多基線PolInSAR植被高度與植被下地形估計(jì)

史 磊

1．武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢 430079;2．武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,湖北武漢 430079

多基線PolInSAR植被高度與植被下地形估計(jì)

史 磊1,2

1．武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢 430079;2．武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,湖北武漢 430079

作為地球生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,植被對(duì)全球物產(chǎn)估計(jì)、碳循環(huán)評(píng)估等方面具有極其重要的意義。然而常規(guī)的植物學(xué)研究方法很難在全球尺度下獲取植被結(jié)構(gòu)信息。作為主動(dòng)傳感器的代表,合成孔徑雷達(dá)(SAR)能夠提供全球?qū)崟r(shí)觀測(cè)的能力。而更為高級(jí)的干涉合成孔徑雷達(dá)(InSAR)與極化干涉合成孔徑雷達(dá)(PolInSAR)也在植被研究方面展現(xiàn)出了較強(qiáng)潛力。

在雷達(dá)理論中,植被垂直結(jié)構(gòu)函數(shù)(VVSF)定義為以垂直高度為自變量,對(duì)應(yīng)高度復(fù)散射系數(shù)為因變量的復(fù)雜函數(shù)。當(dāng)前的VVSF估計(jì)方法可以分為三大類:VVSF參數(shù)化法、Fourier-Legendre法與層析法(TSAR)。以random volume over ground(RVoG)與oriented volume over ground(OVoG)模型為代表的參數(shù)化法采用帶少量參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)函數(shù)近似VVSF,并利用PolInSAR數(shù)據(jù)進(jìn)行求解;而Fourier-Legendre法在PolInSAR系統(tǒng)的基礎(chǔ)上采用Fourier-Legendre多項(xiàng)式近似逼近VVSF;層析法則需要利用數(shù)10次重軌觀測(cè)SAR影像對(duì)VVSF進(jìn)行嚴(yán)格的數(shù)學(xué)估計(jì)。為了減少求解所需的影像數(shù)量,本文針對(duì)VVSF的植被高度與植被下地形兩個(gè)特定參數(shù)進(jìn)行求解。本文的兩個(gè)主要貢獻(xiàn)如下:

(1)本文改進(jìn)了常規(guī)的多基線RVoG模型,并提出對(duì)應(yīng)求解方案進(jìn)行植被高度與植被下地形起伏信息估計(jì)?？紤]到多基線觀測(cè)條件下風(fēng)引起的枝葉搖曳過(guò)程,在多基線改進(jìn)RVoG模型中證明了時(shí)間去相干影響的不可忽視性;同時(shí),本研究在改進(jìn)多基線RVoG時(shí)引入了樹樁引起的植被層干涉相位偏移,使得改進(jìn)模型更符合真實(shí)植被散射過(guò)程。在模型求解方面,本研究利用多基線PolIn-SAR的信息互補(bǔ)性,解決了植被下地表干涉相位求解模糊問(wèn)題與樹高-消光系數(shù)求解模糊問(wèn)題。此外,本研究還利用真實(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)了基線對(duì)森林高度與植被下地形提取精度的影響,并進(jìn)行了相關(guān)擴(kuò)展討論。

(2)從信息利用的角度來(lái)說(shuō),多基線RVoG模型樹高與植被下地形提取主要依賴PolInSAR數(shù)據(jù)中的干涉信息,而蘊(yùn)含在PolInSAR極化信息內(nèi)的極化方位角(POA)則與地形變化息息相關(guān)。本研究提出一種顧及地形起伏的自適應(yīng)植被-地表模型。雖然植被-地表總體散射過(guò)程較為復(fù)雜,但多基線PolInSAR數(shù)據(jù)提供了求解自適應(yīng)植被-地面聯(lián)合模型的可能性。為了簡(jiǎn)化模型的求解過(guò)程,采用極化散射矩陣熵近似估計(jì)Arii體散射隨機(jī)參數(shù)的可行解范圍,并提出了一種目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)來(lái)求解植被-地面模型的參數(shù)。

Vegetation Height and Underlying Ground Altitude Estimation Based on Multi-Baseline PolInSARImages

SHI Lei1,2
1．The State Key Laboratory of Information Engineering in Surveying,Mapping and Remote Sensing,Wuhan University,Wuhan 430079,China;2．School of Resources and Environmental Sciences,Wuhan University,Wuhan 430079,China

I Lei(1986—),male,

the doctorate in Photogrammetry and Remote Sensing from Wuhan University on June 2013,majors in the synthetic aperture radar image process．

TP75

D

1001-1595(2014)03-0330-01

國(guó)家自然科學(xué)基金(60890074;61371199);國(guó)家863計(jì)劃(2011AA120404)

2013-10-16

史磊(1986—),男,2013年6月獲武漢大學(xué)攝影測(cè)量與遙感專業(yè)博士學(xué)位(指導(dǎo)教師:李平湘教授,楊杰教授),研究方向?yàn)楹铣煽讖嚼走_(dá)圖像處理。

SHI Lei．Vegetation Height and Underlying Ground Altitude Estimation Based on Multi-Baseline PolInSAR Images[J]．Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2014,43(3):330-330．(史磊．多基線PolInSAR植被高度與植被下地形估計(jì)[J]．測(cè)繪學(xué)報(bào),2014,43 (3):330-330．)

10．13485/j．cnki．11-2089．2014．0048

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