1、基于极化取向补偿的基于极化取向补偿的PolInSAR森林森林高度高度反演研究反演研究2022-7-222目 录研究背景与现状 研究思路与方法结果分析123 CONTENTS4结论与讨论2022-7-223研究背景与现状1森林高度森林高度森林蓄积量森林蓄积量森林垂直结构传统森林参数估计传统森林参数估计微波遥感估计微波遥感估计微波信号与森林冠层、树枝、树叶以及地表等发生相互关系，并将散射的微波信号通过散射矩阵表达，建立植被层及其地表层的与散射机制的关系，反演森林结构参数森林资源森林资源的可持续的可持续性发展性发展效率低下效率低下森林参数估计偏差森林参数估计偏差高效率高效率全天候全天候可穿透性可穿透
2、性2022-7-224传统森林树高测量轨道2轨道轨道1体散射地表散射基线基线微波遥感微波遥感极化干涉极化干涉SARSAR（PolInSARPolInSAR）研究背景与现状12022-7-225 研究思路与方法2资助项目-项目编号：-课题来源：顾及生物物理参数的极化干涉SAR几何和物理观测量联合反演植被高度及DTM国家自然科学基金项目重点项目-项目名称：-年 限：2016年-2020年41531068-申请单位：中南大学和中南林业科技大学联合承担2022-7-226 研究思路与方法-PolInSAR技术 2森林森林RVOGRVOG模型模型参考面散射机制散射机制反演模型反演模型22211211*2
3、*1216TTKKKKTTT森林高度微波散射机制遥感信息生物量垂直结构森林参数森林参数观测信息参数反演参数反演数据处理2022-7-227 研究思路与方法-极化取向2电磁波的极化状态由极化取向角和椭圆率角两个参数表示，极化取向角也称为极化方位角，其中极化取向角是极化椭圆的长轴和水平线的夹角。散射目标的极化取向角被认为是方位向坡度、距离向坡度和雷达入射角的函数。极化取向角极化取向角)sin()cos()tan()tan()tan(2022-7-228 研究思路与方法-极化取向2极化取向角极化取向角vh极化椭圆SAR成像几何示意图z2022-7-229 研究思路与方法-极化取向2极化取向角产生的原
4、因：极化取向角产生的原因：1）在无森林覆盖区域，散射目标的极化取向角与地形有关，特别对与方位向地形起伏的敏感程度较高；2）在森林覆盖区域，散射目标的极化取向角不仅与地形有 关，还与森林冠层结构、枝叶的形状和取向有关系。2022-7-2210 研究思路与方法-极化取向2极化取向角的影响：极化取向角的影响：1）对散射矩阵的影响2）对相干矩阵的影响1001)0(0abkS9397.03420.03420.09397.0)10(0abkS1004.00001006.00001009.04.00010006.00010009.00012342346iiiiiieeeeeeT766.0643.00416.
