基于ESPRIT算法的极化干涉SAR植被高度反演研究

由于存在着去相干分量,利用ESPRIT(旋转不变技术)算法对植被区域的极化干涉SAR(PollnSAR)数据进行反演的结果有较严重偏差.针对这一问题,结合极化干涉相干最优理论及其物理散射机制,引入新的散射矢量——相干最优化散射矢量,提出一种改进的基于ESPRIT的植被高度反算法.最后,利用欧空局(ESA)提供的模拟L波...     

联合干涉相位和相干性幅度的极化干涉SAR最优相干性估计

极化干涉SAR(PolInSAR)估计的复相干性包含相干性幅度和干涉相位,相干性幅度高低可以衡量干涉相位的质量,干涉相位是散射目标相位中心位置的重要体现,相干性幅度和干涉相位估计精度决定植被参数反演精度。由不同极化状态构成的相干区域中,相干性幅度差最大和干涉相位差最大的估计准则都从复相干性的某一方面建立最优估计函数,不能有效利用相干性幅度和相位信息。本文以相干区域边界为基础,结合相干性幅度和干涉相位信息,利用关联度建立联合干涉相位和相干性幅度的最优相干性估计准则,并在相干区域范围内获取最优散射机制及其相干性。试验结果表明,联合干涉相位和相干性幅度的最优估计准则可以有效区分地表散射和森林冠层散射的相干性和散射中心,提高植被高反演的可靠性。     

极化方位角补偿信息支持下的植被参数反演

SAR图像中散射目标的散射矩阵受极化方位角(POA)的影响会改变散射体的散射特性,散射矩阵是极化干涉SAR (PolInSAR)估计不同极化状态下复相干性的基础。本文根据极化方位角产生机制,建立了多视情况下基于极化方位角补偿的极化干涉相干性估计模型,分析了极化方位角补偿对相干性估计方法和不同散射机制下相干性估计的影响程度,研究了基于三阶段法与极化方位角补偿的植被参数反演。利用L波段SIRC全极化SAR图像为实验数据验证极化方位角补偿对极化干涉相干性估计和植被参数反演的可行性。实验结果表明,极化方位角补偿能够改变不同极化状态相干性分布规律,提高相干直线拟合精度,改善植被参数反演的可靠性和合理性。     

极化干涉SAR森林树高提取算法的对比分析

在对极化干涉SAR森林树高反演的DEM差值算法、相干相位-幅度综合反演算法进行分析的基础上,对基于极化干涉相干优化方法的改进算法进行了探讨。利用黑龙江大兴安岭地区的一对ALOS全极化干涉SAR数据进行实验,并对比分析各算法的反演结果。结果表明,在使用改进的算法进行森林树高反演时可以获取精度较高的反演结果,并且在一定程度上提高了森林树高反演的稳定性,为森林树高反演工作的业务化运行提供一定的依据。     

面向多基线干涉SAR高程反演的全局最优相干方法

本文针对多基线极化干涉SAR数据,提出了面向多基线干涉SAR高程反演的全局最优相干方法。该方法将多景全极化干涉影像联合在一起,构建多基线极化相干矩阵,由多基线最优相干准则指导,求解全局条件下的最优干涉图。该方法可以有效降低多基线干涉中散射中心不一致对干涉相位影响,从而提高干涉相位的精度和可靠性,并提高最终获取DEM的精度。利用国产X-SAR系统和德国E-SAR系统获取的多基线全极化数据进行全局最优相干方法试验,利用多基线极化最优相干方法生成全局条件下的最优干涉图,依据多基线高程反演方法计算目标高程,验证了本文提出的方法的有效性。     

利用矩阵值域的极化干涉SAR相干性的研究

极化SAR干涉测量 (PolInSAR)的相干性是反演植被参数的重要信息来源,极化空间中不同极化状态对应的相干性分布与复极化相干矩阵的值域相关。本文讨论了不同结构的复极化相干矩阵值域的特点,分析了不同极化状态下干涉相干性与复极化相干矩阵的值域的关系。利用模拟数据和真实全极化SAR数据分析了滑动窗口大小和不同散射体对复极化干涉矩阵值域的影响,以及复极化干涉矩阵的结构对极化干涉SAR相干性分布空间的影响,有助于更加准确地获取极化干涉SAR最优极化基和估计最优相干性。     

