航天飞机极化干涉雷达数据反演地表植被参数

利用基于极化干涉测量的基本原理和相干散射模型。提出了基于模拟加温-退火算法的极化干涉雷达数据地表植被参数的反演算法，首先，对极化干涉测量的基本原理和一个考虑了地表和植被散射的二层相干散射模型进行了阐述。接着，对模拟退火算法的基本理论和基于模拟加温-退火算法的地表植被参数反演模型进行了论述，最后，利用和田地区1994年10月9日和10日的航天飞机SIR-CL波段单视散射短阵复数据进行了地表植被参数反演的计算，将反演结果与实测数据比较，表明该反演算法能以较好的精度获取地表植被的高度。     

非均匀植被地表全极化散射的高分辨率雷达图像的模拟

用自然地表非球形散射体全极化一阶散射的Mueller矩阵解，在选定高空间分辨率条件下，计算具三维空间结构与非均匀分布的植被地表的全极化后向散射。用射线跟踪法，按射程计算将散射投影在平面图像对应单元的像素点上，得到自然地表的雷达图像模拟。改变非均匀地表的组成，如树木数目与高度、下垫地表、隐藏目标等，产生各种条件下自然地表景象产生的雷达图像模拟。作为一个对比，模拟图像与机载SAR图像在散射量级以及P，L，C波段多通道散射的物理解释上作了比较。     

一种基于空间虚拟场景的森林冠层雷达相干散射模型

建立了一种基于分形树和森林动态生长模型的森林冠层雷达相干散射模型.和非相干散射模型相比,相干散射模型不仅考虑了每个散射体的空间位置信息,还保留了后向散射信号中的相位信息.利用已建立的模型模拟了大兴安岭常青林场某一区域白桦纯林的雷达后向散射信号,验证结果说明模型是可靠的,是可以用来反演森林的几何结构和生物物理参数的.     

地基雷达的微波面散射模型对比与土壤水分反演

为了探究地基合成孔径雷达(c GBSAR)后向散射信号的时空变化规律和研究雷达土壤水分反演的影响因素,在内蒙古闪电河流域的昕元牧场站进行了地基雷达观测试验,本文结合以上观测试验的地基雷达数据进行波段、入射角度、极化通道3个雷达参数以及地表粗糙度参数对雷达的后向散射系数影响的分析,然后利用以上分析结果选择地表微波面散射模型,最后利用选定的地表微波面散射模型构建人工神经网络数据集来反演地表土壤水分。结果表明:(1)在地基雷达视场内,各地表微波面散射模型的模拟结果与地基雷达实测的L波段全极化数据拟合效果最佳的是AIEM-Oh模型。(2)通过对20°—60°范围内的雷达入射角度的AIEM-Oh模型后向散射系数模拟的绝对残差分析发现,雷达入射角为25°、41°和53°时模拟结果最接近雷达实测值。(3)最后通过分析土壤水分反演结果发现,当雷达入射角度为41°时的土壤水分反演精度最高,相关系数R是0.8080,RMSE是0.0385 m~3m~3。本文的结论是雷达后向散射信号受到雷达入射角度和地表粗糙度相互作用的影响,因此通过考虑地表粗糙度来合理的选取雷达入射角能够提高土壤水分的反演精度。     

高分辨率雷达图像双视向几何纠正方法研究

针对山区高分辨率雷达卫星Terra SAR-X图像的严重几何变形,提出了一种新的双视向雷达图像几何纠正方法。实验证明,该方法可以有效去除地形引起的各种几何变形,防止后向散射系数的失真,特别是能够有效去除叠掩和阴影的影响,而这个问题是基于单幅雷达图像的传统几何纠正方法无法解决的。为SAR的应用,特别是林业遥感应用提供了重要手段。     

目标分解技术在植被覆盖条件下土壤水分计算中的应用

目标分解技术利用协方差距阵的特征值和特征矢量，将极化雷达后向散射测量值分解为单向散射，双向散射和交叉极化散射三个分量，并建立了植被覆盖地表的一阶物理离散散射模型。通过分解的各分量与该模型的比较，建立重轨极化雷达测量数据估算土壤水分的方法，采用Washita‘92实验区多时相全极化L波段JPL/AIRSAR图像雷达测量数据，利用分解的散射测量值，我们评估了在同一入射角，单频（L波段），多路条件下，分解理论在进行土壤水分估计时减少植被影响的能力。结果表明利用目标分解理论和重轨极化雷达数据可以估算植被覆盖区域土壤水分的变化情况。     