5、0104.00643.0766.00104.0571.00001009.0416.0104.00766.0643.00104.0571.00643.0766.00009.00012762.2762.2088.142762.2762.2088.146iiiiiiiiiiiieeeeeeeeeeeeT0100102022-7-2211 研究思路与方法-极化取向23）对相干性幅度和干涉相位的影响2022-7-2212不同极化取向角补偿对相干性的影响 研究思路与方法-极化取向22022-7-2213 研究思路与方法-极化取向补偿2（1）极化取向角补偿原理极化取向角补偿是通过不同极化取向角的散射矩阵围绕
6、雷达视线方向旋转到同一极化取向角下(如零度极化方位角)，将同一散射体具有不同极化取向角的散射矩阵变换到同一基准下，即同一散射目标在相同散射机理下具有相同的散射矩阵，消除极化取向差异对散射矩阵的影响2022-7-2214 研究思路与方法-极化取向补偿2（2）基于圆极化的极化方位角估计111121iiSSSSiiSSSSSVVVHHVHHRRRLLRLLcirc2/)2(2/)2(HVHHVVLLHVVVHHRRiSSSSiSSSS2,44)(Re(44122*1如果HVVVHHHVVVHHSSSSSSTan线性极化圆极化极化取向角2022-7-2215 研究思路与方法-极化取向补偿2（3）Pau
7、li基矢量极化取向补偿模型THVVVHHVVHHSSSSSK221KKGK2cos2sin02sin2cos0001)2(2022-7-2216 研究思路与方法-极化取向补偿2（4）极化干涉相干性极化取向补偿模型111111112cos2sin02sin2cos0001)2(KKGK22222*211111*122121*1222*2111*1212*121)2()2()2()2()2()2(),(GTGGTGGGTTeTTTTTTi222222222cos2sin02sin2cos0001)2(KKGK)2()2()2()2()2()2(2*211*21122*222*22221*111*1
8、111GKKGKKGKKGKKTGKKGKKTTTTTTT222*2111*1212*121),(TTTTT其中：2022-7-2217 研究思路与方法-极化取向补偿2极化SAR(Master)极化SAR(Slave)数据预处理相干矩阵极化干涉相干性三阶段法森林高度滤波极化取向角（M）极化取向角（S）补偿补偿配准配准估计地表相位体散射相干性RvoG2022-7-2218结果分析3实验数据：贝加尔湖附近 SIR-C数据2022-7-2219估计的极化方位角结果分析3统计量主图像辅图像 森林区域均值-6.611-6.702标准差19.98720.551 农田区域均值-3.124-2.951标准差1
9、6.12217.083森林区域的极化方位角是由地形和森林两方面因素引起，其变化趋势比较复杂，其均值和方差都偏大；农田区域的极化取向角主要因素是地形变化，其极化取向角大小和变化趋势都小，且小于森林区域。2022-7-2220结果分析相干性分析3相位相干性幅度补偿前补偿后2022-7-2221结果分析相干性分析3相位相干性幅度补偿前补偿后2022-7-2222结果分析相干性分析3极化取向对相干性和相位的估计的影响程度与目标的散射特性和极化通道有关，不同散射地物导致极化取向差异的原因不同，不同的散射机制受极化取向角的影响程度差异较大。2022-7-2223结果分析-森林树高反演3 以极化取向角补偿后
10、估计的相干性为基础，根据三阶段法森林高度反演原理，在复平面内估计每个像元的相干性拟合直线，确定相干直线与复平面的交点。依据极化状态的散射特性确定地表相位，以查表的方法确定SAR图像中各个像元的森林高度。极化取向角补偿后的相干性三阶段法森林高度地表相位RvoG模型参数反演2022-7-2224结果分析-森林树高反演3估计的地表相位估计的森林高度2022-7-2225剖剖 面面 图图2022-7-2226森林高度（森林高度（m m）地表相位地表相位（radrad）消光系数消光系数(dB)(dB)拟合中误差拟合中误差极化方位极化方位角补偿前角补偿前均值29.8-0.1270.0450.492标准差1
11、1.81.9900.0580.245极化方位极化方位角补偿后角补偿后均值22.2-0.4030.0260.497标准差9.52.1660.0520.273结果分析-森林树高反演3实验数据的参数反演结果可以看出，森林覆盖区域的极化取向角补偿可以改善散射目标的极化取向差异，从而改变极化干涉相干性和相位的估计精度，明显改善了森林高度反演的精度和可靠性。2022-7-22274结论与讨论1）极化取向角补偿影响极化干涉SAR的相干性和干涉相位估计，而且 影响程度和变化规律与散射体的散射性质有关。2）极化取向角补偿模型降低了散射目标极化取向的差异，提高了相 干性估计精度，从森林高度反演结果可以看出，极化取向角补偿 有助于提高参数反演的可靠性。3）极化干涉SAR的理论和森林高度反演模型需要同散射目标散射机理、森林高度之间建立更加明确的关系，弥补反演参数与实际应用参 数之间的差距。
