一种改进的极化干涉SAR植被高度联合反演方法技术

本发明专利技术公开了一种改进的极化干涉SAR植被高度联合反演方法，所述方法包括如下步骤：步骤一：输入极化干涉SAR图像，进行预处理，得到预处理后的极化干涉SAR图像；步骤二：采用基于相位分离相干优化的三阶段算法对预处理后的极化干涉SAR图像进行地表相位提取；步骤三：基于Antropov体散射模型对预处理后的极化干涉SAR图像进行极化目标分解，得到体散射成分，提取出冠层相位；步骤四：根据相位差异法，利用步骤二得到的地表相位和步骤三得到的冠层相位的相位差异初步估计植被高度；步骤五：采用相干幅度法对步骤四得到的高度进行补偿，实现极化干涉SAR图像的植被高度估计。本发明专利技术解决了地表相位和冠层相位估计模糊的问题，提高了极化干涉SAR植被高度反演的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种改进的极化干涉SAR植被高度联合反演方法
本专利技术属于遥感图像处理
，涉及一种改进的极化干涉SAR植被高度联合反演方法。
技术介绍
合成孔径雷达(SAR)作为一种先进的微波遥感手段，具有全天候、全天时、分辨率高、大面积覆盖等优势。极化SAR和干涉SAR是传统SAR系统的重要分支。极化SAR通过观测不同收发极化组合下的回波信息，区分物体的细致结构、目标指向及物质组成等参数来更加系统全面地反映目标的后向散射特性，从而获得丰富全面的地物信息。干涉SAR通过空间位置略有差异的两个点对目标成像，利用两幅图像对应点的相位差可以获取目标垂直方向的高度信息。极化干涉SAR是将极化SAR和干涉SAR结合于一体的新型遥感技术，同时具有极化SAR能够区分目标散射体细致结构和干涉SAR能够获取目标高程信息的优点，极化干涉SAR能够提供更为丰富的极化信息和高程信息，大大拓宽了SAR的应用领域。森林生态系统在全球碳循环过程和大尺度环境变化准确监测中起着极其重要的作用，而森林高度的地面测量不仅昂贵、费时，并且难以获得大面积数据。极化干涉SAR技术的出现为该问题提供了有效的解决途径。极化干涉SAR地表植被参数反演是指对场景内的地物植被进行参数估计，通常用于森林区域的植被高度信息提取。随着越来越多的极化干涉SAR系统投入使用，获得的森林区域极化干涉SAR图像越来越丰富，现有的植被高度反演方法大都存在反演结果低估高度的缺陷，严重影响了极化干涉SAR在森林区域的应用。如何利用这些图像来有效提取森林高度，一直是迫切需要解决的一个难题。
技术实现思路
为了解决现有的极化干涉SAR图像反演方法存在的低估反演高度的缺陷，本专利技术提供了一种改进的极化干涉SAR植被高度联合反演方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种改进的极化干涉SAR植被高度联合反演方法，包括如下步骤：步骤一：输入极化干涉SAR图像，进行预处理，得到预处理后的极化干涉SAR图像；步骤二：采用基于相位分离相干优化的三阶段算法对预处理后的极化干涉SAR图像进行地表相位提取：A：相位分离相干优化：对预处理后的极化干涉SAR图像进行相位分离，得到高、低相位对应的复相干性系数；B：三阶段算法：①利用HH、HV、VV三种不同极化方式得到的复相干性系数和相位分离得到的高、低相位对应的复相干性系数进行最小二乘拟合，拟合直线与单位圆的交点之一就是地表相位；②根据最大植被偏差准则，选择和体散射相位相距最大的那个点作为地表相位点；步骤三：基于Antropov体散射模型对预处理后的极化干涉SAR图像进行极化目标分解，得到体散射成分，提取出冠层相位；步骤四：根据相位差异法，利用步骤二得到的地表相位和步骤三得到的冠层相位的相位差异初步估计植被高度；步骤五：采用相干幅度法对步骤四得到的高度进行补偿，实现极化干涉SAR图像的植被高度估计。本专利技术具有如下优点：1、本专利技术应用于遥感图像处理领域，实现极化干涉SAR图像植被高度反演。2、本专利技术将传统三阶段算法和极化目标分解方法结合，采取了二者的优势，并且利用相位分离技术优化三阶段算法得到的地表相位，同时采用Antropov体散射模型优化极化目标分解得到的冠层相位，解决了地表相位和冠层相位估计模糊的问题，提高了极化干涉SAR植被高度反演的精度。附图说明图1是本专利技术改进的极化干涉SAR植被高度联合反演方法的流程图。图2是原始极化干涉SAR图像HH通道的幅度图像。图3是复相干性系数在复平面的分布示意图。图4是植被高度反演的三维成像结果。图5是本专利技术的植被反演结果和三阶段反演算法的反演结果对比图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。具体实施方式一：本实施方式提供了一种改进的极化干涉SAR植被高度联合反演方法，如图1所示，具体实施步骤如下：步骤一：输入极化干涉SAR图像，进行预处理，得到预处理后的极化干涉SAR图像，其中：预处理后极化干涉SAR图像的极化相干矩阵T6为：其中，和为Pauli基散射矢量：上式中，每个元素Siqp(p,q＝H,V)表示以q极化方式发射，p极化方式接收时的目标后向复散射系数，由极化干涉SAR系统获得。i＝1,2表示雷达系统在略微不同视角获得的主、副两幅SAR图像，H,V分别表示水平极化和垂直极化方式，<g>表示空域平均。步骤二：采用基于相位分离相干优化的三阶段算法对预处理后的极化干涉SAR图像进行地表相位提取：A：相位分离相干优化：对预处理后的极化干涉SAR图像进行相位分离，得到高、低相位对应的复相干性系数γPDH和γPDL。具体过程如下：找到式(3)的两个特征向量ωH和ωL使式(4)所示的复相干性的余切值达到最值，它们对应于复平面上具有最大相位差异的两种极化状态。然后根据相干性计算公式(5)，将得到的ωH和ωL分别代入式(5)，可以求得高、低相位所对应的复相干性γPDH和γPDL。其中，3个3×3复矩阵块是极化相干矩阵T6的一部分，T＝(T11+T22)/2，ω＝ω1＝ω2是与极化状态有关的归一化复投影矢量，λ是相应的特征值，γ是复相干性系数，j是虚数单位，*T表示共轭转置。B：三阶段算法：利用HH、HV、VV三种极化方式得到复相干性系数γHH、γHV和γVV，将γHH、γHV、γVV和γPDH、γPDL进行最小二乘拟合，拟合直线与单位圆的交点之一就是地表相位；然后根据最大植被偏差准则，选择和体散射相位相距最大的那个点作为地表相位点。具体过程如下：对于HH极化方式，投影矢量代入相干性计算公式(5)中，得到对应的复相干性系数γHH；同理，对于HV极化方式，投影矢量ω＝ω1＝ω2＝[001]T，而对于VV极化方式，投影矢量由公式(5)可以计算出相应的复相干性系数γHV和γVV。然后对已经得到的5个复相干性系数γHH、γHV、γVV、γPDH和γPDL在复平面上进行最小二乘拟合。它们在复平面的分布示意图如图3所示。拟合得到的直线和复平面单位圆相交于两点，其中一个即为所求的地表相位点。根据最大植被偏差准则，选择离体散射相干点相位距离最大的那个点作为地表相位点，其相位项φ0认为是地表相位，用来进行植被高度提取。这里通常认为，HV极化通道获得的复相干性系数γHV可以表征体散射相干性，用来进行植被偏差准则比较。步骤三：基于Antropov体散射模型对预处理后的极化干涉SAR图像进行极化目标分解，得到体散射成分，提取出冠层相位。其中，提取冠层相位的具体过程如下：将预处理后极化干涉SAR图像的互协方差矩阵分解为奇次散射、偶次散射和体散射三种基本散射机理的加权和：[Cint]＝[CS]+[CD]+[CV](6)其中，为预处理后极化干涉SAR图像的互协方差矩阵，这里和是lexicographic基散射矢量：[CS]为奇次散射协方差矩阵：其中，ψHV＝ψH-ψV是不同极化方式下的复散射系数相位差，φS是奇次散射的相位项。[CD]是偶次散射协方差矩阵：其中，RGH、RTH、RGV和RTV是菲涅耳(Fresnel)系数，φD是偶次散射的相位项。应用Antropov体散射模型计算体散射相位，首先计算参考协方差本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改进的极化干涉SAR植被高度联合反演方法，其特征在于所述方法步骤如下：步骤一：输入极化干涉SAR图像，进行预处理，得到预处理后的极化干涉SAR图像；步骤二：采用基于相位分离相干优化的三阶段算法对预处理后的极化干涉SAR图像进行地表相位提取：A：相位分离相干优化：对预处理后的极化干涉SAR图像进行相位分离，得到高、低相位对应的复相干性系数；B：三阶段算法：①利用HH、HV、VV三种不同极化方式得到的复相干性系数和相位分离得到的高、低相位对应的复相干性系数进行最小二乘拟合，拟合直线与单位圆的交点之一就是地表相位；②根据最大植被偏差准则，选择和体散射相位相距最大的那个点作为地表相位点；步骤三：基于Antropov体散射模型对预处理后的极化干涉SAR图像进行极化目标分解，得到体散射成分，提取出冠层相位；步骤四：根据相位差异法，利用步骤二得到的地表相位和步骤三得到的冠层相位的相位差异初步估计植被高度；步骤五：采用相干幅度法对步骤四得到的高度进行补偿，实现极化干涉SAR图像的植被高度估计。

