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。     

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。     

微波兰被动遥感相关特性的数值模拟和实验对比

本文采用一层具有粗糙界面的连续随机介质模型，计算双站散射系数和后向散射系数，由互易性定理计算热发射率。数值模拟了植被在整个生长过程中后向散射和热发射的变化，以及它们的相关特征。理论结果与几种植被的主被动遥感实验数据作了比较和讨论，阐明了微波主被动遥感的一些相关的数值特征。     

综合主动和被动微波数据监测土壤水分变化

微波遥感测量土壤水分的方法主要分主动和被动两种，它们都是基于干燥土壤和水体之间介电常数的巨大差异。估算植被覆盖土壤表面土壤水分必须要考虑地表粗糙度和植被覆盖影响的问题。植被覆盖土壤表面的后向散射包括来自植被的体散射，来自地表的面散射和植被与地表间的交互作用散射项。本研究建立了一个半经验公式模型，用来计算体散射项，综合时间序列的主动和被动微波数据，消除植被覆盖的影响，估算地表土壤水分的变化状况。并应用1997年美国SGP‘97综合实验中的机载800m分辨辐射计ESTAR数据计算表面反射系数，综合Radarsat的SCAN-SAR数据得到体散射项，然后，由NOAA/AVHRR和TM计算得到的NDVI值加权分配50m分辨率的体散射项，最后计算50m分辨率的表面反射系数的变化值，从而得到土壤水分的变化情况，验证数据表明该计算结果与实测值一致。     

体散射函数测量技术定标方法研究进展

体散射函数描述了光被水体散射后的角度分布特性，是海水固有光学特性之一，在水色遥感、生物光学特性及海气交互过程研究等光学海洋学研究及应用领域具有十分重要的意义。基于其强方向性、大动态范围、后向散射微弱等特点，体散射函数测量技术定标方法及应用研究至今仍在不断探索进步中。伴随体散射函数测量技术的发展，相继出现了基于散射体及散射通量的定标方法、基于漫射体与传感器响应权重函数的定标方法以及基于标准物质与传感器响应权重函数的定标方法等3大类体散射函数定标方法。相较于基于散射体及散射通量的定标方法，基于漫射体与传感器响应权重函数的定标方法可有效解决散射体估算难度大等问题，但更适用于宽视场角的后向散射仪；基于标准物质与传感器响应权重函数的定标方法极大简化了定标过程，且不受散射角度范围的限制。可以预见，上述3大类体散射函数定标方法的变通和组合方案是未来很长一段时间的主要定标方法，而基于标准物质与传感器响应权重函数的定标方法将是未来体散射函数最有优势的定标方法。本文以水体体散射函数定标方法为主线，归纳总结了国内外水体体散射函数定标、测量以及应用研究进展，并对未来体散射函数定标方法的发展趋势进行展望。     

偏振激光雷达探测大气—水体光学参数廓线

激光雷达在上层水体垂直廓线的遥感中展现出巨大优势。本文研制了一套高垂直分辨率的实时探测偏振激光雷达,提出了一种基于偏振激光雷达回波信号的反演算法,采用Fernald理论和多次散射原理反演非均匀大气—水体的衰减和退偏光学产品,以高效稳定地处理偏振激光雷达实验数据。展示了一个中国内陆水体激光雷达探测实例,观测到了两次气溶胶积聚现象和一次水体浑浊现象。对实验数据的分析表明,退偏比主要由前向多次散射和后向单次散射产生的退偏两部分组成。当多次散射强度较大时,退偏比的变化主要取决于多次前向散射退偏;反之,则主要依赖于单次后向散射退偏。     

基于多次散射的植被-土壤二向反射模型

运算过于复杂是目前多数植被二向反射模型存在的一个突出问题。对冠层的各次散射、透射和地面土壤反射分别进行分析和考虑 ,建立各次反射光谱分量与叶面积指数的函数关系。在Verstraete (1 986 )的物理模型的基础上加上多次散射和土壤反射的分量 ,建立了基于多次散射的植被 土壤二向反射模型 ,并证明仅考虑前三次散射即可满足一般精度要求。该模型克服了原模型的不足 ,并可根据叶面积指数等参量直接计算二向反射率 ,避免了运算量巨大的叠代运算 ,故便于应用。实验证明 ,该模型具有较高的精度     

ERS风散射计反演地表参数——一种混合像元方法

基于混合像元的方法,利用ERS风散射计(WSC)数据估算植被覆盖率和同时期NDVI有较高的相关性(0.78),计算出的垂直入射菲涅耳反射系数的空间分布状况也比较合理。     

基于PolInSAR三分量分解的建筑物高度向信息提取方法

传统的基于InSAR提取建筑物高程的方法难以区分同一分辨单元内不同散射体的高度信息.文中提出一种基于PolInSAR Freeman三分量分解的城市建筑物高度向信息提取方法,可有效获取同一分辨单元内不同散射体的散射中心.首先对极化干涉互协方差矩阵进行Freeman三分量分解,分离不同散射机制对应的相位中心,然后根据相位信息重建建筑物三维模型.利用覆盖美国加州Richmond地区的两景高分辨率TerraSAR-X极化SAR数据进行实验,结果表明,PolInSAR三分量分解能够分离同一散射单元内不同散射体的相位中心,从而有效提取出建筑物高度向信息及其三维模型.     

