无人机载极化干涉SAR森林高度反演方法研究

极化干涉SAR是极化SAR与干涉SAR相结合而发展起来的一种新型遥感技术，已经搭载在有人机上成功开展了森林高度反演应用。无人机具有体积小、耗资低等诸多优势，与极化干涉SAR系统结合具有广泛的应用前景。本项目立足我国无人机遥感载荷综合验证系统，针对高频雷达波在森林穿透能力弱问题，通过时频分析技术获取不同视角数据以提取更多地表散射信息，再利用最优化相位中心分离反演森林高度；针对森林高度反演易受地形坡度影响问题，通过推导建立地形坡度与森林高度关系模型，将极化信息与干涉信息相结合预估计地形坡度，再利用关系模型反演森林高度；在此基础上，通过建立以相干性、相位中心分离能力、森林高度反演精度为衡量指标的性能分析模型，分析无人机载极化干涉SAR综合性能，并对基线、飞行高度等系统参数进行优化以进一步提高森林高度反演性能。研究成果可望为无人机载极化干涉SAR森林高度反演应用的发展作出贡献。

极化干涉SAR系统是未来先进SAR技术的重要发展方向。森林高度反演是极化干涉SAR技术的一个典型示范应用，一方面，开展此项应用研究可以为我国林业调查提供重要的技术手段；另一方面，通过此项应用的研究可以从应用的角度提出对我国极化干涉SAR系统优化技术的发展参考。本项目主要围绕极化干涉SAR森林高度反演应用中若干关键问题开展研究，包括高频波段极化干涉SAR森林高度反演、地形影响因素分析以及校正、系统性能综合分析与参数优化设计等，达到了预期目标，具体包括：1）在高频波段极化干涉SAR森林高度反演方法研究方面，通过仿真和地基SAR实验两个技术途径深入地分析了雷达工作频率、森林密度、森林种类以及雷达入射角等参数对雷达波穿透深度影响；在此基础上，给出了基于DSM和DTM差值、基于修正RVoG模型的高频波段极化干涉SAR森林高度反演思路并进行了验证；此外，还针对高频波段下地表散射回波弱的问题，给出了基于相干最优、基于时频优化的地表散射分量增强方法。2）在极化干涉SAR森林高度反演地形校正方法研究方面，从极化方位角偏移和局部入射角变化两个角度系统地分析了地形因素对极化干涉SAR森林高度反演的影响；在此基础上，提出了降低地形坡度对森林高度反演影响的措施；此外，还给出了基于森林高度反演误差与地形坡度间定量关系的地形校正方法。3）在极化干涉SAR性能综合分析及参数优化方面，给出了基于相干性分析、基于相位管以及基于应用的系统性能分析方法；基于这些分析方法，给出了极化干涉SAR最大基线(临界基线)、最优基线、基线测量精度、噪声等效系数、入射角和飞行高度等参数的优化设计方法。通过本项目的研究，形成的成果包括基于高频波段极化干涉SAR数据的森林高度反演算法、基于预估计地形坡度的森林高度反演算法以及无人机载极化干涉SAR森林高度反演算法软件及性能综合分析算法软件，发表论文8篇。