PolInSAR森林高度反演中方法及波段选择引起的不确定性分析

森林高度是反映森林资源数量和质量的重要参数,极化干涉合成孔径雷达PolInSAR (Polarimetric Synthetic Aperture Radar Interferometry)技术在森林高度反演中极具潜力。由于森林散射特征受波长影响明显,由此引起的散射机理差异使得基于PolInSAR技术反演的森林高度结果具有很大的不确定性。为了定量化该不确定性的影响,本文以模拟森林场景为例,对PolInSAR技术森林高度反演中常用的4种方法——极化相位中心高度估测法、复相干相位中心差分法、复相干幅度反演法以及相干幅度、相位联合反演法,以及它们在常用的4个微波波段P、L、C和X中的森林高度估测结果进行了分析;明确了匀质森林场景中,算法、波段选择引起的森林高度估测结果的不确定性。研究结果表明：在森林场景基本一致的情况下,估测算法的选择直接影响森林高度估测结果,其中复相干幅度反演法在4个波段的估测结果中精度均最高,但各估测点的估测结果离散度及不确定度较大。波长对4类估测方法估测结果的影响差异明显：复相干幅度反演法的反演结果几乎不受波长的影响,而相干幅度、相位联合反演法受波长影响明显,在P和L波...     

单基线TanDEM-X InSAR相干性反演森林高度EI北大核心CSCD

由RVoG模型演变的SINC函数模型运用到TanDEM-X InSAR数据反演森林高度时面临观测信息不足的问题,且无法适应不同的森林场景。本文针对这一问题,提出小范围LiDAR数据辅助下基于TanDEM-X InSAR相干性的森林高度反演方法,此方法无须全局高精度DEM产品提供地表相位信息而仅利用相干性即可获取森林高度信息。为验证此方法的可行性,采用西班牙境内两个典型试验区的TanDEM-X InSAR数据进行验证,并利用LiDAR树高数据进行精度评定。结果表明,单基线TanDEM-X InSAR相干性可用于反演森林高度,两个试验区的精度分别为2.34 m和1.74 m。     

P波段极化干涉SAR森林高度反演研究

森林高度信息是森林研究必不可少的内容之一,对全球碳循环、森林资源管理以及获取精确的林下地形等具有重要意义。极化干涉SAR技术(PolInSAR)是目前提取森林高度的一种热门的方法,其中,P波段极化干涉SAR由于电磁波的强穿透力使其相比其他波段具有一些独有的特征。文中首先分析P波段极化干涉SAR森林高度反演的优势与不足,然后结合目前主流的森林高度反演算法,提出一种适用于P波段极化干涉SAR高度反演的新方法。该方法通过对非线性迭代算法的初始值进行有效约束,从而解算出相对可靠的消光系数,同时考虑地体幅度比对森林高度的影响,最终得到相对准确的森林高度。最后,将该方法与现有的经典算法及优化算法进行对比,通过对实验结果定性和定量分析,得出在P波段条件下该方法相比三阶段算法精度提高67.5%,相比固定消光系数法精度提高29.8%,验证了该方法的可靠性和优越性。     

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。     

基于机载多基线PolInSAR的森林冠层高度反演

以美国航空航天局(National Aeronautics and Space Administration,NASA)、欧洲航天局(European Space Agency,ESA)、加蓬航天局合作的AfriSAR项目中的Lopenp和Mondah为实验区,以L波段的多基线全极化无人驾驶飞行器合成孔径雷达(unmanned aerial vehicle synthetic aperture radar,UAVSAR)数据为数据源,分别采用高度偏差(height variance,VAR)方法、偏心率(eccentricity,ECC)方法和平均相干幅度与分离度乘积(product of average coherence magnitude and separation,PROD)方法、原点到拟合直线距离与分离度乘积(product of fitted line distance from origin and coherence separation,LINE)方法进行基线选择,并基于地面随机体散射模型(random volume on ground,RVoG)三阶段方法反演森林...     

采用PolInSAR技术反演植被高度的算法应用与研究进展

极化合成孔径雷达干涉测量（polarimetric interferometric synthetic aperture radar,PolInSAR）技术是提取植被高度的有效手段,应用其进行植被高度反演已经有20多年的历史。旨在通过分析近年来国内外基于PolInSAR技术的植被高度反演研究的现状,以全面、深入了解当前国际研究动态。     

线性变化消光S-RVoG模型的多基线PolInSAR森林高度反演

随机地体散射(random volume over ground,RVoG)模型广泛应用于极化干涉合成孔径雷达(polari-metric synthetic aperture radar interferometry,PolInSAR)森林高度反演当中.该模型假设森林是随机均匀同质体,模型中消光系数为恒定值,未充分考...     

机载SAR运动补偿残余误差建模及影响分析

在基于运动传感器测量数据的机载SAR运动补偿方法中,IMU/GPS测量误差和地物定位误差等非理想因素的存在会导致相位补偿量的不准确,进而引入残余运动误差,影响SAR图像质量.本文针对IMU的各项测量误差、系统延时误差、多普勒中心频率误差、参考DEM误差等影响轨迹测量和地物定位精度的具体因素展开研究,建立了上述因素与残余运动误差之间的函数关系.该函数关系显示,残余运动误差主要来源于航迹测量误差和地物定位误差,航迹测量误差主要根源于IMU/GPS测量单元中加速度计的常值漂移和IMU关于姿态角的测量误差,地物定位误差主要根源于参考DEM误差等因素.本文通过建模分析,完成了对机载SAR运动补偿精度退化机理的研究.     

