【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及森林冠层高度估测，具体地说，涉及一种基于森林穿透补偿的森林冠层高度估测方法。
技术介绍
1、在全球区域范围内有2项卫星任务通过insar技术获得数字表面模型(dsm或带有森林冠层高度的dem)，即srtm dem和tandem-x dem。其中航天飞机雷达地形测绘任务（srtm）通过c波段(5.6cm)和x波段(3.1cm)sar获取数据，观测区域范围60◦n-56◦s，srtmdem由c波段sar数据通过insar技术获得，具有30m分辨率。tandem-x dem由terrasar-x卫星和tandem-x卫星组成的tandem-x双站对地观测数据制作获得。treuhaft等（1996；1999；2000）将森林植被是地表—随机体粒子层随机方位体积层模型（rvog模型）森林冠层高度估测方法。rvog模型做以下假设：1）植被层具有各向同性介质，即微波在植被层中衰减具有同一性；2）用指数函数模型描述森林植被在垂直方向上的结构；3）只考虑了体散射复相干；4）至少在一个极化通道中可以测量植被纯体散射复相干，地体散射比为０。在以上假设条件下，建立了极化干涉复相干和植被参数之间的函数关系，简化了森林冠层高度估测的复杂性。rvog模型本质上准确寻求体散射复相干。受到微波穿透性影响，体散射复相干森林相位靠近且低于树冠位置。体散射复相干去相关性随着穿透深度的增加而增加，体散射复相干幅度与穿透深度是间接相关的。
2、综上所述，受sar穿透特性影响，采用polinsar技术获得的森林冠层高度估测出现被低估现象，需要进行穿
技术实现思路
1、本专利技术的内容是提供一种基于森林穿透补偿的森林冠层高度估测方法，其能够克服现有技术的某种或某些缺陷。
2、根据本专利技术的一种基于森林穿透补偿的森林冠层高度估测方法，其包括以下步骤：
3、（1）数据准备；
4、（2）通过rvog模型获取森林冠层高度hv；
5、（3）采用基于相干幅度的森林穿透深度模型反演高度偏差；
6、（4）获得基于森林穿透补偿的森林冠层高度hvc。
7、作为优选，步骤（1）中，计算tandem-x全极化sar干涉数据13种极化散射机制复相干，即：hh、hv、vh、vv、hh+vv、hh-vv、ll、rr、opt1、opt2、opt3、pdhigh、pdlow极化散射机制复相干；利用lidar dtm获取距离向的坡度角，修正局部入射角、垂直波数以及纯体散射复相干。
8、作为优选，步骤（2）中，通过rvog模型三阶段算法获取冠层高度hv。
9、rvog模型是一种将森林植被是地表—随机体粒子层随机方位体积层模型森林冠层高度估测方法，模型假定微波穿过植被层是能量呈指数变化，在消除数据处理失相干、基线失相干、时间去相干和大气延迟因素影响后，极化干涉复相干可用式（1）表示：
10、；
11、其中，为微波sar总复相干性，与散射机制相关；是地面相位；表示有效地体散射幅度比，，为反射对称地面散射相干矩阵，为体散射的对角相干矩阵；
12、是雷达在植被层中反射率垂直剖面，；设地表为0，那么表示地表高程到树顶的高程的值区间；为雷达波入射角；为植被层消光系数，是波频和森林高度、密度的函数；表示森林植被层的干涉复相干；表示垂直有效波数。
13、cloude等（2001）基于rvog模型的几何分布特征提出了三阶段算法估测森林冠层高度方法。
14、各极化复相干直线拟合：采用总体最小二乘法拟合复相干拟合直线的参数；复相干拟合直线与复数单位圆cuc的两个交点的相位作为候选地面相位。
15、地面相位选定：由估计地面相位,是极化空间相位差异最大的极化干涉复相干；由估计地面相位；
16、体散射优化估计：从各极化复相干观测值作为筛选出体散射复相干观测值和采用模值不变投影方法进行体散射估计；
17、作为筛选出体散射复相干观测值和采用模值不变投影方法进行体散射估计；
18、根据前期研究成果，排除极化干涉复相干后，从等极化复相干中选取距离地面相位最远的极化干涉复相干作为体散射复相干观测值的有效值；hh、hv、vh、vv、hh+vv、hh-vv、ll、rr、opt1、opt2、opt3、pdhigh、pdlow为13种极化散射机制的极化干涉复相干；同时，体散射复相干观测值也参与穿透深度模型的计算；