【技术特征摘要】
1.一种改进的极化干涉SAR植被高度联合反演方法，其特征在于所述方法步骤如下：步骤一：输入极化干涉SAR图像，进行预处理，得到预处理后的极化干涉SAR图像；步骤二：采用基于相位分离相干优化的三阶段算法对预处理后的极化干涉SAR图像进行地表相位提取：A：相位分离相干优化：对预处理后的极化干涉SAR图像进行相位分离，得到高、低相位对应的复相干性系数；B：三阶段算法：①利用HH、HV、VV三种不同极化方式得到的复相干性系数和相位分离得到的高、低相位对应的复相干性系数进行最小二乘拟合，拟合直线与单位圆的交点之一就是地表相位；②根据最大植被偏差准则，选择和体散射相位相距最大的那个点作为地表相位点；步骤三：基于Antropov体散射模型对预处理后的极化干涉SAR图像进行极化目标分解，得到体散射成分，提取出冠层相位；步骤四：根据相位差异法，利用步骤二得到的地表相位和步骤三得到的冠层相位的相位差异初步估计植被高度；步骤五：采用相干幅度法对步骤四得到的高度进行补偿，实现极化干涉SAR图像的植被高度估计。2.根据权利要求1所述的改进的极化干涉SAR植被高度联合反演方法，其特征在于所述步骤一中，预处理后极化干涉SAR图像的极化相干矩阵T6为：其中，和为Pauli基散射矢量：

【专利技术属性】
技术研发人员：张腊梅，段宝龙，王骁，邹斌，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23