发 拉 离解 工分子报动 分子旋转 电子跃迁 电磁场拔荡 10101010210 10310410510610710-g1090010110-210 前”0智的00P0动n”0”050边n。n010场000口100”0”0010”不先t 焦耳 00010·00104003010D001030050030被长 米 14m 红外 无线电 毁”道电 光语分区 极高颜次极高领超高斯甚高频高频中频低频 Q/KK.XCSL UHF 大气传输 图2-2电磁波谱及其应用
5 图 2-2 电磁波谱及其应用
(6)微波(Micro wave) 微波波长入为0.1一100cm,由固体金属分子转动所产生。其中可分为毫米波、厘米波 和分米波，微波的特点是能穿云透雾，甚至穿透冰层和地面松散层，其它辐射和物体对它 干扰小。物体辐射微波的能量很弱，接收和记录均较困难，要求传感器非常灵敏。 (7)无线电波(Radio wave) 无线电波由电磁振荡电路产生，不能通过大气层一一短波被电离层反射，中波和长 波吸收严重，故不能用于遥感 实际上，整个电磁波是连续不断的，各个波区或波段的分界点并不十分严格，各家划 分标准不一，且相邻波区有相当重迭。电磁波谱各波段的产生及其遥感应用如表21。 表2-1各电磁波谱段的产生及其遥感应用特征 产生方式 谱段 波长 遥感应用特征 原子核内部的 射线 <0.03nm 来自太阳的辐射完全被上层大气所吸收，不 能为遥感利用，来自放射性矿物的Y辐射作 相互作用 为一种探矿手段可被低空飞机探测到 层内电子的离子 X-射线 0.03-3nm 进入的辐射全被大气所吸收，遥感中未用 紫外线 nm-0.38um 波长小于Q.3:m的由太阳进入的紫外辐射 外层电子的离子 完全为上层大气中的臭氧所吸收 化 损影紫外 0.3-0.38μm 穿过大气层，用胶片和光电探测器可检出， 但是大气散射严重 0.38-0.43m 0.43-0.474m 青 外层电子 0.47-0.50μm用照相机、电视摄影机和光电扫描仪等均可 的激励 绿 0.50-0.564m检测，包括在0.54m附近的地球反射比峰 0.56-0.59um值 橙 0.59-0.62m 0.62-0.76μm 0.76-1000um 与物质的相互作用随波长而变，各大气传输 窗口被吸收谱段所隔开，一般有以下的划分 红外（反 这是初次反射的太阳辐射，0.7-L4um的 分子振动 红 红外) 0.76-3μm 辐射用红外胶片检测，称之为摄影红外辐射 外 品格振动 中红列 3-5μm 这是热区中的主要大气窗口，是一个宽诺段 (热红外) 内的总辐射，用这些波长成像需要使用光学 远红外 (热红外) 8-l4μm 机械扫描器（红外辐射计）而不是用胶片。 分子旋转和反转 这些较长的波长能穿透云和雾，可用于全天 电子自转与磁场 微波 0.1-100cm 候成像。其下可续分为毫米波，厘米波和分 的相互作用 米波，而且都是无线电波的一种 核自转与磁场无线电波 100-106cm☐用于无线电通讯，分超短波、短波、中波、 6
6 (6)微波(Micro wave) 微波波长λ为 0.1－100cm，由固体金属分子转动所产生。其中可分为毫米波、厘米波 和分米波，微波的特点是能穿云透雾，甚至穿透冰层和地面松散层，其它辐射和物体对它 干扰小。物体辐射微波的能量很弱，接收和记录均较困难，要求传感器非常灵敏。 (7)无线电波(Radio wave) 无线电波由电磁振荡电路产生，不能通过大气层 —— 短波被电离层反射，中波和长 波吸收严重，故不能用于遥感。 实际上，整个电磁波是连续不断的，各个波区或波段的分界点并不十分严格，各家划 分标准不一，且相邻波区有相当重迭。电磁波谱各波段的产生及其遥感应用如表 2-1。 