2.1.4 电磁辐射量子特性23

2.1.5 极化24

2.1.6 相干27

2.1.7 群速度和相速度28

2.1.8 多普勒效应29

2.2 辐射术语及定义31

2.2.1 辐射量31

2.2.2 光谱量32

2.2.3 发光量33

2.3 电磁辐射的产生33

2.4 电磁辐射的探测35

2.5 电磁波与物质的相互作用：概览36

2.6 电磁波谱作用机理38

练习41

参考文献及扩展阅读43

3 固体表面遥感：可见光近红外波段46

3.1 源光谱特征46

3.2 波面交互机制48

3.2.1 反射、透射与散射48

3.2.2 振动过程52

3.2.3 电子过程55

3.2.4 荧光59

3.3 固体表面材料特征61

3.3.1 地质材料特征61

3.3.2 生物材料特征62

3.3.3 穿透深度67

3.4 被动成像传感器70

3.4.1 成像的基本原理70

3.4.2 传感器元件71

3.4.3 探测器75

3.5 成像系统分类79

3.6 可见／光红外成像传感器简介82

3.6.1 Landsat增强型专题制图仪（ETM＋）83

3.6.2 先进星载热发射和反射辐射仪（ASTER）86

3.6.3 火星轨道摄像机（MOC）88

3.6.4 火星探测漫游者全色成像仪（Pancam）89

3.7 主动传感器90

3.8 极短波表面遥感91

3.8.1 辐射源91

3.8.2 探测92

3.9 影像数据分析93

3.9.1 探测及描绘94

3.9.2 分类100

3.9.3 识别104

练习106

参考文献及扩展阅读109

4 固体表面遥感：热红外波段114

4.1 热辐射定律114

4.1.1 自然地表发射率115

4.1.2 太阳和行星表面发射率117

4.2 热传导理论118

4.3 周期加热效应120

4.4 热红外遥感应用122

4.4.1 太阳对地表的加热作用123

4.4.2 地表覆被的影响126

4.4.3 基于热辐射特征的地表单元分离127

4.4.4 地质学应用案例127

4.4.5 云对热红外探测的影响127

4.5 热红外光谱特征遥感应用129

4.6 热红外传感器133

4.6.1 热熔映射辐射计134

4.6.2 热红外多光谱扫描仪136

4.6.3 ASTER热红外传感器136

4.6.4 斯皮策太空望远镜140

4.6.5 2001火星奥德赛热发射成像系统（THEMIS）141

4.6.6 高级甚高分辨率辐射计（AVHRR）142

练习144

参考文献及扩展阅读145

5 固体表面遥感：微波发射波段150

5.1 能量-温度一致性150

5.2 简单微波辐射测量模型151

5.2.1 极化效应153

5.2.2 观测角度的影响153

5.2.3 大气的影响153

5.2.4 地表粗糙度的影响154

5.3 表面遥感应用155

5.3.1 极地冰盖制图应用155

5.3.2 土壤水分制图应用157

5.3.3 测量的不确定性160

5.4 微波辐射计简介161

5.4.1 真实孔径辐射计的天线和扫描配置161

5.4.2 合成孔径辐射计163

5.4.3 接收系统167

5.4.4 数据处理169

5.5 成熟的辐射计示例170

5.5.1 扫描多通道微波辐射计（SMMR）170

5.5.2 特殊传感器微波成像仪（SSM／I）172

5.5.3 热带雨林制图任务微波成像仪（TMI）173

5.5.4 EOS高级微波扫描辐射计（AMSR-E）174

练习175

参考文献及扩展阅读177

6 固体表面遥感：微波和无线电频率181

6.1 表面交互机制181

6.1.1 表面散射模型183

6.1.2 吸收损耗和体积散射188

6.1.3 极化影响191

6.1.4 频率影响193

6.1.5 入射角影响196

6.1.6 自然地形散射197

6.2 雷达传感器基本原理199

6.2.1 天线波束特性200

6.2.2 信号特征：光谱205

6.2.3 信号特征：调制208

6.2.4 测量范围及其辨识211

6.2.5 多普勒（速度）测量及其辨识212

6.2.6 高频信号生成214

6.3 成像传感器：真实孔径雷达215

6.3.1 成像几何215

6.3.2 距离分辨率215

6.3.3 方位分辨率217

6.3.4 雷达方程217

6.3.5 信号衰减218

6.3.6 衰减统计220

6.3.7 几何畸变224

6.4 成像传感器：合成孔径雷达225

6.4.1 合成阵列法225

6.4.2 聚束及非聚束SAR对比226

6.4.3 多普勒合成法228

6.4.4 SAR成像坐标系统230

6.4.5 模糊度及构件231

6.4.6 点目标响应234

6.4.7 点目标响应关联236

6.4.8 高级SAR技术239

6.4.9 SAR传感器介绍255

