极化SAR自适应三分量分解方法

介绍了原始极化SAR三分量分解中存在的问题,如负功率和散射机制模糊,并深入分析了其改进方法中仍然存在的缺陷,提出了一种自适应的三分量分解。该分解采用了更一般化的散射模型,并首次考虑了像素中存在不同旋转角的两个面或偶次散射目标,然后利用散射Alpha角确定除体散射之外的剩余主导散射机制,使面或偶次散射得到了更充分的保持。最后,从散射模型与极化相干矩阵自适应匹配的角度出发,提出了一种对负功率进行自适应优化的措施,使得负功率像素个数大大减少,从而分解更加准确有效。试验结果表明,该分解所得结果更符合实际地物散射过程,能更好地解决基于模型的分解方法中存在的缺陷。     

旋转扫描散射计海面风场检测仿真研究

该文对Ｋｕ波段旋转扫描星载散射计进行了仿真研究。通过仿真模型建立，分辨面元提取与风矢量模糊解消除，分析了散射计地面与星载定标特性，给出了散射度工作特性仿真结果。通过对均匀旋涡两种模拟输入风场的仿真，表明这种旋转扫描散射计风场检测及利用Ｍｏｏｒｅ方程进行风场反演的有效性。     

一种极化SAR协方差矩阵综合四分量分解模型

基于多视协方差矩阵发展了一种综合选择性去取向和广义体散射的极化SAR四分量分解模型。首先引入交叉极化相关系数进行螺旋体散射抑制和非反射对称地物去取向;然后采用一种随HH和VV功率比值自适应变化的广义体散射模型来替代原体散射模型;最后通过功率限制处理以完全消除分解负功率像素,该处理不仅能够保持地物主导散射类型不变,而且包含与Krogager分解三分量对应的非相干分解。通过机载L波段ESAR和AirSAR极化数据实验并与其他分解模型的比较,验证了该分解模型的有效性。     

改进AMSR-E雪水当量算法研究

为了发展雪水当量物理反演算法,本文对不同散射阶模型——零阶、一阶、多次散射模型进行敏感性试验与分析,结果表明我们必须在前向理论模型和反演模型中考虑多次散射作用。本文采用的多次散射积雪辐射理论模型——双矩阵法（Matrix Doubling）求解辐射传输方程,用致密介质理论模型（DMRT）模拟积雪发射和消光特性,用AIEM模型模拟地表辐射及作为辐射传输方程的边界条件。由于该多次散射积雪辐射理论模型的复杂性,拟发展出简单且高精度的积雪辐射参数化模型,以发展雪水当量物理反演算法。因此,在包括多次散射的积雪理论模型基础上,本文通过建立针对AMSR-E传感器参数设置的积雪辐射模拟数据库,该数据库包含了各种可能的自然积雪和地表特性参数。从而在模拟数据库基础上,本文发展了针对AMSR-E的积雪参数化模型。     

基于实测光谱和SRF的稀疏植被区MODIS积雪信息提取

以新疆准噶尔盆地古尔班通古特沙漠为研究区,以中等分辨率成像光谱仪(MODIS 1B)数据为例,辅以MODIS光谱响应函数(SRF)和全波段光谱仪(ASD)准同步采集的雪面反射光谱,运用线性光谱混合模型(LSMM)实现了稀疏植被区积雪遥感信息提取.结果表明:①利用SRF对雪面反射光谱进行端元光谱到像元光谱的转换,生成对应于MODIS1-7波段的离散光谱,将其与用最小噪声分离(MNF)变换和像元纯度指数(PPI)法获得的MODIS影像端元光谱进行对比,发现MODIS1波段光谱值远大于转换光谱值,MODIS2-7波段光谱值与转换光谱值接近;②MODIS2-7波段影像端元光谱值适用于LSMM估算稀疏植被区积雪分量,积雪分量估算值与归一化差分积雪指数(NDSI)拟合结果显示,剔除MODIS1波段后估算的积雪分量与NDSI的相关性显著提高,表明所提取的积雪分量可以作为估算积雪的典型指数.     

