极化干涉SAR森林高度反演综述

极化干涉SAR森林高度反演是当前雷达遥感领域的研究热点,近年来涌现了多种极化干涉SAR森林高度反演方法。本文先对已有极化干涉SAR森林高度反演方法进行分类,然后系统研究各类森林高度反演算法的基本原理,比较各类森林高度反演方法的优缺点,提炼森林高度反演算法的关键,最后指出极化干涉SAR森林高度反演的研究方向。     

基于ALOS极化干涉SAR数据的DEM提取方法研究

极化干涉理论的发展以及全极化卫星的发射,为极化干涉的研究应用提供了广阔的发展空间,开展极化干涉SAR提取DEM的研究对于解决单极化干涉SAR在植被覆盖区DEM提取精度较低的问题具有重要意义。基于山东泰安地区的一对ALOS PALSAR全极化干涉数据,利用相干性最优方法和最大化相位中心分离的方法获取极化干涉信息,并通过对优化后干涉信息的滤波、解缠、基线精确估计等处理来提取DEM,最后将相干优化的结果与传统HH、HV、VV单极化干涉结果进行对比分析。结果表明:优化方法较单极化干涉方法可以有效降低干涉图的噪声,减少相位解缠的残差点,提高解缠相位的质量,并且不同优化方法之间还存在一定差异,数值半径方法获取的DEM精度要好于其他两种优化方法;通过等值线-Goldstein二级干涉SAR滤波方法可进一步提高单极化和优化干涉图的质量,降低残差点,提高相位质量,在水体覆盖的区域通过滤波窗口的设置可以很好地改善DEM的精度。     

多极化层析SAR植被高度反演基线融合方法

植被高度反演属于森林定量遥感,在森林测绘、资源评估和生态监测等领域发挥着重要作用.本文基于多极化层析SAR数据进行基线融合植被高度反演,将森林散射相干模型推广到高维空间,通过复数域到幅度–相位域的转化降低模型非线性度,并提出了基于相干分布方差的广义幅相距离,进而发展了多基线联合参数反演方法.本文通过实测P波段极化层析SAR数据对所提方法进行了验证,同时将其与单基线反演法、基线选择法和欧式距离融合法进行了对比分析.实验结果表明,本文所提方法的反演结果与激光雷达获取的高度图相比,相关性更强,均方根误差更低,显著提高了植被高度反演的精度和稳定性.     

SAR数据湿地植被生物量反演方法研究进展

针对未来的碳释放量有可能成为气候环境不确定性的最大来源,而生物量的精确制图可以大大减小碳排放和吸收中的不确定性,能更好地理解其在全球变化中的重要地位。基于SAR数据在湿地植被生物量反演制图中的有效性及重要性,该文从极化分解理论、微波植被散射模型、生物量反演方法等方面对现有的湿地植被生物量反演方法进行综述,探讨SAR数据在湿地植被生物量反演中的应用潜力。     

几种极化干涉SAR森林平均高反演算法的比较评价

森林树高的反演,一直是极化干涉SAR（Polarimetric SAR Interferometry）研究领域中的热点 。介绍了近年来分别基于相干优化算法和高分辨率波达算法（ESPRIT）的树高反演方法,并尝试了ESPRIT算法和三阶段反演算法的结合。最后利用德国宇航局（DLR）的全极化干涉L波段ESAR数据及其相应的林地平均树高实测数据,对所述方法进行了验证与分析。结果表明：三阶段算法和三阶段Sinc 算法相对于其它算法而言具有较好的结果,但同其它基于散射模型的树高反演算法一样,存在着一定程度的高估 | 而ESPRIT相位差值算法则严重地低估了平均树高 |尽管ESPRIT算法与三阶段算法、三阶段Sinc算法相结合的尝试可在一定程度上提高计算效率,但其树高反演结果并没有得到明显改善。
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极化干涉SAR森林高度估计性能仿真研究

研究森林高度精确估计问题,针对森林高度估计性能无法用系统误差直接解析表示的问题,极化干涉合成孔径雷达(SAR)可以实现对森林高度的估计,将相干性作为中间参量引入仿真模型中.将系统误差用相干性的大小进行解析表征,接着以相干性的大小作为输入仿真极化干涉SAR数据,利用数据估计出森林高度,并分析森林高度的估计性能,可将系统误差与森林高度估计性能建立联系.在MATLAB平台上进行仿真实验,结果表明,方法可以有效地分析系统误差,对森林高度可以准确做出估计.     

