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星载SAR遥感反演中地形辐射校正的关键技术研究

张王菲  
【摘要】:SAR数据在山区农林业资源调查、山区生态环境监测等领域被越来越广泛应用,在崎岖的山区,由于地形起伏,使得对应SAR影像每一像元的地面所接收的回波有很大差别,因此,对于同样的地表覆盖类型,不同坡度、坡向形成不同的辐射值。即使相同的地物、获取的图像可能有不同的亮度值,而不同类型的地物却有可能有相近的亮度值。地形效应成为SAR数据进一步应用的主要障碍之一。相比光学影像,SAR影像的地形效应尤为明显,去除地形对SAR影像的影响即所谓的地形辐射校正。我国近70%的国土是山地,因此,SAR影像地形辐射校正的研究不仅是遥感科学理论上的热点问题,而且在我国林业调查、资源环境、生态领域都有重要的实用意义。 本研究结合国家自然科学基金项目选取香格里拉地区作为研究区域,目的是以西南高原地区为例,研究地形SAR影像造成的影响,并探讨其影像机制、校正方法,预期提高在地形起伏地区采用SAR数据进行遥感反演的可能性和精度。论文的创新性主要体现在:首次在地形变化大(最大坡度大于50度)的区域应用有效散射面积校正方法,并比较其适用性,其次研究对象为云南松、高山松为天然林;再次对根据研究区域特点,对水云模型进行了发展,并以此为基础构建了入射角校正模型。 本文的研究内容及其成果体现在以下六个方面: 1.本文分析了星载SAR构像几何关系、影响SAR图像的SAR系统参数和地面参数等特征,分析了地形对SAR影像造成的影响,得出地形对SAR影像进行遥感反演的影响主要包括两个方面:有效散射面积的影响和入射角的影响。 2.通过建立SAR定位模型,分析DEM和SAR元数据,构建DEM和SAR数据的坐标对照表,在此基础上生成SAR模拟影像,通过模拟影像,对SAR影像进行了正射校正。 3.从星载SAR的成像机制出发,分析地形引起的有效散射面积的变化,并对对其面积加以校正。通过分析SAR构象几何关系,从理论分析出发,拓展了有效散射面积校正的三种模型,并对其算法进行了实现,在此基础上对模型的校正结果进行评价。为了对比三种校正方法的效果,本文对比了不同起伏区域三种方法校正前后后向散射系数与入射角的关系,同时引入不同校正结果的差值直方图对校正结果加以评价,为了验证校正结果对遥感反演的,有效性,讨论了校正结果与高山松生物量之间相关性在校正前后的变化,在这些基础上确定了投影角法更适合研究区域有效散射面积校正。 4.分析了入射角对不同地表后向散射系数的影响,在此基础上以森林作为研究对象,以水云模型和一阶传输模型为基础,构建了适合研究区域和研究数据的改进后的水云模型。 5.以构建的模型为基础分析了入射角对森林微波散射机制的影响,通过假设树木直立生长和后向散射系数主要受冠层影响的条件,构建了半经验型的入射角校正模型,为了提高模型中n值的精度,提出了采用线性模型来加以预测的方法,并以HV数据为例,以云南松作为研究对象,首次构建了不同龄级云南松的入射角校正模型。 6.由于地形辐射校正的最终目的多数用于植被参数的反演,因此本文以校正前后云南松反演的精度对模型的有效性加以评价,实验表明,经过地形辐射校正后的后向散射系数与云南松生物量之间的相关性显著提高,且反演模型的精度和方差参数等也有明显改善。


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