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。     

植被层对被动微波遥感土壤水分反演影响的研究

在很多对土壤水分被动微波遥感的研究中 ,为简单起见 ,覆盖的植被层使用了一种简单的模型来表征其散射和衰减特性。本文中使用了一种基于辐射传输理论的离散模型来研究植被的发射率、传输率。这种方法可以更加真实地刻划组成植被的散射个体如叶、茎、树枝、树干等对这两个参数的影响 ,因而能更准确地描述植被对下垫面的影响。为了减少土壤水分反演算法中未知量的数目 ,该文给出了这两个参数的模拟结果分别在AMSR E三种不同频率下的简单关系。     

用模型和车载微波辐射仪研究多频率多角度下玉米的散射和衰减特性

在使用被动微波技术反演土壤水分的过程中,为去除植被的影响,通常采用适用于低频的τ-ω模型。为准确评估较高频率下植被的散射和衰减特性,以玉米为例,采用基于光线跟踪原理的双矩阵(Matrix-Doubling)微波辐射模型,研究不同高度的作物在C(6.925GHz)、X(10.65GHz)和Ku(18.7GHz)波段下的单散射反照率和传输率。模型模拟的亮度温度跟车载微波辐射仪的野外实测数据接近。为验证模拟的玉米自身微波辐射,在玉米地上铺设了一层铝箔屏蔽地表的辐射。通过给验证后的模型输入不同的参数,建立一个亮度温度数据库,以模拟自然状态下不同高度玉米的亮度温度。然后把模型模拟的结果,跟相同环境下τ-ω模型得到的结果按最小二乘法进行匹配,从而获得不同高度的玉米在C、X和Ku波段上等效的单散射反照率和传输率。     

全极化SAR图像的山地低矮植被区域土壤含水量估计

山区土壤含水量对山区植被生长监测、滑坡预测等工作具有重要意义,因此针对山地低矮植被区域,提出了全极化SAR图像的土壤含水量估计方法。为解决山地区域SAR图像几何形变和极化旋转问题,根据入射角、坡度、坡向信息定义了可测区域与不可测区域,并对可测区域后向散射系数进行校正。其次以密西根模型为基础,发展了低矮植被的散射模型。在假定植被和土壤特征不变的情况下,基于此散射模型并结合校正数据建立了山区土壤含水量反演方法。结果表明,模型反演的土壤含水量和实验点实测值基本一致,两个实验点反演值分别为14%和15%,实测值为11.45%和15.80%,能够满足一般应用的需求。     

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。     

改进HOT法的Landsat 8 OLI遥感影像雾霾及薄云去除

针对Haze optimized transformation(HOT)方法存在的地物敏感性、过度矫正、红绿蓝波段RGB合成影像色彩失真等问题,提出了相应的改进方法。首先,采用归一化差分植被指数(NDVI)结合地物红蓝光谱差(RBSD)制作通用掩膜,并利用掩膜提取原始影像植被覆盖区对应的原始HOT图部分作为HOT值评估雾霾强度的有效像素集;然后从有效像素集出发推断非植被区的HOT值,得到有效HOT图;最后以有效HOT图为参考,实施暗目标减法。在暗目标减法过程中,首先利用直方图取百分位数的方法确定起始波段的改正值,然后根据散射模型计算其他波段的改正值。在红蓝光谱空间中,去雾后的影像表现出与原始无云区相似的特征,同时保持了不同地物间的差异。实验表明:改进的HOT方法能有效去除雾霾及薄云;有效解决了HOT对水体、裸地、人造地物等地表覆被类型的敏感性问题,避免了RGB合成影像的色彩失真;并且统一了不同波段的纠正尺度,解决了某一(或几个)波段的过度矫正问题,防止了块斑和光晕的产生。     

水稻微波后向散射系数的模拟分析

提出了一套完整的水稻一次后向散射作用物理模型,通过该模型可以定量地模拟水稻对入射电磁波的后向散射作用,包括不同入射角、不同时相、不同波段、不同极化等各种情况,从而得到大量有价值的模拟结果。通过深入分析这些结果,可以对如何利用ＳＡＲ遥感数据更准确、更经济、更方便地进行水稻识别、长势监测及产品评估等工作提供理论依据和方法指导。     

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。     

适用于遥感应用的辐射传输高精度快速计算方法

准确的散射辐射方向特征与辐射传输能量守恒的物理要求是一切算法的有效性准则。在有限计算资源的限制下,寻找最优的有限展开算法,获得能量守恒物理要求下的散射方向特征的准确性,是多年来辐射传输算法的追求目标。在以有限流数离散化辐射传输方程进行数值求解过程中,要保证数值计算中的积分守恒,流数有限要求粒子散射相函数必须截断,而不合适的截断容易导致解的误差,尤其是当大气中存在强前向散射的大粒子时（如云滴、沙尘暴事件过后的沙尘）,截断的相函数会出现振荡,从而导致解的虚假振荡特性。散射相函数无限扩展可以消除这种虚假振荡,但容易导致数值积分能量不守恒和解的不稳定。本文从原理上对这种虚假振荡和不稳定现象进行了分析,并给出两种用较少流数达到较高的计算精度的高效计算方法,这些算法对于遥感方法研究、GCM气候模式中辐射强迫的参数化研究以及地气系统的能量收支研究,尤其是目前研究较多的云和沙尘等大粒子气候效应有重要意义。