基于多尺度压缩感知金字塔的极化干涉SAR图像分类

提出了一种新的基于多尺度压缩感知(Compressed sensing, CS)金字塔的分类方法, 用于合成孔径雷达(Synthetic aperture radar, SAR)图像的分类. 首先通过原始图像上的小波平滑和特征提取构建多尺度极化干涉特征空间, 然后利用压缩感知提取每一个尺度上图像子块的观测域特征并在数据域重建稀疏特征, 最后组合多尺度的稀疏特征生成最终用于分类的多尺度金字塔表达. 针对稀疏编码和一般金字塔算法的局限性, 提出了基于压缩感知和多尺度金字塔的方法, 利用观测矩阵降低特征维数的优势的同时, 对SAR图像的纹理特征进行不同尺度的分析. 在国内首批极化干涉SAR数据上的实验证明了上述算法的有效性.     

基于森林密度的相位与幅度联合反演算法

森林树高的反演是极化干涉合成孔径雷达(polarimetric SAR interferometry,PolInSAR)领域研究的热点。已有研究表明森林密度会对树高反演精度产生较大影响,但传统算法没有考虑森林密度的影响。针对这一现象,首先利用模拟数据分析森林密度对传统森林树高反演算法的影响;然后根据影响的特点提出一种基于森林密度的相位与幅度联合反演算法;最后采用德国宇航局与瑞典国防研究局机载E-SAR系统获取的PolInSAR数据对文中所用算法进行了实验分析。结果表明,该算法比传统算法反演精度更高,验证了算法的可靠性和有效性。由此可见,森林密度是森林重要的森林物理参数,通过引入森林密度,明显提升了树高反演的效果,说明引入密度参数的重要性。     

一种基于干涉成像几何的水体类地表干涉处理方法

干涉合成孔径雷达在地形高程测绘方面有其独特的优点。工程应用中,场景中的水体类地表由于后向散射系数极小,相干性差,导致相位信息的噪声大,最终严重影响反演DEM的质量,以及由此得到的雷达正射影像的质量。提出了一种基于干涉成像几何的水体类地表在相位域进行干涉处理的方法,恢复场景中水体区真实相位,以得到高质量的DEM。通过对实测的机载干涉SAR数据进行处理,取得了很好的效果,验证了算法的有效性。     

SIR—C C波段和L波段雷达干涉数据生成DEM的比较

为了研究波长对干涉雷达生成DEM质量的影响，以黑龙江省加格达齐地区为实验区，通过对美国航天飞机SIR－C／X－SAR C波段和L波段雷达单视复型（SLC）数据的处理，分别得到了两个不同的DEM，这两个DEM存在着一定的差异，通过与干涉相关性、相位解缠等干涉处理中的关键因素相结合进行的分析，揭示了干涉SAR技术生成DEM的精度与干涉相关性、波长的关系；同时，从另一个侧面说明了用InSAR技术生成DEM的可行性和影响因素；最后，利用1：50000地形图对干涉SAR生成的DEM误差进行了分析，并分析了地形图控制点精度对干涉SAR生成DEM的影响。     

干涉式被动微波成像仪二维频谱特征及误差分析

干涉式被动微波成像仪(干涉式综合孔径微波辐射计)利用不同距离的干涉天线对形成的基线对视场范围内亮温分布的空间频谱进行采样,进而反演得到亮温图像。首先介绍了干涉式被动微波成像仪的基本工作原理,在此基础上分析了空间图像的二维频谱特征,并能利用这些特征从采样频谱中初步分析出原始亮温中的某些特殊分布,证实了在反演亮温存在明显振荡的情况下,可以从振荡方向判断存在误差的基线的大致位置。还分析了成像仪的天线位置误差、信道的幅度和相位误差以及天线方向图误差对反演亮温的影响及特点。这些分析将为从反演图像判断干涉式被动微波成像仪误差类型和来源提供重要的判别依据,并为后续的反演图像增强算法的设计提供重要的参考。     

绕环天线的干涉ISAR测高算法

提出了两副雷达天线在平面内绕环时的干涉逆合成孔径雷达(Inverse synthetic aperture radar, ISAR)成像算法.现有的干涉ISAR成像研究通常忽略了天线几何位置对成像影响,将天线设置为仅在高度上有差别的两副垂直天线.针对这一情况,本文推导了当两副雷达天线不垂直时、特别是在平面内圆周绕环时的干涉ISAR测高算法.研究结果表明,干涉ISAR高程测量不仅与基线长度有关,还与散射点横距坐标有关,于是需要对散射点横距进行估计.仿真结果验证了在此情况下干涉ISAR测高公式的正确性,并进一步分析了天线基线与有效基线之间夹角的变化对测高精度的影响.经统计,目标高度平均测量误差低于3%,几乎达到原两副天线垂直时的测高精度.     