针对倾斜建筑物的四分量分解方法

经典的Freeman-Durden三分量分解模型存在着体散射能量过度估计的现象,这种现象易导致倾斜建筑物(即建筑物的排列方向与雷达飞行方向不平行)被错误解译为森林。虽然存在多种分解方法来避免倾斜建筑物的错误解译,但从非反射对称散射的角度来应对体散射能量过度估计目前研究仍较少。因此,提出一种新的四分量分解方法,可有效抑制体散射能量的过度估计,并有助于探测地面目标。文中首先提出一种新的非反射对称模型,结合Freeman-Durden三分量分解模型,发展一种新的四分量分解模型;然后通过非线性最小二乘算法来反演模型;最后,利用ALOS2/PALSAR2卫星全极化数据进行实验。实验结果表明,提出的四分量分解算法能有效地抑制倾斜建筑物区域体散射能量的过度估计,并具有准确探测地面目标物的潜力。     

雪热力模型(SNTHERM)在冰沟流域的模拟和敏感性试验

采用基于质能平衡的积雪过程模型—雪热力模型(Snow Thermal Model, SNTHERM.89）来描述和模拟2008年中国甘肃省黑河实验冰沟流域的积雪过程与积雪特性参数,并将模型模拟的雪水当量与高级微波扫描辐射计(AMSR-E）的雪水当量产品进行了对比。模型验证结果表明,SNTHERM模型能准确模拟黑河冰沟流域的积雪变化过程和积雪特性,对积雪的演变特征作出合理的描述,表明SNTHERM在中国黑河冰沟流域有较好的适用性。对SNTHERM模型进行不同驱动气象参数和初始输入参数的敏感性分析的结果表明,积雪特性参数对辐射通量最敏感;各积雪特性参数对各自的初始输入比较敏感,密度则对初始输入的雪深、密度和颗粒大小都比较敏感,表明在需要准确模拟密度的情况下以及进行雪水当量同化工作时,初始输入的雪层深度、密度和颗粒都必须比较准确。     

利用改进三分量分解与Wishart分类的极化SAR图像建筑提取

本文针对基于Freeman分解的建筑提取方法存在的问题, 提出采用圆极化相关系数实现选择性去取向, 同时引入广义体散射模型, 构建面向建筑提取的改进三分量分解模型, 以准确分析地物的散射特性。在此基础上, 发展了一种综合利用改进三分量分解与Wishart迭代分类算法的极化SAR图像建筑提取方法。使用E-SAR全极化数据的试验结果表明, 本文方法能够有效减少建筑与植被的误分, 并提高建筑信息提取的准确性。     

基于散射分量系数的极化SAR数据分类

分析了传统的基于散射功率大小的极化SAR数据分类算法,提出了一种基于散射分量系数的改进算法,实现了全极化SAR数据的有效性分类。     

极化散射特性保持的改进迭代Wishart分类算法

为克服基于极化散射特性保持的迭代Wishart分类算法不适用于城区及对混合散射像素分类欠理想等不足,本文提出一种改进方法.其基本思想是先应用四分量分解算法将像素分成4种基本散射类型和混合散射类型,接着以平均合并度为指导对基本散射类型中的像素自适应聚类,最后对所有像素进行散射特性保持的迭代Wishart分类.试验结果表明...     

降雨对Ku波段旋转扇形波束散射计影响

星载散射计测量的归一化后向散射截面是有关海面毛细重力波的大小和方向的函数:散射计的回波强度与海面毛细重力波的振幅成正比;风向对后向散射系数具有调制作用。因此,可以利用散射计的数据,根据地球物理模型反演出具有高精确度、无雨和中低风速条件下的海面风场矢量。然而高达10%的散射计测量数据会受到降雨影响(Nie,etal.,2008),尤其工作在Ku波段的散射计。降雨对海面散射幅度的影响主要包括:(1)降雨对雷达波的衰减和散射;(2)降雨改变海洋水面形态和海面粗糙度。     

散射特性引导的极化SAR图像多尺度分割

为满足不同地物分割的尺度需求,本文提出一种散射特性引导的极化SAR图像多尺度分割算法。该算法以分水岭初始分割为基础,通过迭代合并相邻区域获取极化SAR图像在不同尺度下的分割结果;以极化散射功率为特征,将地物按尺度相似性划分成表面散射、二次散射和体散射3种散射类型;以分割质量评价为指导,从多尺度分割结果中为每种散射类型地物选取适宜的分割尺度并进行叠置合成,形成最终分割结果。ESAR系统获取的L波段极化SAR数据验证了该算法的可行性。     

GNSS-R海面目标成像仿真方法研究

结合物理光学法及传统复合电磁散射计算模型中的"四路径"方法，以GNSS信号为信号源，提出了一种基于高频散射理论的GNSS-SAR成像模型，建模过程考虑了多路径散射、遮蔽、漫散射等效应，较好地描述了电磁散射效应对海面场景GNSS-SAR成像的影响。根据电磁散射效应，分析了海面风速对成像效果产生的干扰情况，发现在本文仿真场景下，9 m/s风速海背景下的目标能够被识别出来，17 m/s风速海背景下的目标几乎淹没在海杂波中。     