19、用模值不变投影方法估计体散射;
20、首先，以坐标系原点为圆心，以体散射复相干观测值的模值为半径作圆；体散射复相干观测值在复相干拟合直线的垂直投影点为；计算圆与复相干拟合直线的交点p1和p2；若p1的距离小于p2的距离，则p1作为估计体散射；反之，则p2作为估计体散射，如下式所示：
21、；
22、式中，x为的实部，y为的虚部，k为复相干拟合直线的斜率，b为复相干拟合直线的截距，m为体散射复相干观测值的模值;
23、通过森林冠层高度hv、消光系数构建的查找表lut，用f函数估测有效区域的森林冠层高度hv，即：
24、。
25、作为优选，步骤（3）中，在无限深度体积的情况下，高度偏差与归一化复相干性相位具有直接相关，穿透深度可用下式表达：
26、；
27、式中，是垂直有效波数；表示归一化的复相干性相位，穿透深度就是高度偏差；与垂直有效波数相应的是高度模糊数hoa，表示导致2个干涉相位差的高度差，见下式：
28、；
29、式中，为卫星入射角，是空间基线b的垂直基线，为波长，r为卫星到目标的斜距，若干涉条件为monostatic，则影响因素m=2；若干涉条件为bistatic，则m=1；
30、此时的高度模糊数表示在空气中的高度模糊数，拓展在森林的高度模糊数hoavol，见下式：
31、；
32、式中，n为sar在随机体中的折射率；
33、在消除配准误差、大气失相干之后，极化干涉复相干表示为下式：
34、；
35、式中，p2为双向穿透深度，是关于散射体垂直分布的函数，，是消光系数；为有效区域高度，对于一个无限深的体积，即hv→∞，上式可变成下式：
36、；
37、上式的几何描述为在复平面中，圆心（0，1/2），半径为1/2的上半圆；从下式中，可提取复相干相位：
38、；
39、式中，sgn（）是信号函数，表示取模；公式可变为：
40、；
41、将体散射复相干观测值带入，最终获得：
42、；
43、穿透深度转换为水平状态下的穿透深度，见下式：
44、；
45、模型仅在无限深体积情况证明是有效的归一化复相干性相位；时，即当用insar技术生成的dsm高度与lidar dsm的差值小于森林本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于森林穿透补偿的森林冠层高度估测方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种基于森林穿透补偿的森林冠层高度估测方法，其特征在于：步骤（1）中计算TanDEM-X全极化SAR干涉数据13种极化散射机制复相干，即：HH、HV、VH、VV、HH+VV、HH-VV、LL、RR、OPT1、OPT2、OPT3、PDhigh、PDlow极化散射机制复相干。
3.根据权利要求2所述一种基于森林穿透补偿的森林冠层高度估测方法，其特征在于：步骤（2）中，具体包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述一种基于森林穿透补偿的森林冠层高度估测方法，其特征在于：步骤（4）中，判断研究区像元是否存在无限深，如果存在无限深时，即，需要进行森林穿透补偿，修正森林冠层高度，即：。
【技术特征摘要】
1.一种基于森林穿透补偿的森林冠层高度估测方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种基于森林穿透补偿的森林冠层高度估测方法，其特征在于：步骤（1）中计算tandem-x全极化sar干涉数据13种极化散射机制复相干，即：hh、hv、vh、vv、hh+vv、hh-vv、ll、rr、opt1、opt2、opt3、pdhigh、pd...
【专利技术属性】
技术研发人员：张国飞，岳彩荣，罗洪斌，王娟，朱俊琳，章皖秋，袁华，姬永杰，田庆红，张苏云，
申请(专利权)人：西南林业大学，
类型：发明
国别省市：
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