一种基于两景SAR影像的植被高度反演方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于两景SAR影像的植被高度反演方法及装置，其中方法包括：当仅存在覆盖同一区域的2幅SAR影像时，对其进行极化干涉处理，获取单基线全极化复相干系数；确定空间域范围；构建基于两景SAR影像的傅里叶‑勒让德多项式植被高度反演模型；根据RVoG模型与傅里叶‑勒让德多项式植被高度反演模型确定未知参数初始值；根据前述参数初值与植被高度反演模型，联合空间域，采用非线性迭代算法求取植被高度。本发明专利技术解决了现有单基线傅里叶‑勒让德多项式模型展开阶数有限的问题，在仅有两景SAR影像的情况下，增加了傅里叶‑勒让德多项式模型展开阶数、适用范围和灵活程度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于两景SAR影像的植被高度反演方法及装置
本专利技术涉及极化合成孔径雷达干涉测量(PolInSAR)在植被参数反演领域，具体涉及一种基于两景SAR影像和傅里叶-勒让德多项式植被高度反演模型的植被高度反演方法及装置。
技术介绍
森林高度以及植被垂直结构是研究全球碳循环、生态环境变化、森林蓄积量等的重要指标。近年来，极化合成孔径雷达干涉测量(PolInSAR)技术快速发展，其可以判断同一分辨单元内不同散射机制的相位中心位置。理论上，PolInSAR可以通过体散射和表面散射相位中心在植被垂直方向上的高度做差来提取森林高度。目前应用PolInSAR技术进行植被高度提取应用最为广泛的散射模型为1996年提出的随机地体二层散射(RandomVolumeoverGround,RVoG)模型。但是，RVoG模型在建模时，认为植被体为一个均匀的散射体，这显然与现实情况中复杂的植被垂直结构不符。2006年，极化相干层析(Polarizationcoherencetomography，PCT)技术的提出，为描述复杂的植被垂直结构带来了可能，PCT技术在单基线情况下，只能展开到2阶多项式，如需展开到更高阶次，只能采用多景覆盖同一区域到SAR影像构成多基线数据；同时，应用PCT技术时，需要准确的植被高度和地表相位先验信息。专利申请文献CN109738895A，其中公开的基于傅里叶-勒让德多项式的植被高度反演模型，在具有多景SAR影像情况下，可以描述复杂的植被垂直结构。但是在仅有2景SAR影像情况下，此模型只能展开到0阶多项式，相当于将植被垂直结构描述为固定的常数模型，这显然与现实不符。而就目前技术来说，覆盖同一区域的多景SAR影像的准确获取还比较困难。因此，针对仅有两景SAR影像的情况下，有必要设计一种基于两景SAR影像和傅里叶-勒让德多项式植被高度反演模型的植被高度反演方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种基于两景SAR影像和傅里叶-勒让德多项式的植被高度反演方法及装置，解决传统单基线傅里叶-勒让德多项式模型只能展开到0阶多项式，将植被垂直结构描述为固定的线性模型，与现实不符的问题。为实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于两景SAR影像的植被高度反演方法，包括以下步骤：步骤S10，获取关于植被覆盖层垂直结构的两幅SAR影像，进行配准、去平地、多视以及极化干涉处理，生成P个极化复相干系数ω表示极化矢量，p表示极化方式；；步骤S20，设置植被参数反演的空间域为N行M列个像素点，且空间域内所有像素点对应的植被高度hv、地表高程hg相同；使用傅里叶-勒让德多项式表示植被垂直结构，除傅里叶-多项式最后一阶展开项的系数不同外，其他傅里叶-勒让德多项式展开项的系数均相同；步骤S30，使用傅里叶-勒让德多项式表示植被垂直结构，并将空间域内像素点的极化复相干系数γ(ω)作为观测值，构建基于傅里叶-勒让德多项式的植被高度反演模型；空间域共得到MN个观测方程，且观测方程的表达式为：式中，Q为傅里叶-勒让德多项式展开项的阶数，i为复数虚部标识，hg表示地表高程，kv为中间参数，且有kv＝kzhv/2，hv表示植被高度；kz表示垂直向有效波数，且区域内每个像素点对应的垂直向有效波数不同；f0,f1,f2,f3,…分别为傅里叶-勒让德多项式的第0、1、2、3、……个展开项，均是有关中间参数kv的已知函数，a10,a20,a30,…分别为f1,f2,f3,…的系数；步骤S40，利用RVoG模型和三阶段植被高度反演算法，计算空间域内植被高度hv的初值和地表高程hg的初值；再利用步骤S30得到的观测方程，以及植被高度hv的初值和地表高程hg的初值，计算傅里叶-勒让德多项式各展开项系数的初值；步骤S50，将步骤S40得到的植被高度、地表高程以及傅里叶-勒让德多项式各展开项系数的初值，均作为每个像素点观测方程中的对应参数初值，并采用非线性迭代算法求解观测方程中的未知参数：植被高度、地表高程以及傅里叶-勒让德多项式各展开项系数。在更优的技术方案中，利用RVoG模型和三阶段植被高度反演算法计算地表高程初值的方法为：步骤1)，直线拟合：对于MN个像素构成的空间域中每个像素点，均利用P个极化复相干系数观测值，对RVoG模型在复平面内进行直线拟合，得到公式(3)所示直线：表示地表相位，是有关地表高程hg的函数；μ(ω)表示极化矢量ω所对应的地体幅度比；γv表示纯体去相干系数，是有关植被高度hv和消光系数σ的函数；步骤2)，计算地表相位和地表高程初值：对于空间域内每个像素点，计算公式(3)所示直线与复平面单位圆的2个交点A和B，将其中与体散射占优极化方式点之间的距离大于与地面散射占优极化方式点之间的距离的交点，即为地表相位点然后利用地表相位按以下公式(4)计算地表高程初值：步骤3)，将空间域MN个像素点的地表高程初值的平均值作为空间域的地表高程初值。在更优的技术方案中，利用RVoG模型和三阶段植被高度反演算法计算植被高度初值的方法为：步骤1)，设像素点的体散射占优极化通道仅包含植被层散射贡献，其地体幅度比为0，则纯体相干性的表达式为表示体散射占优通道复相干系数，是有关植被高度hv以及消光系数σ的函数，表示为采用查找表的方法，通过给定一系列植被高度hv以及消光系数σ，根据公式(5)构建二维查找表，分别计算然后在表格中找到与相差最小的一组，作为像素点对应的植被高度初值和消光系数初值：步骤2)，将空间域MN个像素点的植被高度初值的平均值作为空间域的植被高度初值。在更优的技术方案中，N和M均大于1。在更优的技术方案中，傅里叶-勒让德多项式的最高展开阶数为(2PMN-2)/P。在更优的技术方案中，傅里叶-勒让德多项式的第0、1、2、3、4、5、6个项展开项分别为：本专利技术还提供一种基于两景SAR影像的植被高度反演装置，包括观测值生成模块、空间域设置模块、观测方程构建模块、参数初值获取模块和未知参数计算模块；所述观测值生成模块用于：获取关于植被覆盖层垂直结构的两幅SAR影像，进行配准、去平地、多视以及极化干涉处理，生成极化复相干系数ω表示极化矢量，p表示极化方式；设共采用P种极化方式进行干涉处理，得到P个极化复相干系数；所述空间域设置模块用于：设置植被参数反演的空间域为N行M列个像素点，且空间域内所有像素点对应的植被高度hv、地表高程hg以及植被体垂直结构相同；所述观测方程构建模块用于：使用傅里叶-勒让德多项式表示植被垂直结构，并将空间域内像素点的极化复相干系数γ(ω)作为观测值，构建基于傅里叶-勒让德多项式的植被高度反演模型；空间域共得到MN个观测方程，且观测方程的表达式为：式中，Q为傅里叶-勒让德多项式展开项的阶数，i为复数虚部标识，hg表示地表高程，kv为中间参数，且有kv＝k本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于两景SAR影像的植被高度反演方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤S10，获取关于植被覆盖层垂直结构的两幅SAR影像，进行配准、去平地、多视以及极化干涉处理，生成P个极化复相干系数