芦苇地叶面积指数的遥感反演

 叶面积指数（LAI）是植被冠层结构的一个重要参数，它的改变标志着植被发生了生物物理变化。本文提出了一种利用混和模型 从TM图像上获取叶面积指数的方法。首先，利用冠层反射率（FCR）模型计算并得到查找表； 然后，利用从查找表得到的统计关系进行 LAI制图。试验表明，该方法简单易行，并可较精确地用来反演芦苇地的叶面积指数。     

兼容多源数据的森林湿地信息提取和比较分析

针对以光谱特征差异为依据,提取森林湿地信息精度低的问题,该文采用兼容多源数据的分类回归树(CART)提取方法,并以大沾河国家森林湿地进行实证研究。基于Landsat8遥感数据、Radarsat-2极化雷达数据和地形辅助数据,采用SPM软件分别构建3种特征变量组合的CART决策树模型,并获取分类规则,最后根据规则对研究区的森林湿地信息进行提取。结果表明:3种特征变量组合中,兼容光谱、纹理、雷达与地形辅助数据的CART决策树的森林湿地信息提取精度最高,用户精度和制图精度分别达到了88.46%和82.14%。研究结果体现了雷达数据与地形辅助数据有助于提取森林湿地信息。     

利用激光雷达和多角度频谱成像仪数据估测森林垂直参数

植被的结构参数如植被高度、生物量、水平和垂直分布等，是影响陆地与大气能量交换乃至生物圈多样性的重要因素。多数遥感系统虽然可以提供植被水平结构的图像，但是不能提供植被成分垂直分布的信息。大尺度激光雷达仪器如LVIS产生的激光雷达信号，已成功地用于估计树高和森林生物量，然而大多数激光雷达仪器不具备图像能力，只能提供一个区域内的采样数据。其他的遥感数据如多角度高光谱、多频率多时相辐射计或雷达数据，可根据GLAS（Geoscience Laser Altimeter System）采样的测量用来推断出连续的森林结构区域覆盖参数。 MISR（Multi-angle Imaging Spectrometer）对陆表多角度的成像能力，可以通过BRDF的各向异性提供植被的结构信息。结合激光雷达的垂直采样和MISR的图像，区域内乃至全球性的森林空间参数的成像是可能的。ICESat卫星上的GLAS数据、Terra卫星上的MISR数据为区域或全球性森林结构参数提供了可能。本文的研究目的是评估GLAS数据，分析类似于MISR的数据对森林结构参数的估计能力。本文中使用了LVIS、AirMISR和GLAS数据。通过对GLAS树高的测量与GLAS像元内来自LVIS的平均树高对比，发现它们是高度相关的。同时还探讨了多角度频谱成像仪数据预测树高信息的能力，这将在今后区域内森林结构参数映射加以研究。     

雷达图像的特点──“成像雷达微波遥感知识”介绍之三

成像雷达微波遥感探测的主要信息是目标与微波波段电磁波相互作用后反射的微波信息。人们正是根据不同目标与电磁波间的不同相互作用特征,对雷达图像进行解译,以解决生产、科研中的问题。与其它的遥感图像不同,雷达图像的特点与雷达成像的工作参数和图像质量参数有关。 '一、雷达图像参数 雷达图像的参数可分成两类;一类是表示形成图像的条件数据,与雷达成像工作参数及雷达图像的解译有关;另一类是表示图像质量的数据,与雷达图像的可解译性有关。 1、目达成像工作拜救 (1)波长雷达使用的波长对电磁波与目标相互作用特征的影响主要示现在下述…     

基于DEM与可见光图像的机载激光成像雷达强度像仿真

激光成像雷达由于能获取目标的距离信息,因而在飞行器制导、避障、机器人导航等方面有广泛的应用前景.这里的研究目的是根据激光成像雷达成像原理进行雷达反射强度像的仿真.在仿真过程中,首先讨论激光成像雷达的强度成像方程,然后分析机载激光成像雷达的扫描成像模型.由机载激光成像雷达扫描成像模型与数字高程模型(DEM)获取成像几何关系,由与高程图配准好的可见光图像来获取目标地物的反射特性,从而获得仿真的激光雷达反射强度像;由于激光在大气中传输时不可避免地要损失,在仿真计算中考虑到激光在大气中传输时大气对激光的消光系数,因而使仿真更加逼近客观实际成像结果.从仿真的反射强度图像看,结果很理想.仿真的强度图像成功地用于激光成像雷达强度像与可见光图像的匹配导航中.     

