高分辨率和全极化SAR冰川制图研究

Glacier is the sensitivity factor for global change， it is significant to observe the mountain glacier with high resolution and polarimetric SAR for global energy and material balance research. In our country, these glaciers are distributed mainly over mountainous region or plateau.The undulating terrain, varied climate and other environmental factors in these areas not only affect the distribution and change of glaciers but also bring forward some new requirements for SAR information extraction theory and technologies(e.g. SAR terrain correction). In order to improve the geometric positioning accuracy of glacier mapping with SAR, this research is made first on polarimetric SAR terrain correction, on the one hand，there are some needs to resesarch the new SAR image registration and data fusion technology to improve the accuracy of DEM extraction, on the other hand，develop the polarimetric SAR correction algorithm for radiation and polarization information. Secondly, in order to improve the classification accuracy of glacier mapping with SAR, the subject of scattering mechanisms and characteristics of snow will be researched based on the radiative transfer model. The new method will be proposed to refine the classification accuracy of glacier by identifing and distinguishing different scattering mechanisms and image texture analysis. Finally, Some experiments will be made to study the characteristic of glacier,the change law and its influencing factors, which will provide a scientific basis for global change research.

冰川是全球变化的敏感因子,利用高分辨率和全极化SAR对冰川进行监测对全球能量和物质平衡研究具有重要意义。我国境内的冰川大多分布在山区或高原，这些地区起伏的地形和多变的气候等环境因素不仅影响冰川的分布和变化，而且对SAR信息提取理论和技术在冰川区的应用提出了新的要求，如SAR地形纠正等。为了提高SAR冰川制图定位精度，本课题首先围绕极化SAR的地形纠正开展研究，一方面通过研究高分辨率SAR图像配准和数据融合技术提高DEM的提取精度，另一方面发展针对极化SAR数据的辐射和极化信息纠正算法；为了提高SAR在冰川区的分类制图精度，本课题将以积雪辐射传输模型为基础，研究冰川区不同积雪状态下的散射机制和散射特征，并通过散射机制识别与区分和图像纹理分析相结合的方法提高冰川带分类精度；最后通过观测试验研究冰川特征、变化规律及影响因素,为全球变化研究提供科学依据。

冰川作为冰冻圈的最为重要的组成部分，它不仅是地球上最大的淡水源，而且受局地气候和气象环境的影响剧烈，是全球能量和物质平衡变化的敏感因子。卫星遥感作为一种重要的对地观测手段，能持续地对冰川区进行观测，具有不可替代性。特别地，与光学遥感相比，微波具有全天候全天时的探测能力，并且能够穿透一定深度冰雪，因而利用微波能够提供冰川积雪内部的信息，因此利用高分辨率和全极化SAR对冰川进行监测对全球能量和物质平衡研究具有重要意义。虽然高分辨率、全极化的新型SAR 数据对提高冰川遥感监测精度和可靠性提供了新的契机，我国冰川大多分布地形起伏的山区或高原，起伏的地形、多变的气候等环境因素不仅对冰川的分布和变化产生影响，而且也给新型SAR 数据处理和信息提取技术提出了新的要求。在这种研究背景下，我们开展了如下三个方面的研究：.1. 地形起伏不仅引起SAR 几何和辐射测量的畸变还直接影响到后向散射机制的变化。为了提高SAR冰川制图定位精度，本课题首先围绕极化SAR的地形纠正开展研究，发展针对极化SAR数据的辐射和极化信息纠正算法。该方法基于距离多普勒方程成像几何模型，通过融合极化信息，提高模拟与真实SAR图像的配准精度，进而提高几何定位精度，同时，通过严格的辐射纠正和极化校正，改善了冰川的分类精度。.2. 为了实现利用高分辨率和极化SAR数据对冰川自动制图，我们围绕SAR自动分割技术开展研究，提出了基于水平集的SAR图像分割算法。该方法通过改进极化SAR的统计分布模型，实现了多目标的自动化分割，提高了冰川边界提取的效率和精度，此外，该方法还被用于冰湖、热融湖的分割提取。.3. 在青藏高原开展冰川积雪考察过程中，我们从时间序列的SAR图像上首次发现了热融湖冰的独特散射特征，将本课题中研制的积雪辐射传输模型进行扩展，提出了一种针对湖冰的辐射传输模型，结合野外观测数据，我们研究了湖冰的散射机制和散射特征，分析了青藏高原湖冰特征、变化规律及影响因素，为利用SAR开展热融湖冰研究提供科学依据。