史 磊

1．武漢大學(xué)測繪遙感信息工程國家重點實驗室,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

史 磊1,2

1．武漢大學(xué)測繪遙感信息工程國家重點實驗室,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,植被對全球物產(chǎn)估計、碳循環(huán)評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。作為主動傳感器的代表,合成孔徑雷達(SAR)能夠提供全球?qū)崟r觀測的能力。而更為高級的干涉合成孔徑雷達(InSAR)與極化干涉合成孔徑雷達(PolInSAR)也在植被研究方面展現(xiàn)出了較強潛力。

在雷達理論中,植被垂直結(jié)構(gòu)函數(shù)(VVSF)定義為以垂直高度為自變量,對應(yīng)高度復(fù)散射系數(shù)為因變量的復(fù)雜函數(shù)。當前的VVSF估計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)驗函數(shù)近似VVSF,并利用PolInSAR數(shù)據(jù)進行求解;而Fourier-Legendre法在PolInSAR系統(tǒng)的基礎(chǔ)上采用Fourier-Legendre多項式近似逼近VVSF;層析法則需要利用數(shù)10次重軌觀測SAR影像對VVSF進行嚴格的數(shù)學(xué)估計。為了減少求解所需的影像數(shù)量,本文針對VVSF的植被高度與植被下地形兩個特定參數(shù)進行求解。本文的兩個主要貢獻如下:

(1)本文改進了常規(guī)的多基線RVoG模型,并提出對應(yīng)求解方案進行植被高度與植被下地形起伏信息估計。考慮到多基線觀測條件下風(fēng)引起的枝葉搖曳過程,在多基線改進RVoG模型中證明了時間去相干影響的不可忽視性;同時,本研究在改進多基線RVoG時引入了樹樁引起的植被層干涉相位偏移,使得改進模型更符合真實植被散射過程。在模型求解方面,本研究利用多基線PolIn-SAR的信息互補性,解決了植被下地表干涉相位求解模糊問題與樹高-消光系數(shù)求解模糊問題。此外,本研究還利用真實試驗數(shù)據(jù)評價了基線對森林高度與植被下地形提取精度的影響,并進行了相關(guān)擴展討論。

(2)從信息利用的角度來說,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。為了簡化模型的求解過程,采用極化散射矩陣熵近似估計Arii體散射隨機參數(shù)的可行解范圍,并提出了一種目標優(yōu)化函數(shù)來求解植被-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

國家自然科學(xué)基金(60890074;61371199);國家863計劃(2011AA120404)

2013-10-16

史磊(1986—),男,2013年6月獲武漢大學(xué)攝影測量與遙感專業(yè)博士學(xué)位(指導(dǎo)教師:李平湘教授,楊杰教授),研究方向為合成孔徑雷達圖像處理。

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[J]．測繪學(xué)報,2014,43 (3):330-330．)

10．13485/j．cnki．11-2089．2014．0048

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