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基于极化相干层析技术的林分高度估算

测绘工程 2016年第7期25卷 18-21页

作者：曹先革杨金玲侯建国司海燕黑龙江工程学院测绘工程学院黑龙江哈尔滨150050

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... 详细信息

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。

关键词：极化相干层析林分高度 ALOS PALSAR 全极化SAR

基于极化相干层析算法反演森林垂直结构剖面研究

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测绘与空间地理信息 2013年第12期36卷 71-74页

作者：姜爱辉陶秋香尚玉双山东科技大学山东青岛266590

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... 详细信息

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。

关键词：极化相干层析垂直结构剖面极化干涉SAR

基于极化相干层析技术的森林垂直剖面重建研究

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测绘与空间地理信息 2015年第8期38卷 19-21页

作者：曹先革杨金玲刘江孟祥来黑龙江工程学院测绘工程学院黑龙江哈尔滨150050

极化相干层析技术作为极化干涉合成孔径雷达的一个重要应用方向,在林业遥感方面应用广泛。在分析极化相干层析技术原理的基础上,基于仿真数据从10 m,18 m和22 m三种森林高度以及Deciduous,Pine(2)和Hedge三种树型分别对极化相干层析技... 详细信息

极化相干层析技术作为极化干涉合成孔径雷达的一个重要应用方向,在林业遥感方面应用广泛。在分析极化相干层析技术原理的基础上,基于仿真数据从10 m,18 m和22 m三种森林高度以及Deciduous,Pine(2)和Hedge三种树型分别对极化相干层析技术构建森林垂直结构剖面的精度进行了验证,研究结果表明,该方法能够有效构建垂直结构剖面,森林高度和树型对估算结果影响较小,该方法对不同树型和不同高度均具有良好的适应性。

关键词：极化相干层析垂直剖面干涉相干地表相位

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重轨极化干涉SAR森林高度反演算法研究

重轨极化干涉SAR森林高度反演算法研究

作者：施玥电子科技大学

学位级别：硕士

森林作为陆地生态系统的主体,在人类生存与发展过程中起着不可取代的作用。作为重要的可再生资源之一,森林资源的勘查与保护已上升为国际环境的重要议题。森林高度作为森林最重要的垂直结构参数,对其的定量测量将有效推动林业遥感的发... 详细信息

