[发明专利]一种SAR大范围森林场景遥感数据的快速模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种合成孔径雷达(SAR)大范围森林场景遥感数据的快速模拟方法，属于合成孔径雷达森林遥感技术领域。

背景技术

森林是地球生态物质的主体，区域和全球森林生物量的估测对于检测生态系统碳循环和气候变化具有重要意义，是生态学和全球变化研究的重要内容之一。近年来，合成孔径雷达遥感技术在森林信息探测方面的作用得到了广泛的关注，已成为地上大面积范围内森林生物量估测的有力工具。原始数据模拟技术在SAR森林遥感应用过程中发挥了重要的作用，一方面揭示遥感正演机理，另一方面为森林参数提取算法的研究提供丰富的遥感数据。因此，森林冠层后向散射模型和原始数据模拟方法是SAR森林遥感应用的研究热点。

高分辨率和宽幅观测是SAR遥感技术的发展趋势，也是其在森林探测应用的主要趋势。因此，针对高分辨率SAR系统和大范围森林场景进行高精度、高效率的原始遥感数据模拟的需求也不断增加。在SAR森林遥感原始数据模拟过程中，整个三维森林冠层场景被离散化为大量的散射单元，分别计算每个散射单元对SAR回波信号的贡献再相干叠加。森林场景越大、林分密度越大、SAR系统分辨率越高，散射单元数量也越大，导致SAR原始数据的模拟时间成指数增加。例如，在1m分辨率的SAR系统下模拟100hm2中等密度的森林遥感数据需将其离散化为5亿个散射单元，SAR原始数据模拟的时间将超过800小时。由于计算的复杂度高、数据量大，目前已有的模拟模型和方法无法适用于高分辨率SAR系统下大场景森林遥感数据的模拟。

发明内容

本发明的目的是为了实现高分辨率合成孔径雷达(SAR)大范围森林遥感数据的快速、高精度模拟，同时又能较大限度地提高了模拟效率，提出了一种SAR大范围森林场景遥感数据的快速模拟方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种SAR大范围森林场景遥感数据的快速模拟方法，其步骤如下：

1)对相关参数进行定义，包括坐标系定义和森林场景定义：

1.1定义三维坐标系，其中Y轴为SAR运动方向，又被称为方位向，X轴和Z轴分别为地距向和高度向，SAR观测场景的中心下视角为θ_c，中心斜距为r₀；

1.2定义森林场景，森林场景为长方体形状，其方位向范围为W_y，地距向范围为W_x，高度向范围为W_z，场景内林木可以为任意种类，可以是任意分布状态；

2)将整个森林场景沿方位向(Y轴)等分为宽度为D_y的子场景，最后一个宽度不足D_y的子场景取其剩余宽度；

3)对于每一个子场景沿地距向(X轴)和高度向(Z轴)等分为宽度为D_x、高度为D_z的“场景块”，最后一个宽度不足D_x或者高度不足D_z的“场景块”取其剩余宽度或者剩余高度；

4)在SAR的孔径中心时刻，将雷达对每个“场景块”中心的视线方向定义为方向，的方向随不同“场景块”有所不同，将每个“场景块”沿在XZ平面内与方向垂直的方向等分为宽度为D_r的“场景带”，最后一个宽度不足D_r的“场景带”取其剩余宽度，将每个“场景带”定义为一个虚拟散射单元；

5)取每个“场景带”内沿方向的中点作为每个虚拟散射单元的中心位置；

6)对“场景带”内所有真实散射单元的后向散射补偿斜距误差引入多普勒项后再进行相干叠加得到每个“场景带”的雷达后向散射系数，其中第n个“场景带”的等效雷达后向散射系数为