机载X-波段双天线InSAR数据森林树高估测方法

短波长的干涉合成孔径雷达(InSAR)适用于数字表面模型(DSM)提取,但难以提取准确的林下地相位,在缺乏高精度数字高程模型(DEM)的森林区域,短波长InSAR数据估测树高的能力受到限制。针对这一问题,采用机载X-波段单极化(HH)双天线InSAR数据开展了森林树高估测方法研究。双天线InSAR可以忽略时间去相干的影响,并且X-波段波长较短,入射角较大(中心入射角45.77°),地表对干涉去相干的贡献可以忽略,因此可将干涉复相干作为体去相干,对体去相干模型中的结构函数进行勒让德展开,截取第0阶展开式得到了基于相干幅度的森林树高估测模型,利用均匀选取的LiDAR冠层高度模型(CHM)检验样本对估测结果进行严格的精度评价,并与差分法的树高估测结果进行对比。精度评价结果显示:相干幅度法与差分法都得到了较高的估测精度,两者的R~2、RMSE、总精度分别为0.81、0.86;1.20m、0.97m;86.4%、88.7%。研究结果表明:相干幅度与森林树高具有负相关关系,适用于估测树高,基于单极化相干幅度的估测模型也可以得到较高的估测精度,与差分法的估测结果相比,虽然估测精度略有降低,但此方法具有两方面的优势:一方面,估测结果不需要实测样地数据标定,对于没有实测样地数据的森林区域亦能进行高精度的树高估测;另一方面,相干幅度法不需要高精度的DEM,具有更强的实用性。     

森林地上生物量GF-3全极化SAR数据估测研究

森林地上生物量(Above Ground Biomass, AGB)是衡量森林生态系统生产能力的重要参考指标，也是研究地表碳循环和碳平衡的重要组成部分。立足国内高分三号(GF-3)SAR数据，探索不同类型反演模型的适宜性，以提高森林地上生物量的反演精度有着重要意义。以云南省昆明市宜良县花园林场小哨林区西南地区典型针叶林为研究对象，以GF-3 SAR数据为数据源，结合地面样地调查数据将GF-3 SAR数据的4个通道极化后向散射系数和极化分解特征作为森林地上生物量的建模因子；使用参数模型中的多元线性逐步回归(Multivariable Linear Stepwise Regression,MLSR)算法及非参数模型中的K最近邻(K-Nearest Neighbor Method, K-NN)、支持向量回归(Support Vector Regression, SVR)和随机森林(Random Forest, RF)共4种算法，对该研究区域森林AGB进行了反演；并采用皮尔逊相关系数(R²)、均方根误差(RMSE)及总精度(Acc.)3个指标对4种模型的反演结果精度进行了...     

星载SAR干涉技术获取DEM及其精度分析

星载合成孔径雷达干涉（InSAR）技术是一种数据覆盖范围广、廉价、高效、方便的数字高程模型（DEM）获取方法,但在地面植被覆盖广、大气水汽含量高的地区其影像相干性随时间基线的增加迅速降低;同时,SAR卫星的轨道误差也影响DEM精度。利用ERS-1/2卫星串行模式SAR数据获取镇江地区DEM,分析了轨道误差对DEM精度的影响;根据干涉相位的统计特性,从理论上给出干涉相位噪声与相干系数和视数之间的关系。实验结果表明就干涉像对的卫星轨道误差和相位噪声而言,在小区域内DEM精度优于3.5 m。     

面向双站SAR系统的长波PolInSAR目标自适应分解北大核心CSCD

双站SAR系统无时间去相干的特性,结合长波的强穿透能力,在估计植被结构参数上应用前景极大,借助极化干涉SAR分解技术研究双站SAR系统下的植被区散射过程,对揭示信号与地物的交互过程,构建植被结构参数反演模型具有重要意义。考虑模型适用性和双站SAR系统存在的不可忽略的去相干,将极化干涉矩阵表达为极化方位角扩展的广义表面散射矩阵、广义二次散射矩阵和Neumann自适应体散射矩阵与其对应相干成分乘积的和的形式,基于残差最小二乘准则,使用非线性最小二乘优化技术同时求解所有模型参数。使用BioSAR 2008项目的 L波段全极化机载数据对方法进行测试,获取了实验区不同散射机制的相干成分、相位分布和能量信息,结合机载激光雷达数据进行了分析。结果表明:分解方法对植被区不同散射机制区分良好,有效抑制了体散射功率高估;植被区表面散射在垂直向上的分布与植被高度和穿透程度存在联系,体散射相位中心高度与机载激光雷达植被高接近且趋势一致;有效估计了散射机制的相干性。     