基于极化相干层析技术的林分高度估算

极化相干层析(Polarization Coherence Tomography,PCT)技术可以通过不同极化状态下的干涉相干系数反演植被垂直结构分布,是SAR技术应用的一个重要发展方向。文中介绍极化相干层析的原理,总结极化相干层析技术重建垂直剖面的流程,通过仿真数据和ALOS PALSAR数据对极化相干层析技术在林分高度估算方面的适用性进行研究。估算结果表明,极化相干层析技术反演的林分高度特征信息准确,具有较强的鲁棒性。     

多时相双极化合成孔径雷达干涉测量土地覆盖分类方法

综合采用时相、极化和干涉3种维度的SAR数据进行土地覆盖分类。以黑龙江省逊克县多时相ALOS PALSAR数据覆盖区为研究区,利用不同时相极化SAR、干涉SAR信号对地物特征的敏感性,结合后向散射强度和干涉相干的时变特征进行地物解译,发展了基于多时相、多极化、干涉SAR数据的SVM土地覆盖分类方法。研究结果表明,引入双极化SAR中不同极化(HH-HV)间的相干系数,并结合所选择的时相特征、极化特征以及干涉相干特征进行分类,可解决双极化SAR影像中林地与城市及建设用地的混分问题,得到更高精度的土地覆盖分类结果。     

极化干涉SAR森林高度反演方法研究

在分析随机体散射体/地表二层(RVoG)散射模型的基础上,利用德国宇航局机载SAR系统(ESAR)获取的POLInSAR数据和森林高度地面观测数据,对多种已有的森林高度反演模型进行了比较评价,从物理机制上对试验结果进行了分析、解释,进而发展了一种基于极化相干优化和非体散射去相干补偿的综合反演方法,实验结果表明,基于该方法的树高反演效果总体上优于其他方法。     

极化干涉SAR数据地表土地类型分类

基于新疆和田地区1994年10月9日和10日SIR-C-L波段全极化雷达数据。首先对极化干涉测量的基本原理和数据处理流程进行了详细的阐述，接着，用Cloude相干最优算法得到了与3种地物散射机制相对应的3个最优相干图。并且就地物相干性对极化的强烈依赖和3种散射机制中地物的最优相干特性进行了分析，具有最高相干值的相位图在提取DEM方面较有利，具有最低相干值的相干图在地物识别方面较有利。最后，在对最优相干系数。后向散射系数和熵进行数据相关性分析基础上，利用得到的最优相干系数，熵和后向散射系数数据进行了土地类型的识别和分类，得到了很好的效果。     

融合升降轨的极化干涉SAR三层模型植被高度反演方法

森林参数的获取不仅可以估算地表生物量和林下地形,还有助于研究全球碳循环和分析全球气候变化。极化干涉SAR植被参数反演算法一般是基于随机地体两层模型(RVoG),但是当实际植被有着冠层、树干层和地表层的明显三层结构时,植被参数反演精度就会变差;另外,由于机载SAR系统数据的近距远距垂直向波数差异较大,导致试验结果存在着由其引起的系统误差。针对这两个问题,本文提出了一种融合升降轨的极化干涉SAR三层模型植被参数反演方法。该方法首先采用三层植被RVoG模型修正微波在穿透植被时的散射过程;然后采用融合升降轨道数据的方式削弱其系统误差;最后,采用非线性迭代平差的反演算法来进行植被高度反演。为了验证该方法的有效性,采用了德国宇航局DLR提供的BioSAR2008项目的两景升轨及两景降轨E-SAR P波段全极化SAR数据进行试验,并采用3组反演策略进行比较分析。结果表明,三层植被模型能够更好地描述植被散射过程;同时,新方法有效降低了由垂直向波数引起的系统误差,提高了树高反演精度。     