用双矩阵法和积分方程模型估算地表的亮度温度

提出了一种估计覆盖植被的地表亮度温度模型。模型中的植被看作是不同大小和朝向的离散散射体如叶、茎、杆构成。植被层内的体散射以及植被与地表之间的多次散射采用了双矩阵法(M atrix Doub ling)计算,地表辐射采用了积分方程模型(Integral Equation M ethod)。较高频率上的模拟结果显示植被的辐射是主要的,植被对地表辐射的衰减作用较明显。模拟的亮度温度跟SGP99机载C波段以及AMSR-E的X和Ku波段实测数据相比接近一致。     

棉田微波散射研究

在分析已有散射模型的基础上,依据广义Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｇａｎｓ近似,计算了微波在土壤、棉层中散射的一级和二级效应,对影响散射的主要因子（入射波频率、入射角,棉叶冠层厚度、棉叶大小、叶厚、空间分布等）进行了分析。其中最主要的影响因子是入射波频率与棉叶大小的相对比值。研究结果表明：对于已封垄的棉田散射,在小入射角时以土壤的面散射为主;而在较大入射角时,棉叶的体散射则是主要散射。     

改进分形海面模型散射信号的分形特性分析

针对分形海面模型的功率谱在空间波数小于基波波数时不能满足正幂率的问题,提出一种统计模型和归一化带限Weierstrass分形模型相结合的1维海面模型,确定了表面功率谱的闭式解,表面功率谱和有关文献的数据进行了对比。在满足Kirchhoff近似的条件下推导该模型电磁散射系数的闭式解,计算了散射系数随时间变化的Hurst指数,进而求得其分形维数。从数值仿真结果可知,表面功率谱和PM谱、南海的实测数据都拟合得很好,验证了模型的有效性,海面所接收信号随时间变化是分形的,并且其分形维数与分形海表面的分形维数几乎相等。     

Evaluation of modified four-component scattering power decomposition method over highly rugged glaciated terrain

In recent years, there has been increased utilization of fully polarimetric synthetic aperture radar (POLSAR) data to study glaciated terrain features for glaciological and climate change modelling. This article is concerned with more accurate results and appropriate analysis of POLSAR data over a highly rugged glaciated area in Himalayan region. For this purpose, the modified Yamaguchi four-component scattering power decomposition (4-CSPD) method with a rotation concept of 3 × 3 coherency matrix [T] about line of sight is evaluated. It has been found that the modified Yamaguchi 4-CSPD method significantly improved the decomposition results as compared with the original 4-CSPD by minimizing the cross-polarized Horizontal-Vertical (HV) components. This modified 4-CSPD leads to enhancement in the double bounce scattering and surface scattering components and also avoids the overestimation problem in the volume scattering component as compared with the original 4-CSPD from the sloped terrain. The significant reductions of the negative power occurrence in the surface scattering (3.9%) and the double bounce scattering (19.7%) components have also been noticed as compared with the original 4-CSPD method over the glaciated area in this part of the Indian Himalaya.     

联合统计信息与散射模型的GF-5 AHSI可见光影像薄云校正

针对高分五号可见短波红外高光谱相机AHSI (visible-shortwave infrared Advanced HyperSpectral Imager)可见光波段存在的薄云干扰,本文提出了一种联合统计信息与散射模型的校正方法。利用AHSI影像邻近波段间地表与云雾辐射的统计差异,实现对不同场景下相对薄云辐射RCR (Relative Cloud Radiance)的准确估计。基于此,根据不同波段的散射特性,分别利用分级暗目标统计和散射模型约束策略,获取可见光波段的绝对云辐射强度,最终实现影像校正。通过设置模拟与真实实验对方法的有效性和鲁棒性进行目视和定量检验。模拟实验中,可见光波段内的薄云干扰均可被有效地去除,校正结果与真实地表十分一致;此外,RMSE (RootMean-Square Error),MAE (Mean Absolute Error)和SA (Spectral Angle) 3个评价指标的值分别为1.9891,1.6822和0.4901,远小于对比方法。真实实验中,不同场景内的薄云可被有效抑制,在较为准确恢复降质地表信息的同时保持晴空区光谱特征;Q指数,SSIM (Structural Similarity Index)和UQI (Universal Quality Index)的计算结果优于对比方法。综上,本文提出方法可用于不同场景下高分五号AHSI影像可见光波段的薄云校正,可得到目视效果良好且光谱保真度高的校正结果。