基于图像特征的星载SAR图像模拟研究

SAR图像模拟技术被广泛应用于SAR系统的设计和验证、SAR图像的正射纠正、雷达图像解译和目标识别等。随着星载SAR的发展,必然面临着对星载SAR图像模拟的大量需求。本文首先从SAR图像的几何特征和辐射特征出发,探讨了SAR图像模拟技术的原理,分析了RD（Rang Doppler）模型,后向散射模型和斑噪模型。在传统RD模型的基础上,根据不同地形特征（起伏地形和平坦地形）考虑不同的后向散射模型。特别强调了在平坦地形情况下,需要地物分类数据的参与,并利用Ulaby和Dobson的后向散射模型。另外,在SAR图像统计特征的基础上,进行SAR图像的乘性噪声模拟,可以满足更逼真的SAR场景需求。然后,给出了图像模拟的算法流程,并对关键步骤的算法做了分析。最后,在实现基于图像特征的星载SAR图像场景模拟算法的基础上,选择新疆窝依牙地区和天津地区分别进行起伏地形和平坦地形的模拟试验,实验结果证明了本文模拟算法的有效性。     

星载SAR水下地形和水深遥感的最佳雷达系统参数模拟

根据星载合成孔径雷达 (SAR)浅海水下地形和水深成像机理 ,建立了浅海水下地形和水深雷达后向散射截面仿真模型。该模型包括奈维 斯托克斯方程、谱作用量平衡方程和雷达后向散射模式。利用该模型仿真结果 ,探讨了不同波段 (P、L、C和X)、不同极化 (VV和HH)和不同入射角 (2 0°— 70°)的星载SAR测量浅海水下地形和水深的能力。研究结果表明 ,浅海水下地形和水深遥感的最佳波段为P波段 ,L波段次之 ,C波段比X波段要好一些。VV极化SAR的测量能力要强于HH极化。 2 0°— 40°是星载SAR测量浅海水下地形和水深的最佳入射角范围。     

Polarimetric SAR Data Correction and Terrain Topography Measurement Based on the Radar Target Orientation Angle

Topographic variations caused by the range and the azimuth terrain slopes induce polarization orientation changes which cause the polarization to rotate about the line of sight. The existence of these variations reduce the accuracy measurement of geophysical parameters from polarimetric synthetic aperture radar (PolSAR) images. For this reason most inversion studies are best done in area of flat earth. In area which has significant terrain variations require compensation for topography. In real situations, terrain slopes rotate the polarization basis of the polarimetric scattering matrices by an orientation angle shift, and induce significant cross-polarization power. In this paper, two methods have been investigated using the polarimetric orientation angle (PAO): the first one involves the rotation of the polarimetric scattering and coherency matrices to achieve maximum azimuthally asymmetry for polarimetric data compensation to ensure accurate estimation of geophysical parameters in rugged terrain areas. The second approach has been developed which measures azimuth and range terrain slopes that are related to shifts in polarization orientation angle. Terrain elevation maps relative to a plane parallel to the radar line of sight can then be generated by integrating these slopes requiring only one PolSAR flight pass by combing orientation angle estimation and a shape-from-shading technique (SFS) which is mostly used by the computer vision community. Experimental results with C-band polarimetric RADARSAT2 data are used evaluate the data compensation algorithm and DEM generation.     

