極化干涉SAR圖像森林高度估計(jì)算法研究.pdf

1、森林是人類賴以生存的重要因素。它們不僅支撐著像自然界氣候變化和水循環(huán)這樣的生態(tài)規(guī)律，也為人類提供必要的自然產(chǎn)品，例如木材、食物，家畜的飼料和藥材等。因此，利用遙感技術(shù)對(duì)大面積的森林區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)和管理成為了熱點(diǎn)問(wèn)題，而且人們對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行了大量研究。極化SAR干涉測(cè)量是現(xiàn)代遙感技術(shù)的一個(gè)重要分支。該技術(shù)結(jié)合了極化SAR和干涉SAR這兩種獨(dú)立的雷達(dá)技術(shù)。極化干涉 SAR(PolInSAR)不僅對(duì)散射體的形狀和方位不敏感，而且對(duì)散射體的位置和

2、空間分布也不敏感。此外，利用 PolInSAR圖像對(duì)森林高度等森林參數(shù)進(jìn)行提取是SAR圖像解譯和應(yīng)用的熱點(diǎn)，并且在理論上和實(shí)際應(yīng)用上都具有重要意義。為了提高PolInSAR圖像森林高度估計(jì)的精度，本文研究了基于PolInSAR極化信息與干涉信息的PolInSAR森林參數(shù)反演模型, PolInSAR目標(biāo)分解(TD)和對(duì)森林參數(shù)的提取。
　　首先，對(duì)目標(biāo)散射特性和典型森林參數(shù)的反演模型已經(jīng)有了很深的研究，例如隨機(jī)體-地表散射和ESPR

3、IT。在現(xiàn)有森林高度估計(jì)方法的理論和應(yīng)用基礎(chǔ)上，本文針對(duì)PolInSAR圖像，提出了一種提高森里高度估計(jì)精度的方法，該方法結(jié)合了總最小二乘直線擬合和ESPRIT兩種典型的處理方法。并且利用ALOS\PALSAR測(cè)量的馬來(lái)西亞地區(qū)L波段全極化干涉數(shù)據(jù)和PolSARProSim軟件仿真的數(shù)據(jù)對(duì)該方法進(jìn)行了驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的方法可以顯著提高森林高度參數(shù)的估計(jì)準(zhǔn)確性.
　　其次，本文研究了基于散射模型的PolInSAR非相干目

4、標(biāo)的目標(biāo)分解方法，提出了一種應(yīng)用于PolInSAR圖像森林高度估計(jì)的自適應(yīng)分解模型(AMBD)。該模型把每種干涉的十字相關(guān)表示成奇次散射偶次散射和體散射的總和，不僅可以反演森林參數(shù),而且可以得到每種散射過(guò)程的權(quán)重。除此之外，該模型還利用了協(xié)方差矩陣的所有信息，這是在之前的基于模型的目標(biāo)分解方法中未能實(shí)現(xiàn)的。本文利用SIR-C/X-SAR PolInSAR圖像進(jìn)行了算法驗(yàn)證與性能檢驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與利用三層反演方法得到的森林高度估計(jì)結(jié)果比較

5、，這種基于自適應(yīng)模型目標(biāo)分解的森林高度估計(jì)方法具有更高的精度。
　　再次，本文還提出了基于通用三層散射模型(GTLSM)的PolInSAR圖像森林高度估計(jì)方法。在 GTLSM中，林冠頂層的相關(guān)參數(shù)可以利用 AMBD估計(jì)出來(lái)，而樹干與地表的參數(shù)提取則是一個(gè)基于非線性組優(yōu)化的問(wèn)題。這個(gè)模型根據(jù)極化特征和相干性的差異，把森林模型分離成三層：地表層,樹干層和樹冠層。GTLSM 同樣利用SIR-C/X-SAR的L波段PolInSA

6、R圖像進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的GTLSM可以更準(zhǔn)確的反演森林參數(shù)。
　　最后，本文提出了兩種從 PolInSAR圖像中估計(jì)斜坡上森林高度的方法。第一種方法是基于一般模型的目標(biāo)分解方法(GMBD)，在這個(gè)方法中，我們提出了一個(gè)用隨機(jī)程度和方位角均值這兩個(gè)參數(shù)描述的一般體散射模型，這兩個(gè)未知的森林參數(shù)可以用非線性最小二乘優(yōu)化得到。這種方法不僅可以反演森林參數(shù)，也可以反演出每種散射過(guò)程的權(quán)重，同時(shí)還針對(duì)十字交叉極化和非對(duì)角的情

7、況，通過(guò)分離一般奇次散射與偶次散射模型各自的方位角，改進(jìn)了這兩個(gè)模型。第二種方法是改進(jìn)的三層散射模型方(MTLSM)。三層散射模型方法假設(shè)在斜坡地勢(shì)上，可以將森林在垂直方向上分為三層：樹冠頂層，樹干層和地表層。這三層會(huì)同時(shí)影響到三種散射過(guò)程（體散射,表面散射和偶次散射）對(duì)斜坡上森林區(qū)域的作用。該方法也介紹了PolInSAR相干信息對(duì)森林高度,平均消減，特別是局部地勢(shì)坡度等參數(shù)的影響。第二種方法不僅能夠反演出斜坡上森林的參數(shù)，而且其對(duì)地表