基于极化相干层析技术的森林垂直剖面重建研究

极化相干层析技术作为极化干涉合成孔径雷达的一个重要应用方向,在林业遥感方面应用广泛。在分析极化相干层析技术原理的基础上,基于仿真数据从10 m,18 m和22 m三种森林高度以及Deciduous,Pine(2)和Hedge三种树型分别对极化相干层析技术构建森林垂直结构剖面的精度进行了验证,研究结果表明,该方法能够有效构建垂直结构剖面,森林高度和树型对估算结果影响较小,该方法对不同树型和不同高度均具有良好的适应性。     

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。     

层析SAR反演森林垂直结构参数现状及发展趋势

森林垂直结构参数反演是进行森林资源管理、森林蓄积量估算及全球碳循环研究的基础。层析合成孔径雷达TomoSAR(Tomography Synthetic Aperture Radar)是随着InSAR/Pol-InSAR技术的日益发展而产生的,更适用于森林垂直结构参数反演。本文首先介绍了TomoSAR的概念与实现方式:PCT(Polarization Coherence Tomography)、多基线干涉层析SAR MB-InTomoSAR(Multi-baseline Interferometric Tomographic SAR)、多基线极化层析SAR MBPolTomoSAR(Multi-baseline Polarization Tomographic SAR);概括了目前应用TomoSAR技术反演森林垂直结构参数的技术方法与信号模型等;论述了应用TomoSAR技术提取森林垂直结构参数的现状,最后分析了应用TomoSAR技术提取森林垂直结构参数可能的发展方向。     

森林地上生物量的极化相干层析估计方法

基于微波的后向散射系数估计森林地上生物量(AGB)易受后向散射系数饱和的影响,而利用森林高度,根据生长方程估计AGB,却没有考虑和AGB密切相关的林分密度、树种组成、林层垂直分布等空间结构特征的作用,针对这些问题,提出一种基于极化相干层析(Polarization Coherence Tomography,PCT)技术的AGB估计方法。基于德国宇航局(DLR)机载SAR系统(ESAR)获取的特劳斯坦(Traunstein)试验区L-波段极化干涉SAR(PolInSAR)数据,通过对具有不同AGB水平的典型林分的相对反射率函数曲线的分析,定义了9个与AGB具有相关性的特征参数。然后基于20个林分的实测AGB数据,以林分尺度上这9个特征参数的平均值为自变量,以实测林分平均AGB为因变量,采用逐步回归分析法构建了AGB估测模型,并对该模型进行评价,对影响模型估计精度的因素进行分析,结果表明,由PCT提取的相对反射率函数特征参数对AGB很敏感,充分利用相对反射率函数信息可提高AGB估计精度。     

极化干涉SAR相干最优理论及其验证分析

极化干涉SAR树高反演是当前SAR研究领域的一个重要方向。相干最优化是在各种散射机制中寻求最优的散射机制,对于极化干涉SAR,它不仅可以改善不同极化通道之间的相干系数,还能改善地物分类和垂直结构参数估计。首先详细分析极化干涉SAR反演树高的相干最优化理论基础,然后利用仿真数据从不同极化通道对线极化、Pauli基极化和最优极化进行了试验,从定性和定量进行对比分析,研究结果进一步验证相干最优分解方法可以提高干涉相干系数,并获得更好的干涉图,从而有利于提高树高反演的精度。     

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...     

