[发明专利]一种倾斜森林地区三层S-RVoG散射模型的确定及分析方法

说明书

本发明提出了一种倾斜森林地区三层S‑RVoG散射模型的确定及分析方法，包括如下步骤：步骤一：给出RVoG模型散射示意图，重点推导并分析RVoG模型相干系数表达式；步骤二：在RVoG模型基础上，增加树干层散射分量，详细推导三层散射模型相干性表达式；步骤三：考虑局部地形坡度的影响，修改垂直结构函数，推导S‑RVoG模型，并对模型进行分析；步骤四：在S‑RVoG模型基础上，考虑树干层散射分量，推导三层S‑RVoG模型，并分析各物理参数对相干性的影响。本发明解决了RVoG模型对自然山地区域散射过程描述模糊的问题，完善了植被相干散射模型，提高了极化干涉SAR植被高度反演的精度。

技术领域

本发明属于遥感图像处理技术领域，特别是涉及一种倾斜森林地区三层S-RVoG散射模型的确定及分析方法。

背景技术

森林生态系统在全球碳循环过程和大尺度环境变化准确监测中起着极其重要的作用，而植被高度的地面测量不仅昂贵、费时，并且难以获得大面积数据。极化干涉合成孔径雷达(PolInSAR)技术的出现为该问题提供了有效的解决途径。PolInSAR将极化合成孔径雷达(PolSAR)和干涉合成孔径雷达(InSAR)相结合，同时具有PolSAR能够区分目标散射体细致结构和InSAR能够获取目标高程信息的优点。PolInSAR通过对全相干的极化数据干涉分析，能够把目标的精细结构特征和空间高程特征结合，可以获取更高精度的植被地区参数，目前已得到广泛应用。

植被后向相干散射模型把植被的物理信息和雷达观测数据联系起来，模型输入是由极化干涉相位相干最优化得到的相干系数，而模型输出是地表和植被的物理参数。相干散射模型由Treuhaft等首先推导，随后由Papathanassiou等完善并提出了经典地表上随机体散射(RVoG)模型。RVoG模型的出现为参数反演提供了可能，自提出以来就得到了广泛的研究及应用。但是受时间去相干以及森林区域散射过程的复杂性等因素影响，相干散射模型描述的散射过程相较于真实散射过程依旧存在误差，影响反演精度。所以对相干散射模型的完善一直是迫切需要解决的一个难题。

发明内容

本发明目的是为了解决现有的植被相干散射模型存在的缺陷，本发明结合局部地形坡度和树干层散射特性的影响，提出了一种倾斜森林地区三层S-RVoG散射模型的确定及分析方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：一种倾斜森林地区三层S-RVoG散射模型的确定及分析方法，包括以下步骤：

步骤一：根据RVoG模型散射示意图分析RVoG模型相干系数表达式；

步骤二：在RVoG模型基础上，增加树干层散射分量，确定出三层散射模型相干性表达式；

步骤三：根据局部地形坡度的影响，修改垂直结构函数，确定出S-RVoG模型，并对该S-RVoG模型进行分析；

步骤四：在S-RVoG模型基础上，根据树干层散射分量，确定出三层S-RVoG模型，并分析各物理参数对相干性的影响。

进一步地，所述步骤一具体为：

所述RVoG模型为两层模型，所述RVoG模型同时包含植被信息和地表信息两部分，上部植被层为具有未知冠层高度h_v且单位体积的散射幅度为的随机方向粒子层；下部为高度为z₀的且具有散射幅度的地表层；对于两层RVoG模型，假设森林冠层直接延伸到地表，即冠层底部对应于地表面，此时相干性表达式为：

其中，k_z是有效垂直波数；φ₀表示与地形有关的相位；z为垂直方向坐标，f(z)是垂直结构函数，所述垂直结构函数由表面散射部分和冠层散射部分构成，即：