Terrain characterization using SRTM data

Earth’s surface possesses relief because the geomorphic processes operate at different rates, and geologic structure plays a dominant role in the evolution of landforms (Thornbury, 1954). The spatial pattern of relief yields the topographic mosaic of a terrain and is normally extracted from the topographical maps which are available at various scales. As cartographic abstractions are scale dependent, topographical maps are rarely good inputs for terrain analysis. Currently, the shuttle radar topography mission (SRTM) provides one of the most complete, highest resolution digital elevation model (DEM) of the Earth. It is an ideal data-set for precise terrain analysis and topographic characterization in terms of the nature of altimetric distribution, relief aspects, patterns of lineaments and surface slope, topographic profiles and their visualisation, correlation between geology and topography, hypsometric attributes and finally, the hierarchy of terrain sub-units. The present paper extracts the above geomorphic features and terrain character of part of the Chotonagpur plateau and the Dulung River basin therein using SRTM data.     

利用后向散射特性从高分辨率SAR影像中提取建筑物高度

研究了一种基于雷达后向散射特性,从单张星载高分辨率SAR影像提取建筑物高度的方法。该方法通过检测建筑物二次散射强度,同时获取目标方位角、入射角等参数以及相关介质特性等信息,根据后向散射几何光学模型估算建筑物高度。实验验证了对于相当一部分典型建筑物都能够获得较为理想的高程估计值,进而证明了该方法提取建筑物高度的可行性和有效性。     

广东肇庆地区SIR-C森林雷达后向散射特征分析

森林雷达后向散射特征的研究是森林微波遥感应用的重要前提。本文利用不连续树冠森林微波后向散射模型模拟了肇庆地区松树林的雷达后向散射特征,并与从ＳＩＲ－Ｃ图像提取的雷达后向散射特征进行对比,从而分析和探讨了该区松树的雷达后向散射机制。     

嫦娥二号影像密集匹配及DEM制作方法

嫦娥二号卫星搭载了一台两线阵CCD立体相机,以线阵推扫成像方式获取了覆盖全月球的7 m分辨率影像。与嫦娥一号影像相比,影像分辨率大大提高,月表地貌细节更加丰富,制作高分辨率月表DEM更加复杂而困难,现有的基于嫦娥影像制作方法难以满足应用需求。针对嫦娥二号影像特点,在基于RPC模型生成近似核线影像基础上,进行金字塔影像匹配,实现了原始影像的逐像素匹配;计算匹配点的月面坐标后,采用基于反距离插值方法生成月表三维地形;对于图像阴影等地形漏洞,采用基于径向基函数进行插值填补。试验结果表明,该方法生成的月表三维地形DEM数据,能准确真实地表达高分辨率的月表地形地貌细节,并较好地应用于嫦娥二号全月球三维地形DEM数据产品的生产任务中。     

规则格网DEM地形综合方法分析

针对当前丰富多样的DEM地形综合模型,分类阐述其综合原理、关键技术及优缺点,以黄土丘陵1：1万DEM为基础,对其地形综合效果进行对比分析。研究结果表明：现有的DEM地形综合模型各有优缺点;不同综合模型综合后的地形,高程数值随着综合尺度的增加,存在显著差异,而且不同综合模型对流域边界的综合处理也存在显著差异,没有形成客观有效的流域边界描述;当前困扰DEM地形综合的关键问题,是缺乏不同尺度下地形综合质量的客观评价标准,致使现有综合模型地形综合结果和DEM格网分辨率之间没有建立本应存在的内在联系,有待进一步深入研究。     

DEM Generation Combining SAR Polarimetry and Shape-From-Shading Techniques

Estimation of the polarization orientation angle shifts induced by terrain azimuth slope variations is a recently developed application in radar polarimetry. In general, without any prior knowledge on the terrain, two polarimetric SAR (POLSAR) flight passes are required to derive terrain slopes in perpendicular directions for digital elevation model (DEM) generation. Moreover, we note that SAR intensity is a strong indicator of the range component of the terrain slopes. In this letter, we developed a method for DEM generation requiring only one POLSAR flight pass, by combining orientation angle estimation and a shape-from-shading technique. In particular, when limited POLSAR data are available, this POLSAR technique provides an alternative way for DEM generation. National Aeronautics and Space Administration Jet Propulsion Laboratory (NASA/JPL) AIRSAR L-band POLSAR data over Camp Roberts, California, is used to demonstrate the results of the method proposed in this letter, and a DEM derived from simultaneously measured C-band interferometric SAR from NASA/JPL topographic SAR instrument is selected as the comparative ground truth to validate the effectiveness of this single POLSAR method. Analyses and discussions are also included in this letter.