专利名称：基于极化合成孔径雷达的植被下地形方位角估计方法
技术领域：
本发明属于雷达遥感图像处理技术领域，特别设计一种利用极化合成孔径雷达(Polarimetric Synthetic Aperture Radar, P0LSAR)对植被下地形进行估计的新方法。
背景技术：
数字地形模型用于描述地貌形态的空间分布，其作为国家基础测绘数据，对于国家的重大基础设施建设、资源开发与利用、生态建设与环境保护以及军事中对目标的定位导航都有着十分重大的意义。1983年美国国家航天宇航局NASA统计表明:全球约33%的陆地范围为森林所覆盖，对于这些地区由于有大量的植被存在，传统测量方法获取的地形无法保证高的精度。对于我国一些大面积植被覆盖区域和西部地区南疆沙漠、青藏高原和横断山脉地区的大片国土，由于受自然地理条件和技术水平的限制，仍无1:50000和1:100000比例尺的基础地理图件，使得对这些地区的资源勘察和开发利用工作难以展开。这些地区气候条件恶劣，地形复杂，单纯依靠传统光学影像不能够完成该地区地形测量和地物覆盖分类及各项资源勘察任务，合成孔径雷达(SAR)由于全天时、全天候的特点，可以弥补光学遥感的不足，与光学遥感在西部测绘中互为补充完成各项测图任务。虽然国家在“十一五”期间启动西部侧图计划，对部分困难区域考虑合成孔径雷达干涉测量(INSAR)和光学技术联合应用来获取的1:50000和1:100000比例尺的三维地形图，已经完成了困难地区大部分区域的测图；但对于有森林植被覆盖区域，依靠INSAR技术和光学三维测量技术都不能够获取植被下DEM信息，必须采用新的手段来获取植被覆盖区域的地形。目前，利用极化干涉合成孔径雷达(Polarimetric Interferometric Synthetic Aperture Radar,P0LINSAR)技术进行植被下地形提取是国内外研究的一个热点，但利用P0LINSAR技术提取地形需要对同一地区进行多次重复观测，而重复观测受到经济成本制约，不能大面积生产。

发明内容
一般而言，每一次观测的POLSAR影像包含了反映地物散射机理的4个通道数据。针对现有技术的不足，本发明目的在于利用单次POLSAR雷达影像中观测的4个通道，通过数学和电磁散射模型，将植被与植被下地表散射矩阵分离，然后通过植被下散射矩阵将地形信息分离出来。本发明的技术方案为一种基于极化合成孔径雷达的植被下地形方位角估计方法，包括以下步骤:步骤1，雷达影像噪声去除，包括以每个待恢复点为中心开一个大小为nXn的窗口，用窗口中的所有像素进行多视处理估计极化相干矩阵；然后，在nXn的窗口内，对极化相干矩阵每一个元素进行快速傅立叶变换，在频率域构建低通滤波器，将快速傅立叶变换后的极化相干矩阵输入低通滤波器，进行逆傅立叶变化获取低通滤波以后的低噪声极化相干矩阵，作为观测值矩阵；步骤2，针对植被下地形有关的参数Θ g，构建植被层与植被下地表模型如下，
权利要求
1.一种基于极化合成孔径雷达的植被下地形方位角估计方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1，雷达影像噪声去除，包括以每个待恢复点为中心开一个大小为nXn的窗口，用窗口中的所有像素进行多视处理估计极化相干矩阵；然后，在nXn的窗口内，对极化相干矩阵每一个元素进行快速傅立叶变换，在频率域构建低通滤波器，将快速傅立叶变换后的极化相干矩阵输入低通滤波器，进行逆傅立叶变化获取低通滤波以后的低噪声极化相干矩阵，作为观测值矩阵； 步骤2，针对植被下地形有关的参数Θ g，构建植被层与植被下地表模型如下， Tobserver=Tv (fv, ^ v,。)+Tg (fg, d，β，Θ g) 其中，Tv(fv, θ ν，σ )与Tg(fg，α，β，θ g)分别为植被层矩阵与植被下地表矩阵， Tv(fv, θν, σ)由以下植被层模型提供，
2.根据权利要求1所述基于极化合成孔径雷达的植被下地形方位角估计方法，其特征在于:步骤3实现方式为，采用不同的初始值,利用trustregion ref Iective非线性方程求解法对植被层模型三个未知参数进行备选解求解，使得求解后观测矩阵与植被层矩阵之差的最小特征值为O ;然后将地体强度比小于I的备选解剔除；最后，将地面散射机理最接近二面散射或单次散射的备选解视为真实解，获取真实植被下地形起伏信息。
全文摘要
本发明属于雷达遥感图像处理技术领域，提出了一种基于极化合成孔径雷达的植被下地形方位角估计方法。本发明利用极化合成孔径雷达的强穿透性，对植被覆盖区域只进行一次观测，在电磁散射理论和数学建模的基础上，将雷达观测数据中植被下地形起伏信息估计出来。由于雷达可以在全天时、全天候的条件下进行地表观测，估计的植被下地形信息可以为滑坡检测、灾害应急响应、国土资源调绘等应用提供充分保障。由于只使用一张POLSAR影像，本发明可大大降低购买雷达数据的经济费用，适用范围大大增加。
文档编号G01S13/90GK103149562SQ20131002543
公开日2013年6月12日 申请日期2013年1月23日 优先权日2013年1月23日
发明者史磊, 杨杰, 李平湘 申请人:武汉大学