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。     

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。     

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。     

基于最优极化相干系数的倾斜建筑物解译研究

基于Freeman_Durden分解的全极化SAR影像分类方法能够较好地保持地物极化散射特性,但在分类的过程中,不能改变初始散射机制,导致分解结果对分类精度影响很大。在Freeman_Durden分解中,排列方向相对雷达飞行方向不平行的建筑物(简称为倾斜建筑物)常被分为体散射类型,使得该类建筑物往往被误分为植被。通过分析建筑物在SAR影像中的后向散射特性,利用建筑物具有较高相干性的特点,引入最优极化相干系数,在目标分解的基础上通过阈值分割将两者区分开来,进而提高反射非对称性人工目标的分类效果。通过使用E-SAR系统在德国DLR附近Oberp-faffenhofen地区获取的L波段PolInSAR影像和国内X-SAR系统在海南陵水地区获取的X波段PolInSAR影像进行试验,证明该方法能够有效地将与雷达飞行方向不平行的建筑物与森林区分开。     

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。     

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。     

基于极化相干最优与极化总功率的Wishart-H/Alpha分类

Wishart-H/Alpha法进行聚类可以实现复杂场景的高精度分类。然而在聚类的过程中,由于各类中心所对应的散射机理发生了混淆,使得不透水层代表之一的水泥路面与裸露土壤发生了混淆,这对实际应用不利。提出了利用最优相干系数与极化总功率系数构成的二维直方图空间进行阈值分割,将Wishart-H/Al-pha分类方法中混淆的水泥道路与裸露土壤重新分离出来,并通过国内机载X波段双天线极化干涉实验,验证了本方法的有效性。     

一种改进的PolInSAR PCT方法反演植被垂直结构

针对传统PCT方法中“相干相位-幅度联合反演算法”的缺点,采用RVOG模型,利用改进的非线性迭代算法反演植被高、地表相位.改进的非线性迭代算法不仅充分利用不同极化方式对应的复相干系数,同时兼顾复相干系数的先验统计误差,提高参数解算的可靠性,进而提高PCT结果的反演精度.最后,采用两景德国E-SAR数据进行实验,实验结果表明：文中提出的方法能较好地反映植被的垂直结构信息;植被冠层对应的平均相对反射率函数近似服从高斯分布;反演的相对反射率值与植被的种类、密度存在一定关联.     

固定带宽滤波对InSAR图像对相关性影响的定量分析

讨论了干涉合成孔径雷达（InSAR）成像处理中基线解相关系数的频率函数，分析了在距离向压缩过程中频谱窗函数对InSAR图像对相关性的影响，通过定义干涉图距离向幅度谱函数的等效带宽来描述地形起伏，推导出了等效带宽和InSAR图像对相关性之间的关系式。据此给出了在不同等效带宽情况下（相当于不同地形起伏条件下），固定带宽滤波对InSAR图像对相关性的影响。最后的实验结果验证了上述分析的正确性。     

基于极化合成理论的SAR目标最优极化研究

基于Stokes矩阵以及极化合成原理推导出一种解算目标最优接收功率的新算法。该算法充分利用了Stokes矩阵及范数原理,在计算目标最优接收功率上的精度优于传统算法,计算过程比传统算法简单、直接,且易于实现,不仅适用于完全极化波,而且适用于部分极化波和完全非极化波。实验证明,该算法可得到理想的结果。     

ALOS-2 PALSAR-2的干涉相干性分析——以黄河上游地区为例

作为目前仅有的L波段星载SAR系统,PALSAR-2在国土资源调查和地质灾害监测方面有着广泛和独特的应用潜力。自其发射运行以来,它的数据质量成为用户们广泛关注的焦点。对于涉及雷达干涉测量的应用来说,干涉相干性是SAR数据最重要的质量评价指标之一。本文选取了覆盖黄河上游山区的PALSAR-2与PALSAR各一对影像,开展了干涉处理实验分析。本文提出采用相干分解技术,可以抑制几何去相干的影响,并从地物类型和地形坡度两个方面,分析比较它们的相干性分布差异,同时,给出了黄河上游地区的差分干涉初步结果。实验结果表明,在地形起伏较大的地区,相似观测模式获取的PALSAR-2数据的相干性通常优于PALSAR数据,干涉性能有显著的提升。同时,PALSAR-2差分干涉图在拉西瓦水电站果卜岸坡坡体上探测到了清晰的形变条纹,在滑坡体形变监测方面展现出巨大的应用潜力。     

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。     

基于物体成像轮廓的视觉测量与重建

提出一种基于物体的数学模型与成像轮廓进行物体3维视觉测量与重建的方法。该方法主要针对具有规则几何形状的物体,根据被测物体的数学描述和被测物体的轮廓与其在影像上的投影二者的位置关系对物体进行精确的3维测量与重建,得到几何体的空间位置与尺寸参数。对工业零件的基本几何形状圆柱、圆球、立方体等进行实验,结果表明该方法是可行的。     

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。