【技术特征摘要】
20200119 CN 20201005721481.一种基于两景SAR影像的植被高度反演方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S10，获取关于植被覆盖层垂直结构的两幅SAR影像，进行配准、去平地、多视以及极化干涉处理，生成P个极化复相干系数ω表示极化矢量，p表示极化方式；
步骤S20，设置植被参数反演的空间域为N行M列个像素点，且空间域内所有像素点对应的植被高度hv、地表高程hg相同；使用傅里叶-勒让德多项式表示植被垂直结构，除傅里叶-多项式最后一阶展开项的系数不同外，其他傅里叶-勒让德多项式展开项的系数均相同；
步骤S30，使用傅里叶-勒让德多项式表示植被垂直结构，并将空间域内像素点的极化复相干系数γ(ω)作为观测值，构建基于傅里叶-勒让德多项式的植被高度反演模型；空间域共得到MN个观测方程，且观测方程的表达式为：



式中，Q为傅里叶-勒让德多项式展开项的阶数，i为复数虚部标识，hg表示地表高程，kv为中间参数，且有kv＝kzhv/2，hv表示植被高度；kz表示垂直向有效波数，且区域内每个像素点对应的垂直向有效波数不同；f0,f1,f2,f3,…分别为傅里叶-勒让德多项式的第0、1、2、3、……个展开项，均是有关中间参数kv的已知函数，a10,a20,a30,…分别为f1,f2,f3,…的系数；
步骤S40，利用RVoG模型和三阶段植被高度反演算法，计算空间域内植被高度hv的初值和地表高程hg的初值；再利用步骤S30得到的观测方程，以及植被高度hv的初值和地表高程hg的初值，计算傅里叶-勒让德多项式各展开项系数的初值；
步骤S50，将步骤S40得到的植被高度、地表高程以及傅里叶-勒让德多项式各展开项系数的初值，均作为每个像素点观测方程中的对应参数初值，并采用非线性迭代算法求解观测方程中的未知参数：植被高度、地表高程以及傅里叶-勒让德多项式各展开项系数。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用RVoG模型和三阶段植被高度反演算法计算地表高程初值的方法为：
步骤1)，直线拟合：
对于MN个像素构成的空间域中每个像素点，均利用P个极化复相干系数观测值，对RVoG模型在复平面内进行直线拟合，得到公式(3)所示直线：




表示地表相位，是有关地表高程hg的函数；μ(ω)表示极化矢量ω所对应的地体幅度比；γv表示纯体去相干系数，是有关植被高度hv和消光系数σ的函数；
步骤2)，计算地表相位和地表高程初值：
对于空间域内每个像素点，计算公式(3)所示直线与复平面单位圆的2个交点A和B，将其中与体散射占优极化方式点之间的距离大于与地面散射占优极化方式点之间的距离的交点，即为地表相位点然后利用地表相位按以下公式(4)计算地表高程初值：



步骤3)，将空间域MN个像素点的地表高程初值的平均值作为空间域的地表高程初值。


3.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：付海强，张兵，朱建军，胡俊，汪长城，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43