[发明专利]极化干涉SAR稀疏植被高度反演方法

说明书

本发明提出了一种极化干涉SAR稀疏植被高度反演方法，主要解决现有技术反演精度较低的问题。其实现方案为：对极化干涉SAR辅图像进行平地干涉相位修正；获取主图像和修正后的辅图像的Pauli基矢量矩阵；通过Pauli基矢量矩阵求取极化相干矩阵集合；根据植被干涉相位分布图对极化相干矩阵集合进行非邻域空间多视平均；通过非邻域空间多视平均后的极化相干矩阵集合求取地表相干系数矩阵和体散射相干系数矩阵；通过地表相干系数矩阵和体散射相干系数矩阵对稀疏植被植被高度进行反演。本发明降低了极化相干矩阵之间干涉相位的差异性，提高了植被参数反演的精度，可用于森林的分类和制图、大面积植被检测以及复杂地形高精度三维地形测绘。

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，涉及一种稀疏植被高度反演方法，可用于森林的分类和制图、大面积植被检测以及复杂地形高精度三维地形测绘。

背景技术

合成孔径雷达SAR是一种全天时、全天候的空间微波遥感成像雷达，能同时实现对地面目标的距离向和方位向的高分辨率成像。干涉合成孔径雷达InSAR利用不同天线的回波数据进行干涉处理，可以对地面的高程进行估计，对海流进行测高和测速等。极化合成孔径雷达PolSAR通过对目标进行全极化测量，实现目标的地物分类，荒漠化评估等。极化干涉合成孔径雷达PolInSAR集PolSAR和InSAR测量技术于一体，可以把目标的精细物理特征与空间分布特性结合起来，能进行植被参数反演，岩层分析，目标的检测和识别等。

对于植被场景，PolInSAR图像分辨单元内存在来自地面、植被茎干、植被冠层等多种极化散射回波的组合，从而使分辨单元内存在地面、植被茎干、植被冠层等多种极化相干系数，这些极化相干系数包含植被的高度信息，通过极化相干系数与植被高度之间关系，能反演植被的高度。因此，准确地获取这些极化相干系数是PolInSAR精确反演植被高度的关键。通过PolInSAR回波的散射矩阵来构建相干矩阵，并利用相干矩阵来估计植被的体散射相干系数和地表相干系数，进而实现对植被参数高度的反演。

当植被场景中的植被分布较为稀疏时，在PolInSAR接收到的回波信号中，地表散射较为占优，使得场景内像素点与植被覆盖率高的场景内像素点相比具有较高的地体幅度比值。所以，稀疏植被区域估计得到的体散射相位较低，导致植被参数反演的精度较低。此外，植被像素点的邻域含有较多的地表像素点，而植被像素点与地表像素点之间存在较大的干涉相位差异性，在对极化相干矩阵进行多视平均处理的过程中，若仍选择邻域矩阵样本，会进一步降低植被像素点极化相干矩阵的干涉相位，因此，在对多种随机极化散射机理下的相干系数进行直线拟合时，这些相干系数在复平面单位圆内分布较为发散，降低了拟合的准确率，从而降低了地表相干系数和体散射相干系数的估计精度，最终降低了稀疏植被高度的反演精度。

目前，利用PolInSAR来对在稀疏植被场景进行植被高度反演的方法中，应用最广泛的是PolInSAR三阶段植被高度反演方法，例如：文献“Cloude S R,PapathanassiouKP.Three-stage inversion process for polarimetric SAR interferometry[J].IEEProceedings-Radar，Sonar and Navigation,2003，150(3):125-0.”公开的一种三阶段植被高度反演方法，该方法对PolInSAR辅图像进行平地干涉相位修正，获取PolInSAR的Pauli基矢量矩阵，获取PolInSAR极化相干矩阵集合，对极化相干矩阵集合进行邻域空间多视平均，获取地表相干系数矩阵和体散射相干系数矩阵，对稀疏植被的高度进行反演。该方法利用极化相干矩阵来描述稀疏植被的极化特性和干涉特性，提高了描述稀疏植被特性的准确度，但在对极化相干矩阵进行空间多视平均时，选择邻域矩阵样本，忽略了植被点相干矩阵与地表点相干矩阵之间的干涉相位差异性，降低了用极化相干矩阵来估计植被体散射相干系数和地表相干系数的准确度，使得稀疏植被高度反演的精度较低。

发明内容