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申请/专利权人：哈尔滨工业大学

摘要：适用于PolInSAR反演的森林三层散射模型的确定及分析方法，属于遥感图像处理技术领域。本发明的目的是为解决现有的植被相干散射模型的散射过程相较于真实散射过程依旧存在误差，影响反演精度的问题。本发明包括如下步骤：步骤一：分析地表层的散射特性并确定其垂直结构函数形式；步骤二：分析树干层的散射特性并确定其垂直结构函数形式；步骤三：分析植被冠层的散射特性并确定其垂直结构函数形式；步骤四：结合植被垂直结构上地表层、树干层和植被冠层的垂直结构函数，推导植被一般三层散射模型，确定干涉相干系数的表达式，并分析高度参数对相干性的影响。本发明可应用于遥感图像处理领域，实现高精度的极化干涉SAR图像植被参数反演。

主权项：1.一种适用于PolInSAR反演的森林三层散射模型的确定及分析方法，包括以下步骤：步骤一：分析地表层的散射特性并确定其垂直结构函数形式；所述步骤一具体为：表面散射发生在不连续的介质中，在L波段下，电磁波能够穿透植被冠层到达地表，所以表面散射发生在地表，对于表面散射，其散射中心在一恒定高度上，且垂直结构函数反映在水平方向，因此其垂直结构函数建模成一冲激响应，表达式如下： 其中，z0表示地形高度，fgz表示表面散射的电磁散射幅度在垂直方向上的分布函数，表示地表层电磁散射幅度，δ表示冲激响应函数，z表示垂直方向坐标；步骤二：分析树干层的散射特性并确定其垂直结构函数形式；所述步骤二具体为：设树干层的高度为hd，偶次散射是由于电磁波在树干、树枝与地表之间的相互作用产生的，在L波段下，由于电磁波能够穿透所述冠层，所以偶次散射是存在的，将发生在树干树枝与地表之间的偶次散射等效为地表到冠层底部某一高度的表面散射，其等效散射中心h′d定义为 其中，h′d表示树干层的等效散射中心高度，θ表示雷达入射角；相应的垂直结构函数建模成冲激响应，表达式如下： 其中，表示树干层电磁散射幅度，fdz表示树干层散射的电磁散射幅度在垂直方向上的分布函数；步骤三：分析植被冠层的散射特性并确定其垂直结构函数形式；所述步骤三具体为：体散射主要发生在冠层，假设冠层是由朝向随机的散射粒子组成，rhhv表示冠层的厚度，其中rh表示冠层因子，冠层因子表示其中表示平均树高，hv表示植被高度，rh表示冠层因子；在L波段下，冠层体积能被电磁波穿透，在穿透的过程中存在衰减，其衰减程度用平均波消光σ来表示，其垂直结构函数不同于表面散射，主要反应在体积层，在垂直方向上连续分布，建模成指数函数，表达式如下： 其中，fvz表示体散射的电磁散射幅度在垂直方向上的分布函数，表示冠层的电磁散射幅度，σ表示电磁波的衰减，称之为平均消光系数；步骤四：结合植被垂直结构上地表层、树干层和植被冠层的垂直结构函数，推导植被一般三层散射模型，确定干涉相干系数的表达式，并分析高度参数对相干性的影响；所述步骤四具体为：综合考虑地表层、树干层和冠层的散射，建立一般三层散射模型，冠层假设是由朝向随机的散射粒子组成的；综合考虑地表层、树干层和冠层的三层散射模型的垂直结构函数：所述垂直结构函数的表达式如公式5所示， 其中，fz表示一般散射模型中的所有电磁散射强度在垂直方向上的分布函数，即垂直结构函数；极化干涉相干系数的表达式如下： 其中，表示极化干涉相干系数，j表示虚数单位，kz表示有效垂直波数，有kz＝4πBλR，其中B表示基线长度，λ表示电磁波场，R表示距离分辨单元中心距平台的斜距；将公式5代入公式6，有以下推导： 其中，rh表示冠层因子，hv表示植被高度，rhhv表示冠层的厚度；令 其中，A1表示冠层散射产生的干涉相干性，A2表示地表层散射产生的干涉相干性，A3表示树干层散射产生的相干性，B1表示体散射在整个冠层部分的散射幅度之和，B2表示地表散射在植被整个垂直方向上的散射幅度之和，B3表示树干层散射在植被整个垂直方向上的散射幅度之和；将步骤一、二和三分析所得代入公式8，有 将公式9代入公式6，得到相干性的推导如下： 体相干系数用γv表示，地表层与冠层的幅度比，简称地体幅度比树干层与冠层的幅度比，简称偶次体幅比表示如下 将公式11-13代入公式10，得到相干性表达式： 其中，φ0、φd和φv分别表示地表层、树干层和冠层的散射相位；相干性分布区域在单位圆上的两个交点分别为和其中φ0表示地表层的散射相位，φd表示树干层的散射相位；另外，相干性分布的另一端点为旋转的体相干点其中φv表示冠层的散射相位；当忽略树干层时，一般三层模型退化为RVoG模型，此时为直线模型；当忽略地表层时，相干性同样呈直线分布，不过直线一端为另一端为

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