[发明专利]一种基于极化分解的森林冠层活跃可燃物载荷量估算方法

权利要求书

1.一种基于极化分解的森林冠层活跃可燃物载量估算方法，该方法包括：

步骤1：获取全极化SAR数据，包括全极化合成孔径雷达(SAR)数据，植被覆盖度数据和地物覆盖类型数据；其中，全极化SAR数据包括X波段、C波段、S波段、L波段以及P波段中任一种类；并完成对数据的预处理，预处理包括：辐射校正、滤波和地形校正，并生成用于极化分解的极化相干矩阵T₃；

步骤2：极化参数提取，通过极化分解技术对步骤1中的极化相干矩阵T₃进行极化分解；将SAR观测信息分解为几种具有特定物理意义的散射机制，该极化分解方法为针对森林区域特定的极化分解方法；

具体地包括5个部分：

步骤2.1：去方向角

在极化分解前进行去方向角处理；去方向角即把步骤1中预处理后提取得到的极化相干矩阵T₃沿着雷达观测视线旋转θ度；这里用T_{3_θ}表示经过去方向角处理后的极化相干矩阵：

步骤2.2：选择体散射模型

体散射模型的选择取决于植被区域偶极子的取向P_r：

其中，S_vv表示VV极化观测数据的复数形式，S_hh代表HH极化观测数据的复数形式，根据P_r值，来确定体散射模型T_v：

其中，f_v表示体散射部分的强度系数；

步骤2.3：体散射、地表散射和二次散射机制分解

极化分解是将观测数据分解为体散射、地表散射和二次散射的过程，这里的极化分解将基于步骤2.1中做过去方向角处理后的T_{3_θ}矩阵进行，并且在此步骤中所采用的体散射模型T_v由步骤2.2选择得到：

其中，T_ij表示T_{3_θ}这个3*3矩阵中的第i行第j列矩阵元素，上标“*”表示共轭转置,T_s为地表散射模型：

T_d为二次散射模型：

其中，f_s表示地表散射的强度系数，f_d表示二次散射的强度系数，β表示H极化和V极化布拉格散射的归一化差，α表示H极化和V极化的地表-植被茎杆菲涅尔散射的归一化差；

步骤2.4：负能量约束

根据步骤2.3中的计算可得到每个SAR观测像元的f_s、f_d、f_v、α和β，基于此计算各个部分散射机制的能量：

P_s＝f_s(1+|β|²)   (9)

P_d＝f_d(1+|α|²)   (10)

P_v＝f_v   (11)

P_s代表地表散射能量，P_d代表二次散射能量，P_v代表体散射能量；当计算出的地表散射能量或二次散射能量为负值时，对出现负能量的像元做如下限定:

若P_s0：

P_s＝0   (12)

P_v＝P_sum-P_d  (13)

若P_d0：

P_d＝0   (14)

P_v＝P_sum-P_s   (15)

P_sum＝T₁₁+T₂₂+T₃₃   (16)

其中，P_sum表示SAR观测到的总散射能量；

步骤2.5：计算体散射后向散射系数

基于上述极化分解操作，将步骤2.4中得到的体散射能量P_v根据公式(11)再次带入步骤2.2中选择的体散射模型T_v，根据该体散射模型T_v计算得到最终的体散射HV后向散射系数HH后向散射系数和VV后向散射系数

T_vij表示体散射模型T_v这个3*3矩阵中的第i行第j列元素；

步骤3：针对森林冠层散射机制，计算极化分解后的体散射后向散射系数包括HV、HH和VV极化，即步骤2中极化分解得到的和

其中，代表纯土壤像元的后向散射系数，代表茂密森林覆盖区域像元的后向散射系数，CAFL_df代表茂密森林覆盖区域像元的树叶可燃物载量，β代表森林冠层对微波数据的衰减系数，CAFL代表森林冠层活跃可燃物载量；

步骤4：计算森林冠层活跃可燃物载量CAFL。