星载LiDAR产品辅助的InSAR森林高度反演

针对星载重轨InSAR森林高度反演受时间去相干制约与模型解算辅助数据难以获取的问题.考虑ALOS-2 PALSAR-2干涉数据特点,采用一种顾及时间去相干影响的半经验散射模型,利用最新发布的星载激光雷达ICESat-2 ATL08高程产品中的植被高度数据作为辅助数据,并结合主成分分析思想(PCA)对ALOS-2 PALSAR-2相干幅度信息与树高的关联模型进行参数解算.实验结果表明,在ICESat-2树高数据辅助条件下,通过散射模型可以较好抑制时间去相干的影响,进而反演出可靠的模型参数及森林高度(RMSE约为3 m).本研究验证了联合星载重轨干涉SAR与星载LiDAR数据实现大范围、大尺度森林高度反演的可行性.     

大光斑激光雷达数据的森林冠层高度反演

针对传统的LM波形分解算法在GLAS大光斑波形数据处理中容易陷于局部最优解,限制了GLAS大光斑激光雷达数据在森林结构参数反演方面应用的问题,该文结合GLAS大光斑数据特征,引进优化后的EM算法对大光斑全波形数据进行分解,获取波形参数最优值。结合波形前缘长度和波形后缘长度,建立树高反演模型,并与LM分解算法建立的模型进行对比分析。研究结果表明,通过改进的EM算法对GLAS大光斑激光雷达数据进行处理,波形特征参数的获取更为精确,达到了较高的树高反演精度。     

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。     

基于DEM的SAR图像模拟

首先阐述了研究基于数字高程模型(DEM)的SAR图像模拟的重要性。然后针对SAR图像的几何特点,并顾及地面坡度、成像距离等因素对雷达波后向散射强度的影响,设计了基于强度积分的SAR图像模拟方案。根据Leberl构像模型计算SAR图像的像点坐标,采用强度积分策略对各点处的强度进行模拟,并进行归一化处理。通过仿真实验得到了满意的SAR模拟图像,验证了该模拟方案的正确性和有效性。     

基于DEM的SAR图像模拟

针对SAR图像模拟方法进行了深入研究,提出了一种新的SAR图像模拟方法。该方法引入并改进信号模拟中经常使用的小面单元模型,并对SAR图像的阴影特征进行了分析;给出了一种高效判断阴影区域的算法。使用该方法对某一山地区域的DEM数据进行了SAR图像的模拟实验。实验结果表明:模拟的SAR图像和真实SAR图像纹理一致,很好地反映了起伏地区SAR图像的几何特征,取得了理想的效果。     

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。     

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。     

一种基于曲线SAR的三维目标特征提取与自聚焦新算法

曲线合成孔径雷达（Curvilinear Synthetic Aperture Radar,简称曲线SAR）是一种新的三维成像模式，通过让载机作曲线飞行，曲线SAR系统能同时在方位维和高度维形成大的合成孔径。本文提出一种曲线SAR的三维目标特征提取和自聚焦新方法。新方法是建立在一种灵活的接收数据模型之上的参数化的新方法。仿真实验证明了所提方法的有效性。     

基于卫星编队InSAR系统误差源分析

误差源分析是一个系统产品精度保障的前提条件。介绍了InSAR高程测量的基本原理;根据基本原理,从影响高程测量精度的基线长度、基线倾角、相位差、雷达天线到地面目标点的距离以及雷达天线高度等5个要素着手;依据这5个要素的产生过程,结合基于编队卫星InSAR系统的特点对系统的误差源进行了研究;最后较系统地分析出了影响编队卫星InSAR系统的误差源。     

基于卫星编队InSAR系统误差源分析

误差源分析是一个系统产品精度保障的前提条件.介绍了InSAR高程测量的基本原理;根据基本原理,从影响高程测量精度的基线长度、基线倾角、相位差、雷达天线到地面目标点的距离以及雷达天线高度等5个要素着手;依据这5个要素的产生过程,结合基于编队卫星InSAR系统的特点对系统的误差源进行了研究;最后较系统地分析出了影响编队卫星InSAR系统的误差源.     

卫星雷达干涉测量原理与应用

本文综述卫星雷达干涉测量和差分干涉测量的基本原理及其应用。文章从比较雷达干涉测量与一般航测遥感的基本差别出发 ,介绍各种干涉模式下的雷达干涉测量原理、差分干涉测量原理和数据处理流程。在简要叙述雷达干涉测量应用领域后 ,重点列出 INSAR在地形测量、火山地形测量和 D- INSAR在地形沉降监测中的应用。最后 ,本文还探讨了存在的问题和应用前景。     

机载SAR影像定向中像点粗差的拟准检定方法

结合距离-多普勒模型,推导了SAR(synthetic aperture radar)影像定向中像点坐标粗差对误差方程的影响,分析了像点坐标粗差探测的必要性和难点;依据粗差的拟准检定法,针对SAR影像定向中的像点坐标粗差检定问题,设计了具体的解算流程和策略,首次将粗差的拟准检定法运用到机载SAR影像定向中。并分别利用模拟和实测数据进行了系统性的实验,结果表明,该方法不仅能够准确探测出多个粗差的位置,而且能够估计出粗差的大小。与SAR影像定向通常采用的最小二乘方法相比,该方法能够明显提高SAR影像定向参数的解算精度以及后续的立体定位精度,对于修复受粗差影响的SAR影像数据具有重要意义。