一种双频极化干涉四阶段树高反演方法技术

本发明专利技术涉及一种双频极化干涉四阶段树高反演方法，包括：将低频和高频的主、辅图像精细配准得到高频和低频极化相干性图像，并分别对它们进行去平地；利用去平地后的低频极化干涉SAR图像求解低频相干域边界，并拟合得到低频相干线；根据低频相干线与单位圆的交点与不同极化相干性的位置关系判定低频地相位点位置，并利用高频和低频比值关系估计高频地相位点位置；拟合经过高频地相位点并与高频相干域误差最小的高频相干线；由体散射去相干公式计算高频条件下不同树高和消光系数下的相干性，并通过查表法估计树高。本发明专利技术可以充分发挥不同频率电磁波对植被具有不同穿透性的优势，显著提升极化干涉对树高的反演精度。提升极化干涉对树高的反演精度。提升极化干涉对树高的反演精度。

【技术实现步骤摘要】
一种双频极化干涉四阶段树高反演方法


[0001]本专利技术属于SAR应用
，具体涉及一种双频极化干涉四阶段树高反演方法。

技术介绍

[0002]森林作为陆地生态系统的重要组成部分，它对自然界的生态平衡及气候调节有不可替代的作用。森林的动态监测对估算全球植被生物量意义重大，是全球碳循环监测的重要手段之一，这与人类的生存息息相关。由于森林覆盖范围广的特点，使用地面探测手段对其监测十分低效，而遥感具有监测范围广、时空分辨率高等优势，它可以作为全球森林监测的一项重要技术。在众多的植被遥感技术中，合成孔径雷达（SAR）具有独特的优势，其全天时、全天候等特点是光学遥感等探测技术不具备的，同时，由于不同的微波频段对植被具有不同的穿透性能，这使得 SAR 对于植被结构及其覆盖地表等的监测比其他探测手段更加全面。在上世纪90年代末期，干涉（Interferometric Synthetic Aperture Radar，InSAR）测量被引入到极化 SAR中用于从不同的散射机制中分离有效相位中心，这项技术被叫做极化干涉技术。极化干涉是植被参数估计的一项很有应用前景的技术，因为植被覆盖地表的后向散射由不同的散射机制组成，如树冠层散射和粗糙面散射。因此，极化干涉被广泛认为是用于全球尺度生物量测绘和碳循环监测的最可行的遥感技术之一。
[0003]目前使用极化干涉技术反演树高主要基于单频多极化数据，利用不同极化特性提取地面相位中心与体散射相干性，进而求解树高。但采用单个频率进行树高反演，难以同时精准地提取地面相位中心和体散射相干性：当电磁波频率较高时，其穿透性较低，此时地面散射相对体散射比重较低，难以提取地面相位中心；当电磁波频率较低时，其穿透性较高，此时地面散射相对体散射比重升高，会影响体散射相干性的估算精度。因此使用单频极化干涉技术反演树高，不能兼顾地面相位中心与体散射相干性的精度。为了更加精确地获取森林树高，需要将极化干涉技术从单频反演树高的模式拓展至双频联合反演的模式。