表 2-1 各电磁波谱段的产生及其遥感应用特征 产生方式 谱 段 波 长 遥感应用特征 原子核内部的 相互作用 射线 ＜0.03ｎｍ 来自太阳的辐射完全被上层大气所吸收，不 能为遥感利用，来自放射性矿物的γ辐射作 为一种探矿手段可被低空飞机探测到 层内电子的离子 化 X-射线 0.03－3ｎｍ 进入的辐射全被大气所吸收，遥感中未用 外层电子的离子 化 紫外线 3ｎｍ－0.38μｍ 波长小于 0.3μｍ的由太阳进入的紫外辐射 完全为上层大气中的臭氧所吸收 摄影紫外 0.3－0.38μｍ 穿过大气层，用胶片和光电探测器可检出， 但是大气散射严重 外层电子 的激励 可 见 光 紫 0.38-0.43μｍ 用照相机、电视摄影机和光电扫描仪等均可 检测，包括在 0.5μｍ附近的地球反射比峰 值 蓝 0.43-0.47μｍ 青 0.47-0.50μｍ 绿 0.50-0.56μｍ 黄 0.56-0.59μｍ 橙 0.59-0.62μｍ 红 0.62-0.76μｍ 分子振动， 晶格振动 红 外 线 0.76-1000μｍ 与物质的相互作用随波长而变，各大气传输 窗口被吸收谱段所隔开，一般有以下的划分 近红外(反射 红外) 0.76-3μm 这是初次反射的太阳辐射，0.7-1.4μｍ的 辐射用红外胶片检测，称之为摄影红外辐射 中红外 (热红外) 3-5μｍ 这是热区中的主要大气窗口，是一个宽谱段 内的总辐射，用这些波长成像需要使用光学 一机械扫描器(红外辐射计)而不是用胶片。 远红外 (热红外) 8-14μｍ 分子旋转和反转， 电子自转与磁场 的相互作用 微 波 0.1-100cm 这些较长的波长能穿透云和雾，可用于全天 候成像。其下可续分为毫米波，厘米波和分 米波，而且都是无线电波的一种 核自转与磁场 无线电波 100-106cm 用于无线电通讯，分超短波、短波、中波
的相作用业用由>106cm长波 *因波长范田与相应诺的划分 不太统 作者仅采用一般划分 电磁波谱中的高频波段，如宇宙射线到大部分紫外线，粒子性特征明显：低频波段， 如大部分红外线、微波、无线电波，波动性特征明显：处于中间波段的可见光和部分紫外 线、红外线，具有明显的波粒二象性。这些不同的电磁波，从理论上讲都可进行遥感。但 是，由于技术的限制和其它干扰，目前遥感使用的主要为可见光、红外线和微波。 7
7 的相互作用 工业用电 ＞106 cm 长波 ＊ 因波长范围与相应谱的划分不太统一，作者仅采用一般划分。 电磁波谱中的高频波段，如宇宙射线到大部分紫外线，粒子性特征明显；低频波段， 如大部分红外线、微波、无线电波，波动性特征明显；处于中间波段的可见光和部分紫外 线、红外线，具有明显的波粒二象性。这些不同的电磁波，从理论上讲都可进行遥感。但 是，由于技术的限制和其它干扰，目前遥感使用的主要为可见光、红外线和微波
2.1.3电磁辐射的产生 1物质内部结构及运动规律 (1)内部结构 由现代物理学、化学研究证明，物质是由分子构成的，分子是由原子构成的，原子是 由带正电的原子核和绕核旋转的带负电的电子组成，原子核又由质子和中子构成。 (2)运动规律 根据现代量子理论，微观物质世界的运动主要表现为三种形式：即电子的绕核运动， 原子核在平衡位置上的振动和分子以其质量中心为轴的转动。当没有外来能量刺激时，这 些运动状态是稳定的，具有一定的能量，并且该能量并不因为电子、原子、分子不停地运 动而有所衰减，当与其它粒子碰撞，或者在电磁场中被照射而吸收足够的能量时，它就会 改变运动状态，从基态轨道跃升到更高的激发态轨道上去。 基态：根据最低能量原理，在正常情况下，粒子处于最低能量的运动状态，这个状态 称为基态。对任一频率的粒子，基态能量为E,=hv。 激发态：处于基态的粒子，如果受到外来能量的激发，当它接收了足够的能量后，跃 升到较高的能量的运动状态，这种较高的状态称为激发态。激发态的能量E.=nhv。n为 电子层数，表示电子离核的距离。当n增大时，En的数值也大，表示该粒子离质量中心 越远，所具有的能量越大，处于更高的激发态。 激发：粒子从低能级跃迁到高能级的过程叫激发 激发能：激发态与基态的能量之差△E,称该激发态的激发能。 2电磁辐射的产生 粒子受激从基态进入高能量状态时，是瞬时的跃迁，不允许有中间的能量状态：处于 激发状态的粒子十分不稳定，一般在10~秒内就要往基态转化。这种转化可以有两种情况： 一是和另一个粒子碰撞，激发态被破坏，能量传递给另一个粒子，这时没有电磁辐射的发 射：另一种情况是粒子向下跃迁到一个较低的能级，释放出多余的能量，以光子的形式带 走，产生电磁辐射。 以△E表示各能级的激发能，光子的能量为hV,二者相等。即较高状态的粒子跃迁到 较低能级时多余的能量△E就以光子的能量hv辐射出去。 △E=E2-E,=hv 这一过程发射的电磁波的频率和波长分别为 =△E/h λ=c-ch/△E (2-6) 该式说明，激发能不同，辐射的光子频率不同，所发射的电磁波的波长也不同。 电子能级的激发能较高，约为1~20v,可产生频率较高的光子，发射波长为0.2 1.0微米的近紫外一可见光一近红外：原子能级的激发能较低，约为0.05~1.0ev,可发射 波长为1~25微米的近红外一远红外辐射：分子能级的激发能最低，约为0.03-0.05v, 发射辐射的波长为25一300微米，属超远红外，它也可辐射少量微波。 8