基于极化相干层析算法反演森林垂直结构剖面研究

森林的高度和垂直结构剖面都是重要的森林空间结构信息,极化干涉SAR的出现使定量获取森林结构参数成为可能。在分析比较三阶段法、DEM差分法和相干幅度法估计森林高度的基础上,采用相干幅度算法提取的树高,通过勒让德多项式展开以及单基线极化干涉数据提取森林的垂直结构剖面。利用仿真SAR数据进行实验分析,研究表明,通过极化相干层析技术,能够获取准确的森林垂直结构函数。     

自交叉双边滤波的极化SAR数据相干斑抑制

相干斑抑制是极化SAR数据预处理的关键步骤。双边滤波是一种空域和值域滤波相结合的优秀边缘保持滤波算法。针对双边滤波在抑制极化SAR数据相干斑的不足,该文将改进的交叉双边滤波引入到极化SAR数据降噪领域,加入散射机制测度来扩展原权重核,根据SPAN图像的局域变差系数自动调整空间方差系数,利用参考图像来度量灰度值和散射机制相似性。实验结果表明:本文方法较经典滤波算法有更强的噪声平滑能力和更好的细节信息保持能力,在保持原数据极化散射信息方面也表现出良好的性能,这为基于极化SAR数据的后续应用提供了支持。     

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。     

SAR残余相位误差对森林高度反演影响的全链路模拟与分析

利用合成孔径雷达(SAR)遥感数据可以有效地估测平均树高、生物量、蓄积量等森林生物学参数。但是遥感数据精度易受SAR系统不确定性因素的影响,造成森林参数反演精度降低甚至异常。遥感系统的全链路模拟可以将遥感过程的各类影响因素解耦,获取大量具有指定参数特征的遥感数据,有利于对不确定性因素单独或联合分析。建立了SAR三维森林场景全链路模拟模型,基于E-SAR样地参数及数据验证了模型的有效性,并以森林高度反演这一典型的林业应用为对象,定量分析了运动补偿残余相位误差这一典型的SAR系统不确定性因素对反演精度的影响程度,得到了残余相位误差与高度反演RMSE测量结果之间的关系曲线。     

高精度曲面建模应用中边界误差解决方案

提出一种SAR数据检测桥面高度的反演方法。用几何射线描述桥梁散射机制, 依据去取向理论和分类参数分析, 得到SAR成像中桥梁结构目标单次、二次、三次散射的成像规律。通过SAR图像分类参数的聚类与细化、滤波和Hough变换直线检测算法, 检测出单次、二次和三次散射回波所成位置线图像, 进一步构成桥面高度的反演算法。用机载Pi-SAR数据反演了日本鸣门大桥的桥面高度和桥面宽度, 并与实测数据对比。按照该方法, 进一步采用星载ALOS-PALSAR数据检测中国东海大桥的桥面高度。反演方法是可行的。     

The inversion method study of sub-canopy soil moisture estimation using repeat pass SIR-C PolInSAR data

From repeat pass SIR-C L band polarimetric SAR interferometric data and fully maximum likelihood inversion decomposition model of PolInSAR, a method for sub-canopy soil moisture estimation using repeat pass SIR-C PolInSAR data is proposed. At the same time, the potential and validity of fully maximum likelihood inversion decomposition model of PolInSAR for sub-canopy soil moisture inversion is investigated. Firstly, from the random oriented volume over ground two layer coherent scattering model and the statistical characteristics of Pol-InSAR coherency matrix, the fully maximum likelihood inversion decomposition model is used to reconstruct or recover the surface polarimetric coherency matrix with volume scattering components significantly removed; then, from recovered surface polarimetric coherency matrix, co-HH, VV and cross-HV polarization backscattering coefficient are obtained, and the sub-canopy soil moisture are inverted from Oh and Dihedral scattering model. At last, Compared the inversion result with the field measurement and the climate data of hetan region from 1951 to 2006, the preliminary result indicates that the proposed method based on fully maximum likelihood inversion decomposition model has enough high inversion accuracy, if the new spaceborne or airborne polarimetric SAR interferometric data with synchronously spaceborne or airborne-ground measurement will be acquired, the validity and accuracy of proposed inversion method will be further investigated and validated.