技术实现思路

[0004]在考虑现有极化干涉技术存在的上述问题的情况下，本专利技术提供一种双频极化干涉四阶段树高反演方法，其解决单频极化干涉反演树高过程中，难以同时精确估计地面相位中心与体散射相干性的问题，基于双频极化干涉数据联合的方式，利用低频极化干涉数据估计地面相位中心，同时结合高频极化干涉数据估计的体散射相干性，反演更为精确的森林树高。该专利技术可以充分发挥不同频率电磁波对植被具有不同穿透性的优势，显著提升极化干涉对树高的反演精度。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：一种双频极化干涉四阶段树高反演方法，具体包括如下步骤：步骤101、将低频和高频的主、辅单视复数图像精细配准得到高频和低频极化相干性图像，并分别对它们进行去平地，得到去平地后的低频极化SAR图像和高频极化SAR图像；步骤102、为四阶段中的阶段一，利用去平地后的低频极化SAR图像求解低频相干
域边界，并拟合得到低频相干线；步骤103、为四阶段中的阶段二，根据低频相干线与单位圆的交点与不同极化相干性的位置关系判定低频地相位点位置，并利用高频和低频比值关系估计高频地相位点位置；步骤104、为四阶段中的阶段三，拟合经过高频地相位点并与高频相干域误差最小的高频相干线；步骤105、为四阶段中的阶段四，由体散射去相干公式计算高频条件下不同树高和消光系数下的相干性，并通过查表法估计树高。
[0006]进一步地，所述101步骤具体包括：利用各自频率的主、辅单视复数图像的复相干性，分别对低频全极化主、辅单视复数图像，高频全极化主、辅单视复数图像进行精细配准，在此基础上利用高频和低频的主单视复数图像幅度值的相关性，对不同频率的单视复数图像进行精细配准，并利用去平地方法，同时去除配准后的高、低频相干性图像中的平地效应，得到去平地后的低频极化SAR图像和高频极化SAR图像。
[0007]进一步地，所述步骤102具体包括：利用去平地后的低频极化SAR图像，计算各个像素点的极化矢量和低频相干矩阵T
LF
，利用低频相干矩阵T
LF
求解低频相干域边界，并利用最小二乘法对低频相干域边界点拟合低频相干线。
[0008]进一步地，所述步骤103具体包括：拟合得到的低频相干线与单位元存在两个交点，根据两个交点与体散射占优通道的相干性的关系，挑选距离体散射占优通道较远的点为低频地相位点，并由高频和低频比值关系，计算高频地相位点位置。
[0009]进一步地，所述步骤104具体包括：利用去平地后的高频极化SAR图像，计算各个像素点的极化矢量和高频相干矩阵T
HF
，利用高频相干矩阵T
HF
求解高频相干域边界，并利用最小二乘法拟合经过高频地相位点并与高频相干域边界点误差最小的高频相干线。
[0010]进一步地，所述步骤105具体包括：由体散射去相干公式，建立不同消光系数条件下，不同树高的相干系数显示查找表，由高频相干线与高频相干域交点中距离地相位点较远的点的相干性，在表中寻找与该点最接近的点，此点对应的高度即为所求树高。
[0011]相比于现有技术，本专利技术的一种双频极化干涉四阶段树高反演方法实现了准确的森林树高估计，具有如下显著效果：（1）本专利技术的地面相位中心利用低频数据估计得到，并利用干涉相位和频率的关系计算高频条件下对应的地面相位中心。因为低频电磁波对植被有更好的穿透性，与直接使用高频数据估计地面相位中心相比，使用低频数据估计相位中心更加准确。
[0012]（2）本专利技术的体散射相干性，通过低频数据求得的地面相位中心和高频数据求得的相干域边界拟合相干线后求得。因为结合了低频数据和高频数据对植被不同穿透性的特点，双频联合拟合得到的相干性与单频数据结果相比更接近真实情况，可以显著提升树高反演精度。
附图说明
[0013]图１是本专利技术的双频极化干涉四阶段树高反演方法流程图；图2是本专利技术中的阶段一过程中拟合得到的低频相干线图；图3是本专利技术中的阶段二过程中低频地相位中心估计以及高频地相位中心计算
图；图4是本专利技术中的阶段三过程中高频相干线拟合的结果图；图5是本专利技术中的阶段四过程中高频条件下体相干性点估计的结果图；图6是本专利技术中的双频联合反演的树高估计结果。
具体实施方式
[0014]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0015]如图1所示，本专利技术的一种双频极化干涉四阶段树高反演方法具体包括如下步骤：步骤101：将低频和高频的主、辅单视复数图像精细配准得到高频和低频极化相干性图像，并分别对它们进行去平地。
[0016]具体包括：利用各自频率的主、辅单视复数图像的复相干性，分别对低频全极化主、辅单视复数图像，高频全极化主、辅单视复数图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双频极化干涉四阶段树高反演方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤101、将低频和高频的主、辅单视复数图像精细配准得到高频和低频极化相干性图像，并分别对它们进行去平地，得到去平地后的低频极化SAR图像和高频极化SAR图像；步骤102、为四阶段中的阶段一，利用去平地后的低频极化SAR图像求解低频相干域边界，并拟合得到低频相干线；步骤103、为四阶段中的阶段二，根据低频相干线与单位圆的交点与不同极化相干性的位置关系判定低频地相位点位置，并利用高频和低频比值关系估计高频地相位点位置；步骤104、为四阶段中的阶段三，拟合经过高频地相位点并与高频相干域误差最小的高频相干线；步骤105、为四阶段中的阶段四，由体散射去相干公式计算高频条件下不同树高和消光系数下的相干性，并通过查表法估计树高。2.根据权利要求1所述的一种双频极化干涉四阶段树高反演方法，其特征在于，所述101步骤具体包括：利用各自频率的主、辅单视复数图像的复相干性，分别对低频全极化主、辅单视复数图像，高频全极化主、辅单视复数图像进行精细配准，在此基础上利用高频和低频的主单视复数图像幅度值的相关性，对不同频率的单视复数图像进行精细配准，并利用去平地方法，同时去除配准后的高、低频相干性图像中的平地效应，得到去平地后的低频极化SAR图像和高频极化SAR图像。3.根据权利要求2所述的一种双频极化干涉四阶段树高反演方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛丰利，王吉利，郑明洁，张衡，邓云凯，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：