[发明专利]一种基于改进Freeman-Durden极化分解模型的土壤水分反演方法

权利要求书

1.一种基于改进Freeman-Durden极化分解模型的土壤水分反演方法，该方法包括如下步骤：

步骤1)基于高分三号全极化雷达影像，利用改进Freeman-Durden极化分解模型，针对相干矩阵T进行去定向操作，并限制三成分功率非负，首先去除体散射的影响，然后分解出表面散射分量和二面角散射分量，并计算表面散射中的Bragg散射系数β参数，以及二面角散射中的Fresnel散射系数α参数和二面角散射振幅fd，并筛选出满足物理条件限制的可用于反演土壤水分的β参数满足-1β0，以及α和fd参数，满足0α1并且fd0；

改进Freeman-Durden极化分解模型公式如下：

T_θ＝deorientation(T) (1)

步骤2)面向高分三号卫星载荷特点模拟表面散射中的Bragg散射系数β_simu参数，建立β_simu参数数据库：

在表面散射占主导地面散射的情况下：

其中θ代表入射角度，设置为20-60度，间隔为1度；ε_s是土壤介电常数，设置为2-40，间隔为0.5；

步骤3)面向高分三号卫星载荷特点模拟二面角散射中的Fresnel散射系数α_simu参数和二面角散射振幅fd_simu，建立α_simu参数与fd_simu参数数据库：

在二面角散射占主导地面散射的情况下：

fd_simu＝0.5|R_shR_ph+R_svR_pve^iφ|² (7)

其中φ代表水平极化和垂直极化的相位差，下标i代表土壤(s)和植被(p)，并且θp＝π/2-θs；θ代表入射角度，设置为20-60度，间隔为1度；ε_s是土壤介电常数，设置为2-40，间隔为0.5；ε_p是植被介电常数，设置为2-50，间隔为0.5；

步骤4)基于代价函数Zs和Zd将分解得到的表面散射中的Bragg散射系数β参数、二面角散射中的Fresnel散射系数α参数和二面角散射振幅fd分别与数据库中对应的模拟参量β_simu、α_simu和fd_simu进行差值最小化，计算得到土壤介电常数，并结合Dobson介电常数模型将介电常数转换为土壤水分，结合表面散射和二面角散射实现面向高分三号卫星数据的，基于极化分解模型的土壤水分反演：

代价函数Zs公式如下：

其中n代表了β参数的数目；

代价函数Zd公式如下：

其中n代表了α参数的数目。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)的具体方法为：

a)对高分三号雷达卫星影像数据进行三步预处理工作：一是单视复数SLC文件转换；二是数据格式转换，由S2矩阵转换成T3矩阵；三是斑点噪声滤波；b)基于改进Freeman-Durden极化分解模型，在将目标分解为3个成份之前，先对相干矩阵采用去定向操作，即将目标旋转到了0度定向角这个标准位置后再分解为表面散射、二面角散射和体散射成份，并且限制了三种成分的功率值必须非负；c)去除体散射分量，分解出表面散射分量和二面角散射分量；d)分别计算并筛选出表面散射中的Bragg散射系数β参数，满足-1β0，以及二面角散射中的Fresnel散射系数α参数和二面角散射振幅fd，满足0α1并且fd0。