6.4.10 成像雷达应用262

6.5 非成像雷达传感器：散射仪274

6.5.1 散射仪仪器案例277

6.5.2 散射仪数据案例282

6.6 非成像雷达传感器：高度计284

6.6.1 高度计仪器案例286

6.6.2 高度计应用288

6.6.3 成像高度计291

6.6.4 宽幅海洋高度计292

6.7 非常规的雷达传感器294

6.8 地下探测294

练习296

参考文献及扩展阅读299

7 海洋表面遥感309

7.1 海洋表面物理属性309

7.1.1 潮汐潮流310

7.1.2 表面波311

7.2 海洋地形测绘314

7.2.1 大地水准面测量314

7.2.2 表面波效应318

7.2.3 表面风效应320

7.2.4 海面动力地形320

7.2.5 辅助测量322

7.3 海表风的测绘324

7.3.1 需要的观测值325

7.3.2 星下点观测329

7.4 海表成像329

7.4.1 雷达成像机制329

7.4.2 雷达图像海洋特征案例332

7.4.3 海冰成像336

7.4.4 海色成像340

7.4.5 海表温度制图340

练习344

参考文献及扩展阅读344

8 大气遥感及辐射传输基本原理349

8.1 大气物理性质349

8.2 大气组分351

8.3 悬浮粒子和云353

8.4 行星大气中波的相互作用机制355

8.4.1 共振作用355

8.4.2 光谱线形359

8.4.3 非共振吸收360

8.4.4 非共振发射362

8.4.5 波粒相互作用和散射362

8.4.6 波的折射364

8.5 光学厚度365

8.6 辐射传输方程366

8.7 非散射平面水平大气案例368

8.8 大气遥感探测基本概念369

8.8.1 大气温度探测基本概念369

8.8.2 大气组分探测基本概念371

8.8.3 大气压力探测基本概念371

8.8.4 大气密度测量基本概念371

8.8.5 风测量基本概念371

练习372

参考文献及扩展阅读373

9 微波波段大气遥感375

9.1 微波与大气气体的相互作用375

9.2 传感器向下观测的基本概念376

9.2.1 温度测量378

9.2.2 组分密度廓线：水蒸气案例380

9.3 传感器向上观测的基本概念384

9.4 传感器旁向观测的基本概念385

9.5 反演的概念388

9.6 被动微波传感器基本构成389

9.7 表面压力遥感390

9.8 掩星大气探测391

9.9 大气颗粒物微波散射393

9.10 雨水雷达探测394

9.11 降雨测量雷达方程397

9.12 热带降雨量测量任务（TRMM）398

练习399

参考文献及扩展阅读400

10 毫米与亚毫米波大气遥感407

10.1 与大气成分的相互作用407

10.2 俯视探测411

10.3 临边探测413

10.4 毫米探测元件415

思考题421

参考文献及扩展阅读422

11 可见光与红外波大气遥感425

11.1 可见光和红外辐射与大气的相互作用425

11.1.1 可见光近红外辐射425

11.1.2 热红外辐射428

11.1.3 共振作用430

11.1.4 粒子散射作用430

11.2 下行探测433

11.2.1 发射辐射通用方程433

11.2.2 温度廓线探测434

11.2.3 权重函数简单案例435

11.2.4 倾角观测的权重函数437

11.2.5 组分廓线探测437

11.3 旁向探测438

11.3.1 发射作用的旁向探测439

11.3.2 吸收作用的旁向探测440

11.3.3 案例分析：调压辐射计441

11.3.4 案例分析：傅里叶变换光谱仪441

11.4 大气运动探测445

11.4.1 被动成像技术445

11.4.2 速度场被动成像：日震学448

11.4.3 多角度成像光谱仪（MISR）452

11.4.4 主动成像技术454

11.5 极短波大气遥感454

练习454

参考文献及扩展阅读456

12 电离层遥感461

12.1 行星电离层的特性461

12.2 离子介质中波的传播462

12.3 顶外探测电离层廓线遥感465

12.4 无线电掩星电离层廓线468

思考题469

参考文献及扩展阅读469

附录A 多传感器地表观测应用477

附录B 遥感轨道力学汇总477

B.1 圆形轨道477

B.1.1 基本特征477

B.1.2 地球同步轨道479

B.1.3 太阳同步轨道479

B.1.4 覆盖范围481

B.2 椭圆形轨道482

B.3 轨道选择486

练习486

附录C 简化权重函数487

C.1 传感器向下观测的情况（指数大气）487

C.2 传感器向下观测的情况（线性大气）488

C.3 传感器向上观测的情况489

附录D 线性FM调频信号压缩495

索引495

Index501

译者的话507