[发明专利]基于散射机制分解的植被垂直结构及林下地形反演方法及装置

权利要求书

1.一种基于散射机制分解的植被垂直结构及林下地形反演方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，获取森林反演区域多基线多极化的SAR数据集，并进行配准、去平地，得到极化层析SAR数据；

步骤2，对步骤1得到的极化层析SAR数据计算其多基线多极化协方差矩阵，并分解计算冠层散射和地表散射的干涉协方差矩阵；

其中，多基线多极化协方差矩阵的计算方法与分解方法为：

式中，y为步骤1得到的极化层析SAR数据，g_HV＝g_VH，g_HH、g_HV、g_VH、g_VV分别为HH、HV、VH、VV极化方式对应的SAR数据构成的N维SAR数据观测值；(*)^H为共轭转置操作，E[·]为求期望运算；W为计算得到的多基线多极化协方差矩阵；C_g和R_g分别为地表散射的极化协方差矩阵和干涉协方差矩阵，C_v和R_v分别为冠层散射的极化协方差矩阵和干涉协方差矩阵，为克罗内克积；

对多基线多极化协方差矩阵W进行SVD分解，使用分解得到的特征矢量计算冠层散射的干涉协方差矩阵R_v和地表散射的干涉协方差矩阵R_g：

首先，取SVD分解得到的前两个最大特征值对应的特征向量重塑矩阵得到R₁和R₂，使用R₁和R₂表示冠层散射的干涉协方差矩阵R_v和地表散射的干涉协方差矩阵R_g为：

式中，a、b为一对实数；

然后，基于冠层散射的干涉协方差矩阵R_v和地表散射的干涉协方差矩阵R_g的半正定约束，即R_v和R_g的特征值非负，求解实数a、b的取值区间；

再后，根据以下散射机制最大化分离的准则，求解实数a、b：

其中，trace()为求矩阵的迹，||·||_F为矩阵的Frobenius范数；

最后，根据求解得到的实数a、b和矩阵R₁和R₂，即可得到冠层散射的干涉协方差矩阵R_v和地表散射的干涉协方差矩阵R_g；

步骤3，针对冠层散射和地表散射的干涉协方差矩阵，均进行矢量化和稀疏表达，分别得到冠层散射和地表散射的稀疏贝叶斯学习模型；

步骤4，采用EM算法迭代更新两个稀疏贝叶斯学习模型中的超参数，进而获得冠层散射和地表散射的层析谱；

步骤5，根据地表散射的层析谱提取森林反演区域的林下地形，根据冠层散射的层析谱提取森林反演区域的植被高度。