8 2.1.3 电磁辐射的产生 1 物质内部结构及运动规律 (1)内部结构 由现代物理学、化学研究证明，物质是由分子构成的，分子是由原子构成的，原子是 由带正电的原子核和绕核旋转的带负电的电子组成，原子核又由质子和中子构成。 (2)运动规律 根据现代量子理论，微观物质世界的运动主要表现为三种形式：即电子的绕核运动， 原子核在平衡位置上的振动和分子以其质量中心为轴的转动。当没有外来能量刺激时，这 些运动状态是稳定的，具有一定的能量，并且该能量并不因为电子、原子、分子不停地运 动而有所衰减，当与其它粒子碰撞，或者在电磁场中被照射而吸收足够的能量时，它就会 改变运动状态，从基态轨道跃升到更高的激发态轨道上去。 基态：根据最低能量原理，在正常情况下，粒子处于最低能量的运动状态，这个状态 称为基态。对任一频率的粒子，基态能量为Ｅ1＝ｈν。 激发态：处于基态的粒子，如果受到外来能量的激发，当它接收了足够的能量后，跃 升到较高的能量的运动状态，这种较高的状态称为激发态。激发态的能量 En＝nｈν。ｎ为 电子层数，表示电子离核的距离。当ｎ增大时，Ｅｎ的数值也大，表示该粒子离质量中心 越远，所具有的能量越大，处于更高的激发态。 激发：粒子从低能级跃迁到高能级的过程叫激发。 激发能：激发态与基态的能量之差△Ｅ，称该激发态的激发能。 ２ 电磁辐射的产生 粒子受激从基态进入高能量状态时，是瞬时的跃迁，不允许有中间的能量状态；处于 激发状态的粒子十分不稳定，一般在 10－８秒内就要往基态转化。这种转化可以有两种情况： 一是和另一个粒子碰撞，激发态被破坏，能量传递给另一个粒子，这时没有电磁辐射的发 射；另一种情况是粒子向下跃迁到一个较低的能级，释放出多余的能量，以光子的形式带 走，产生电磁辐射。 以△Ｅ表示各能级的激发能，光子的能量为ｈν，二者相等。即较高状态的粒子跃迁到 较低能级时多余的能量△Ｅ就以光子的能量ｈν 辐射出去。 △Ｅ＝Ｅ2－Ｅ1＝ｈν 这一过程发射的电磁波的频率和波长分别为 ν=△Ｅ/ ｈ λ=c/ν=ch/△E （2－6） 该式说明，激发能不同，辐射的光子频率不同，所发射的电磁波的波长也不同。 电子能级的激发能较高，约为１～20ev，可产生频率较高的光子，发射波长为 0.2～ 1.0 微米的近紫外—可见光—近红外；原子能级的激发能较低，约为 0.05～1.0ev，可发射 波长为１～25 微米的近红外—远红外辐射；分子能级的激发能最低，约为 0.03－0.05ev， 发射辐射的波长为 25－300 微米，属超远红外，它也可辐射少量微波
物质内部运动状态被激发方式有三种：电能激发、热能激发和辐射能激发。辐射形式 有三种：共振辐射、荧光现象和热辐射。 ①共振辐射：受激跃迁到激发态的粒子，直接回到基态，辐射的光子频率与吸收的光 子频率一样。 ②荧光现象：受激跃迁到激发态的粒子，通过中间能级回到基态，它发射的光子的频 率比吸收的光子频率低。 ③热辐射：物质受激发时，将激发能转变成热能，产生热运动，这种运动所引起的粒 子互相碰撞，从而使粒子运动发生改变，由于碰撞而产生的高能量运动状态可以自发的转 变到低能运动状态，热能转变成辐射能，发出电磁辐射
9 物质内部运动状态被激发方式有三种：电能激发、热能激发和辐射能激发。辐射形式 有三种：共振辐射、荧光现象和热辐射。 ①共振辐射：受激跃迁到激发态的粒子，直接回到基态，辐射的光子频率与吸收的光 子频率一样。 ②荧光现象：受激跃迁到激发态的粒子，通过中间能级回到基态，它发射的光子的频 率比吸收的光子频率低。 ③热辐射：物质受激发时，将激发能转变成热能，产生热运动，这种运动所引起的粒 子互相碰撞，从而使粒子运动发生改变，由于碰撞而产生的高能量运动状态可以自发的转 变到低能运动状态，热能转变成辐射能，发出电磁辐射