森林作为陆地生态系统的主体,在人类生存与发展过程中起着不可取代的作用。作为重要的可再生资源之一,森林资源的勘查与保护已上升为国际环境的重要议题。森林高度作为森林最重要的垂直结构参数,对其的定量测量将有效推动林业遥感的发展。极化干涉SAR技术(Polarimetric SAR Interferometry,简称Pol In SAR)凭借其对不同高度散射中心的敏感性,在森林测高方面有着得天独厚的优势,因此对其展开研究具有重要意义。本文在PolInSAR理论基础上,分别通过双基线、极化相干层析、机器学习手段对森林高度进行了反演,并且与传统的物理模型精度进行了对比。主要内容和成果如下:(1)针对单基线P波段反演中的地面残余散射与时间失相干问题,提出了一种基于体积时间失相干(RVo G+Volume Temporal Decorrelation,简称RVo G+VTD)模型的双基线反演方法。该方法通过将不同基线之间同一极化机制的地体振幅比(Ground to Volumn scattering Ratio,简称GVR)作为约束两根基线的条件,采用查找表算法寻找地体振幅比差异最小的时候所对应的高度。这样可以避免单基线中的零地体比假设,进而获得较少地面残余散射影响的森林高度。与此同时,地面残余散射造成的沿相干线的一维模糊区间以及原点与体复相干连线的径向一维模糊区间会共同构成二维模糊区域。将基于RVo G+VTD时间失相干模型构建的解限制于该二维模糊区域内最终可以得到同时改善了地面残余散射与时间失相干影响的森林高度。研究结果表明地面残余散射与时间失相干造成的森林高度反演误差与垂直波数K与森林高度h存在密切联系。因此,进一步利用模拟实验探究了森林高度反演误差如何在不同K与h下随地体振幅比与时间失相干系数变化。与传统的三阶段反演方法在基线BL1(R=0.38,RMSE=6.76m)和BL2(R=0.45,RMSE=7.9m)与固定消光系数法在BL1(R=0.46,RMSE=5.88m)和BL2(R=0.47,RMSE=4.42m)上的应用效果相比,该方法可以得到较高的精度(R=0.6,RMSE=3.48m)。(2)为了减小森林垂直异质性给反演精度带来的误差,提出了一种基于树种信息的极化相干层析(Polarization Coherence Tomography,简称PCT)森林高度反演方法。该方法在树种信息的基础上利用PCT算法建立同一树种占比像元的垂直相对反射率,计算得到其相对反射率最大处所对应的层析高度,并以激光雷达(Light Detection And Ranging,简称Li DAR)所测高度作为基准计算其功率损耗,最终得到研究区的功率损耗分布。在单个像元的层析高度基础上根据对应的功率损耗补偿相应的损耗高度可得到包含树种结构信息的森林高度。研究结果表明苏格兰松树与挪威云杉的垂直相对反射率存在较大差异,挪威云杉的相位中心较高且相对反射率跨度较大。利用H100进行精度评价,采用该方法得到的精度与输入的传统三阶段法反演精度相比(R=0.35,RMSE=7.09m),经过功率补偿之后的高度由于考虑了不同树种的垂直结构,精度明显有了较大提升(R=0.51,RMSE=4.96m)。(3)利用随机森林算法探究了L和P波段不同基线相干区域相关属性在森林高度反演中的潜力。所选择训练特征分别描述了传感器以及地形、相干区域的位置和方向、最接近椭圆的维数以及相干区域形状和理论椭圆的相似性四个方面的特性。利用稀疏的Li DAR样点作为标签与特征建立关系从而应用至不同的区域。对所得到的结果分别从精确性、迁移性以及可解释性三个方面进行了阐释。研究结果表明相较于在机器学习中输入物理模型特征,所选择的特征能够在此基础上较大幅度提升精度。对于BL1来说,三阶段反演法与固定消光系数法输入特征基础上R分别提升了0.16、0.13,RMSE分别降低了0.36m、0.33m。对于BL2来说,三阶段反演法与固定消光系数法基础上R分别提升了0.15、0.13,RMSE分别降低了0.35m、0.3m。不同波段相比较时,L波段模型迁移应用效果相较于P波段更好,R可达到0.67,RMSE减小至1.27m。一种可能的解释是L波段的相干区域形状与冠层高度模型(Canopy Height Model,简称CHM)的线性相关性更高,并且在机器学习建模过程中重要性相较于其它特征更大。

关键词：极化干涉SAR 森林高度反演双基线极化相干层析机器学习

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极化干涉SAR植被参数估计方法研究

极化干涉SAR植被参数估计方法研究

作者：付兵电子科技大学

学位级别：硕士

极化干涉SAR综合了干涉SAR和极化SAR的优点,能够反映目标的物理特性和空间分布特性,从而大大拓展了SAR在微波遥感领域的应用。极化干涉SAR技术利用全极化数据,通过相关矩阵特征分解等技术可以明显提高地表参数反演精度,从而为高精度数... 详细信息

