X波段全极化SAR/InSAR地物散射特性分析与数据处理技术

At present, fully polarimetric SAR/InSAR image classification and vegetation parameter extraction etc. have been widely studied in the world. Most works, however, are based on L-band and C-band etc. which have fine penetrability. The research based on X-band is little. Although the application in high and dense forest areas is limited by its penetrability, the polarimetric information of X-band can indicate the parameters more effectively, such as shape, direction and dielectric constant etc. owing to its short wavelength. Moreover, X-band SAR system can achieve a higher resolution and give a more detailed description of the scene. X-band fully polarimetric SAR/InSAR,therefore,are different from that of L-band and C-band etc. in polarimetric scattering characteristic and data processing etc. Furthermore，they have a great advantage in parameter estimation and classification. However, the scattering characteristic, terrain classification and parameter estimation of low vegetated areas based on X-band fully polarimetric SAR/InSAR have not been investigated efficiently at home and abroad, the vehicle-based X-band fully polarimetric multi-baseline InSAR system，which is the first one in the world, will be utilized for the research.

目前，国内外利用全极化SAR/InSAR数据在地物分类、植被参数提取等方面开展了广泛的研究，但大部分研究工作针对穿透性较好的L、C等频段，有关X波段的研究较少。虽然X波段穿透性相对较差，其在高植被密集覆盖区的应用具有一定的局限性，但其波长较短，其极化信息能更有效地反映地物的形状、指向及介电常数等参数。此外，X波段SAR系统可实现更高的空间分辨率，能对地物进行更精细的描述。因此，X波段全极化SAR/InSAR在地物全极化散射特性、数据处理等方面与L、C等波段有所不同，且其在低矮植被覆盖区参数反演、地物分类等方面具有独到的优势。由于国内外针对X波段全极化SAR/InSAR在地物散射特性、地物分类、低矮植被区域地物参数估计等方面尚未开展有效的研究，本项目将利用课题组研制的国内外首部车载X波段全极化多基线InSAR系统对上述技术进行研究。

针对目前国内外对全极化地物分类、植被参数反演等技术研究中X波段下全极化InSAR数据的研究较少的问题，本项目开展了基于X波段下全极化InSAR数据的地物散射特性分析、地物精细分类、植被参数反演等研究。利用车载和机载X波段全极化InSAR数据，对典型地物目标的全极化SAR图像散射特性进行了分析，建立了极化SAR的典型地物散射特征库，并对地物目标的全极化InSAR相干特性进行了分析，建立了植被覆盖区域的垂直结构模型库。通过模型库的构建可以减少非监督分类识别与监督分类识别中的人工参与，充分利用先验信息能极大地减少人工参与；促进分类方法与散射模型的发展。为了更好地实用特征库，研究特征库框架下分类方法奠定了基础，促进了分类方法的发展。针对X波段机载全极化SAR数据，明确了地物分类中的典型地物划分，基于地物散射特性提出了植被区域精细划分技术，提出低功率下不同地物解译技术，运用超像素分割技术和聚类优化技术对X波段极化SAR数据进行了精细分类，利用机载实测数据对上述分方法进行了验证了上述分类方法的有效性；由于地体散射分离极大地依赖于非相干极化分解。分解主要问题在于模型的选择，本项目详细梳理了现有非植被区域和植被区域的全极化后向散射模型并研究了针对植被区域精细分类的改进方法，针对植被中体散射分量在X波段下分布与粒子形状和粒子分布随机程度有关的性质，将体散射分量进一步细化为针叶型体散射和阔叶型体散射，据此提出了一种X波段下植被区域的精细分解模型。利用X波段星载数据验证了其有效性。不同极化方式下电磁波在植被中的穿透性不同，因此单一极化方式获得的DSM与实际植被表面高程值误差较大。本项目通过全极化干涉SAR，提出一种高低散射相位中心相对高度变化模型，并基于该模型搜索得到电磁波在植被中的消光系数，从而估计电磁波在植被中最浅穿透深度．将电磁波最浅穿透深度估计值补偿到高散射相位中心高度处，从而提高植被表面高程估计精度。仿真数据和实测数据验证了该方法的有效性。