天宫二号干涉成像雷达高度计的基线倾角反演

天宫二号干涉成像雷达高度计是国际上第一个采用小入射角和短基线干涉测量技术实现宽刈幅海面高度测量的高度计。利用其在拓展试验中获取的星下点干涉回波进行干涉相位处理,进而根据几何关系对干涉基线的倾角进行了反演,并将反演结果与平台测量的横滚角进行了对比以验证利用干涉相位进行干涉基线倾角测量的技术。天宫二号平台姿态是相对于地心来进行控制的,而从干涉回波反演出的基线倾角是相对于地表的。由于地球是一个椭球体,因此反演得到的基线倾角与平台测量的横滚角两者之间存在一个与轨道有关的系统偏差,经校正后得到了符合预期的结果:两者测量的横滚角变化趋势以及标准差均相符合。     

极化散射与SAR 遥感信息获取

合成孔径雷达(SAR ) 对地观测与成像技术是近20 年来空间微波遥感技术最重要的进展。JPL 的SIR-C SAR 与加拿大Radarsat SAR-2 等星载或机载SAR 的全极化散射测量提出了自然地表全极化散射信息获取与处理的关键性科学问题。充分理解自然地表极化散射特性, 进而发展自然地表特征信息的分类、识别和反演算法是SAR 遥感应用的关键问题。近年来, 对于极化SAR 遥感已有广泛的研究。自然地表全极化散射的数值建模与M ueller 矩阵模拟解、相干矩阵及其特征值分析、信息熵等都有了研究与应用。但是, 如何将SAR 图像相干矩阵特征值和信息熵的全极化散射测量与自然地表特征参数直接关联, 并由此发展地表的分类、识别与参数反演等信息获取与处理还有待于大量的研究。本文将论述我们在SAR 全极化散射理论与应用的若干研究进展。第一个问题是如何将SAR 图像相干矩阵特征值和信息熵与同极化、交叉极化后向散射系数的测量直接关联, 与M ueller 矩阵解一起研究地表的分类与识别。第二个问题是如何有全极化散射测量反演地面数字程(DEM )。第三个问题是如何利用多时相SAR 遥感识别、获取与评估地面特征时间上的变化。     

被动微波遥感反演雪水当量不确定性因素分析

雪水当量定义为积雪融化后液态水的高度，是描述季节性积雪储量的关键参数。星载被动微波遥感适用于长时间序列、全球尺度的雪水当量监测。但目前的微波辐射传输模型大多忽略或简化了自然界垂直分层结构中的土壤、植被和大气等要素对积雪辐射亮温的影响，特别是植被参数（例如透过率、覆盖度、单次散射反照率）引起的微波亮温变化仍然不清晰。本研究通过构建土壤—积雪—森林—大气微波辐射模型，重点开展被动微波遥感反演雪水当量的不确定性机理研究。通过模型敏感性分析发现：(1)冠层透过率是森林参数中影响微波亮温最敏感的因子，其次是森林覆盖度，而单次散射反照率影响最小；(2)微波亮温随着森林覆盖度的增加而升高，但随着冠层透过率和雪粒径参数的增加而降低，即三者之间存在“抵偿效应”。通过构建的模型模拟数据库和卫星观测对风云三号B星（FY-3B）和The Advanced Microwave Scanning Radiometer 2(AMSR2)雪水当量反演算法进行亮温噪声测试发现：(1)亮温噪声对AMSR2雪水当量反演算法影响较大，特别是在森林像元尤为严重，与算法中表征积雪参数演化的极化因子和森林下雪深校正方法不确定性有关...     

利用卫星激光测高数据对星载SAR干涉测量DEM进行倾斜改正的研究

InSAR与ICEsat测高技术作为极具潜力的两项对地观测技术,各有其特点,利用卫星激光测高数据对星载SAR干涉测量DEM进行倾斜改正具有十分重要的意义,为提取无控制特殊困难地区大范围DEM提供了一种全新的方法。本文介绍了InSAR与ICEsat激光测高两种技术的特点及互补性;分析了利用ICEsat测高数据改正InSAR数据本身难以消除的误差的可行性;并以南极Grove山大范围DEM的提取为例,证实了其优越性。