极化干涉SAR综合了干涉SAR和极化SAR的优点,能够反映目标的物理特性和空间分布特性,从而大大拓展了SAR在微波遥感领域的应用。极化干涉SAR技术利用全极化数据,通过相关矩阵特征分解等技术可以明显提高地表参数反演精度,从而为高精度数字高程信息的提取提供了可能。利用极化干涉SAR实现地表植被参数的反演,对森林资源管理和环境监测具有重要价值。本文主要研究了极化干涉SAR地表植被高度反演方法,同时对极化相干层析(PCT)算法进行了详细的探讨,所做的主要工作和创新如下:1、分析了极化干涉SAR不同极化状态的散射机制特性及其对植被区域反演的敏感性;同时研究了极化干涉相干系数最优算法,通过实测数据验证了该算法可获得地表目标的散射机制分离。2、研究了极化干涉SAR散射相位中心的估计。首先,介绍极化干涉SAR相干散射模型,并系统分析了不同参数对相干性的影响;接着,研究了基于ESPRIT算法的散射相位估计方法,可以获得比较精确的植被层和地表层相位估计;最后,研究了利用植被体散射最优相干系数对散射相位进行补偿的方法,大大减小了植被层衰减作用带来的干涉相位误差。3、提出了三种极化干涉SAR地表植被高度反演方法。首先,通过分析传统的三阶段植被高度反演算法的不足,提出了基于最优体散射相干系数的植被高度反演算法,通过获取最优体散射相干系数从而使植被参数估计更加准确,应用仿真和实测数据比较分析验证该算法的有效性和优势;接着,提出了一种双基线极化干涉SAR反演算法,并通过比较分析说明了双基线算法能够获得更准确的植被高度估计;最后,提出了联合双频的极化干涉SAR植被高度反演算法,通过仿真数据比较分析,证明了该算法能够获得更高的反演精度,并具有较好的稳健性。4、研究了极化干涉SAR相干层析算法。阐明了极化相干层析算法原理,并介绍了单基线和双基线极化相干层析算法的处理过程和步骤,最后通过仿真数据说明该算法的能够获得植被垂直结构函数,能够更好地反映地表的散射特性。

关键词：极化干涉SAR 散射相位植被高度反演极化相干层析

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基于极化干涉SAR植被高度的反演

基于极化干涉SAR植被高度的反演

作者：米守全长安大学

学位级别：硕士

极化干涉SAR是将干涉SAR技术和极化SAR技术结合在一起,将极化SAR获取目标散射特性的能力与干涉SAR获取目标散射体空间分布的能力集于一身。极化干涉SAR技术提高传统的干涉SAR的测量精度,同时能够更好的获取目标散射机理。极化干涉SAR技... 详细信息

极化干涉SAR是将干涉SAR技术和极化SAR技术结合在一起,将极化SAR获取目标散射特性的能力与干涉SAR获取目标散射体空间分布的能力集于一身。极化干涉SAR技术提高传统的干涉SAR的测量精度,同时能够更好的获取目标散射机理。极化干涉SAR技术利用全极化数据,通过相关矩阵特征分解技术可以明显提高地表参数反演精度,从而为获取高精度数字高程信息提供了可能。本文研究了极化干涉SAR地表植被高度反演方法,同时对极化相干层析算法进行详细的研究,主要工作如下:(1)分析了极化干涉SAR不同极化状态的散射机制特性及其对植被区域反演的敏感性,研究了极化干涉相干系数最优化;同时深入分析了ESPRIT算法散射相位中心估计,并通过模拟数据验证了算法的有效性。实验结果发现:基于ESPRIT算法能够较好的估计出植被冠层和地表相位中心,实现了植被散射体相位中心的分离。(2)研究了相位相干融合反演算法,该算法利用复相干幅度反演算法弥补DEM差分算法,有效的减小ESPRIT算法中去极化等因素对高度估计的影响。在DEM差分算法中,主要针对地表相位极化模式的选择和相位跳变进行研究,实验表明:经过中值滤波处理后,HH-VV极化模式能准确的估计地表相位;在复相干幅度算法中,通过选取最优相干系数及散射模型函数反演高精度的植被高度;最后,分析了权重系数在相位相干融合算法中的作用。通过实验获取了精确的植被高度估计,验证相位相干融合反演算法的有效性。(3)详细研究了极化相干层析算法。阐明了极化相干层析算法原理,并推导出单基线极化相干层析算法步骤,主要进行了相位相干融合算法植被高度估算和Legendre系数的计算,并通过仿真数据实验,证实该算法能够获取植被高度及植被垂直结构散射特性。

关键词：极化干涉SAR 散射相位植被高度反演极化相干层析