极化干涉SAR反演植被垂直结构剖面研究

植被的高度和垂直结构剖面都是森林生物量和森林碳循环模型中的关键输入参数,极化干涉SAR的出现使定量获取植被结构参数成为可能。首先,将改进的两次拟合法估计的植被高度作为进一步反演植被垂直结构剖面的先验知识;然后,通过勒让德多项式展开以及双基线极化干涉数据提取植被的垂直结构剖面;最后,利用仿真以及真实极化干涉SAR数据进行方法验证和结果定性分析。研究表明,利用不同极化状态下的干涉相干性变化提取植被结构参数是可行且有效的。     

引入PD极化相干最优的三阶段植被高度反演算法

经典三阶段植被高度反演算法中地表相位和植被冠层相位估计不准确直接影响反演精度,特别是在植被稀疏区域,植被反演效果较差甚至出现反演失败现象。针对这一问题,本文将PD极化干涉相干优化方法引入三阶段植被高度反演中,提出了一种改进的植被高度反演算法。该方法利用PD极化干涉相干优化方法能最大限度分离相位中心的特性能够获得更准确的地表相位和植被冠层相位,从而提高植被高度反演的精度和稳定性。最后,利用ESA BioSAR项目数据进行试验,结果表明该算法相比经典三阶段算法稳定性更高,反演的地表相位、植被冠层相位和植被高度结果更加可靠。     

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。     

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。     

全天空偏振模式及其影响因素初探

太阳光入射与地表、大气相互作用,会在天空中出现较为稳定的天空偏振模式图,即以太阳为中心,天空中的偏振信号呈现一定的规律分布。影响天空偏振模式图的强度及形态主要由地表反射性质、空气分子散射性质及气溶胶光学性质共同影响。本研究利用矢量辐射传输模型,以海洋下垫面为例,在获取沙尘非球形与煤烟非球型气溶胶单次散射性质的基础上,模拟了不同气溶胶光学厚度情况下的全天空偏振模式图。结果表明,天空以太阳入射方向为中心呈现一个较为稳定的天空偏振模式图。沙尘型散射气溶胶光学厚度的增大会减弱该模式图的强度,而煤烟型吸收气溶胶光学厚度的增大会增大该模式图的强度。利用双模态(沙尘型与煤烟型混合)气溶胶模型,系统分析不同气溶胶比例情况下的天空偏振模式图,结果表明全天空偏振模式图的基本模态依旧存在,但是其强度受气溶胶模型与光学厚度双重影响。因此在利用全天空偏振模式图进行气溶胶光学性质反演时需要注意气溶胶模态信息的选择。     

高分辨率定量遥感的偏振光效应与偏振遥感新领域

随着航空航天高分辨率观测手段的逐步成熟,定量遥感在有效解决了光学地表多尺度效应后,更高分辨率的光学偏振效应在地表、大气、仪器3大要素方面逐步全面凸显出来,并直接决定或影响高分辨率观测系统的定量遥感效能实现和质量保障。例如,植被冠层极其微弱的多次散射反射偏振效应,如果不加扣除其模型误差达到136%;大气衰减本质是大气偏振效应,是遥感反演的最大误差源,误差达到5%—30%,偏振手段扣除大气误差目前已可以降低一半以上的误差;观测仪器扣除多次散射透射偏振光后,可以实现5 nm分辨率下0.1—0.3 nm高光谱定标能力,并借助偏振强化光噪声分离出中心波长偏移和带宽退化的误差根源。借助偏振"强光弱化,弱光强化",能够实现稳定度达10~(-8)月球辐亮度基准观测,为遥感辐亮度定标不确定度由7%到1%—2%跨越提供可能。     

光源发散角对DPC偏振定标的影响分析及验证

多角度偏振成像仪(DPC)是一种多角度、多光谱具备偏振测量功能的大视场偏振遥感器。偏振定标光源的发散角与DPC像元对应的视场角匹配一致,是提升DPC实验室偏振定标精度的关键因素之一。通过比较实验室偏振定标与在轨定标的状态差异,参考DPC在轨运行光学系统的成像原理,通过微分运算方式,建立一种偏振定标光源的发散角与单像元视场角匹配的模型,分析结果给出了光源的发散角应大于0.14°才能满足DPC全视场的偏振定标要求。以490 nm偏振通道为例,设计了采用可调光谱积分球替代0.125°发散角扩束镜平行光源方案,验证所建立模型和分析结果的合理性。结果表明,DPC的线偏振度测量值和理论预测值间的平均差异由1.26×10–2减小至4.4×10–3,说明所建立模型和采用可调光谱积分球作为偏振定标光源方案可用于DPC的实验室偏振定标。     

ALOS PALSAR全极化图像分类研究

极化干涉相干矩阵服从复Wishart分布,通过对相关系数的分析可以获得不同的地物类别。在总结极化干涉非监督Wishart ML分类流程的基础上,基于该方法对塔河地区全极化PALSAR数据进行了分类,研究结果表明:基于极化干涉的分类方法能够有效区分不同散射机制对应的地物,该分类方法具有较强的适应性,并且类间边界比较明显,这些分类信息为森林资源的开发和利用提供了参考。     

浅析偏振光遥感的应用

偏振光遥感是近年来备受关注的一种新兴对地观测方法.早期的传感器多以目标的反射辐射或自身的辐射强度来推断目标的状态和性质,而把传感器接收信号中的偏振作为一种"噪音"来处理,随着空间遥感科学的发展,科学家们发现偏掁特性是一种良好的地表监测手段.     

基于GNSS-R的后续海冰观测实验

冬季海上浮冰的活动给海上生产和海上运输带来了严重的负面影响,需要对海冰进行全天候、大范围检测。此次实验根据海水与海冰电磁特性的差异,利用较为经济的导航卫星反射信号遥感方法,在天津渤海岸展开连续的观测和数据采集。对同一颗GPS卫星的不同极化类型的反射信号从能量的角度分析海冰分布情况,在误差最小的情况下得出分析结果：不同极化类型的导航卫星反射信号均可从不同角度表征海冰覆盖信息。     

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。     

红外偏振效应和偏振遥感研究进展

光的偏振信息在当前快速发展的光电子学和光学研究中是缺失的,利用偏振特征不仅可以提取探测物和研究对象的额外信息,而且延伸了探测的维度和提高了灵敏度。本文主要从基础研究和应用研究两个方面分析讨论红外偏振效应测量技术及红外遥感的若干进展,期望从不同的角度来考察偏振效应所带来的潜在应用。在上述背景下,本文介绍了红外椭圆偏振光谱技术及其在探测无机和有机薄膜体系光学性质的应用,并且归纳了红外偏振光学仪器理论及相关进展,特别是在空间遥感上的应用潜力。     

偏振遥感的中性点大气纠正方法研究

地表物体具有较强的偏振特性, 因此可以作为偏振遥感的信息源。但是, 大气的偏振效应强于地表的偏振效应, 导致星载遥感器无法有效接收地表目标的偏振信息, 大气的起振与退偏效应成为偏振遥感对地表目标进行观测和应用的一个瓶颈问题。本文提出一种利用大气中性点对偏振遥感中地表偏振效应与大气偏振效应进行分离的方法, 通过天空中大气线偏振度为零的中性点区域进行对地观测, 目的是去除大气偏振作用, 进而最大限度地获取地表目标偏振信息。地面实验的结果验证了利用大气中性点进行大气纠正具有理论上的可行性。     

不同含水量土壤偏振光谱特征定量分析

水分含量是影响土壤偏振光谱特征的重要参数之一,研究土壤不同水分含量的偏振光谱特征在土壤偏振遥感波段的选择和图像解释上具有重要意义,为应用偏振遥感信息进行土壤调查及理化性质的分析提供依据。本文通过在350-2500 nm波段范围内对不同水分含量的土壤进行偏振光谱测试与分析,研究土壤偏振光谱数据与水分含量之间的关系,建模并检验其精度,对影响土壤偏振光谱特征的各个因素设计科学的正交实验,研究含水量、偏振角度、探测角和方位角等各个因素及其交互作用对土壤偏振光谱特征的影响。结果表明,含水量与偏振角度的交互作用和含水量本身对土壤偏振光谱的影响最大,显著性最强,其次是探测角与含水量的交互作用的影响,而偏振角对土壤偏振光谱有一定的影响,其他因素对土壤光谱偏振反射的影响不大。