【摘要】：隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,城市化進程越來越快,越來越多的農(nóng)村人口轉變?yōu)槌鞘腥丝�。城市范圍的擴張與城區(qū)內(nèi)部環(huán)境結構的變化,極大地改變了城市周邊以及城市內(nèi)部地物類型的分布。城市以及周邊土地利用／覆蓋類型的快速變化,嚴重影響了城市的生態(tài)環(huán)境、社會經(jīng)濟甚至是人們的日常生活方式。運用遙感影像(光學、SAR技術)進行城區(qū)變化檢測是遙感對地觀測技術的重要應用之一。星載極化合成孔徑雷達(PolSAR)可以同時獲取四個極化通道的地物目標散射特性,與單極化影像相比,可以更加全面地描述地物目標,從而更加準確可靠地進行地物目標分析與識別。 星載PolSAR信號穿越大氣電離層時,會受到法拉第旋轉效應的干擾影響而產(chǎn)生相位偏轉,且波長越長,受到的影響就越大,使得極化雷達回波信號不能準確描述目標特性。另外,SAR系統(tǒng)側視斜距成像在地形起伏區(qū)域會造成疊掩、透視收縮以及陰影等幾何畸變,同時使得雷達回波信號產(chǎn)生輻射畸變,導致難以準確反映地物目標散射特性。同時,盡管現(xiàn)有可用來描述目標的極化特征不少,但大多數(shù)特征之間存在著較高的相關性,形成了一定程度的信息冗余,這也對變化檢測算法提出了更高的要求。 為了更有效地利用PolSAR影像進行變化檢測,則需要解決上述問題,找尋合適的電離層與地形輻射校正算法,完善散射特征矩陣,提取有效表達不同地物目標特性的極化特征,并采用合適的檢測算法。本文從PolSAR基礎理論出發(fā),描述極化波傳播特征與表達以及極化分解等原理,分析電離層以及地形起伏對目標輻射特性的影響,并探討不同極化特征提取與變化檢測的可行性與可靠性,主要從以下幾點進行分析： 一、針對電離層法拉第旋轉效應對長波PolSAR信號的影響問題,分析了電離層法拉第旋轉效應產(chǎn)生的本質以及法拉第旋轉角估算算法,重點介紹了利用全極化PolSAR影像極化基變換進行法拉第旋轉角估算并實現(xiàn)極化通道影像法拉第旋轉效應輻射校正的方法。該算法可以實現(xiàn)像素級的電離層法拉第旋轉輻射校正,計算過程簡便,易于實現(xiàn)。 二、針對PolSAR側視成像幾何畸變引起的地形起伏區(qū)域輻射畸變校正問題,分析了其幾何畸變產(chǎn)生的原理,介紹了PolSAR數(shù)據(jù)輻射校正常規(guī)算法與地形起伏區(qū)域適用算法,重點闡述了基于面元積分的地形輻射校正算法。這種算法從PolSAR信號與地物目標作用角度,考慮每個影像像元對應的實際信號局部后向散射截面積,最終實現(xiàn)信號的輻射校正,計算過程較之傳統(tǒng)的基于局部入射角度算法要復雜,但是效果更優(yōu)。 三、針對極化特征少以及特征之問的相關性問題,在分析城區(qū)典型地物目標散射特性的基礎上,計算多種相干、非相干以及極化分解特征并按照一定的規(guī)則進行分組,通過選定的評價因子,計算其相關性以及目標識別能力,最終選出最優(yōu)的特征組合作為變化檢測的輸入影像。 四、針對變化檢測具體實施問題,本文選擇基于典型相關分析的雙閾值分割以及隨機森林分類算法作為提取兩時相影像變化特征信息的方法,實現(xiàn)了基于兩時相ALOS PALSAR全極化影像的山東省泰安市城區(qū)變化檢測,同時收集了與PALSAR影像獲取時間相近的Landsat TM影像作為輔助數(shù)據(jù),對變化檢測樣本選擇進行指導并作為實驗結果精度評價的參照。 論文在解決以上理論與技術方法問題的基礎上,采用多景L-波段的ALOS PALSAR數(shù)據(jù)實現(xiàn)了電離層法拉第旋轉輻射校正并對實驗結果進行分析,發(fā)現(xiàn)對于中緯度地區(qū)而言,一般情況下法拉第旋轉角較小,其對于地物覆蓋分類的影響通常可以忽略不計；利用泰安市一景ALOS PALSAR影像實現(xiàn)了地形起伏區(qū)域影像輻射校正,并對校正結果進行分析,發(fā)現(xiàn)基于面元積分的地形輻射校正結果優(yōu)于傳統(tǒng)的基于局部入射角的輻射校正結果；利用泰安市兩景ALOS PALSAR影像實現(xiàn)了組合不同算法、不同輸入特征的變化檢測實驗,結果分析可知,所選的最優(yōu)極化特征組合可以比較準確地實現(xiàn)變化信息的提取,光學與極化特征影像數(shù)據(jù)的聯(lián)合估算效果更優(yōu),地形校正對改善變化檢測結果會產(chǎn)生一定的積極影響。
【圖文】：

號的接收點位置無關。但是，為了更好的描述雷達波的極化狀態(tài)，，需要選擇合適的空間坐標系。在笛卡爾坐標系下（圖2-1)，電磁波沿+Z軸傳播，其電場矢量在x-o-y平面內(nèi)，可以分解為X方向與y方向兩個分量瓦問與瓦0) (2-6)：圖2-1電磁波傳播示意圖E(z、= ￡xfz)er +￡v(z)eu￡.(z) = =五■.NB 十。"S, (2-6)瓦(2) = :^,= E,?12

電場矢量沿順時針方向旋轉，則為右旋極化，若是沿逆時針方向旋轉，則為左旋極化(圖2-2)。當電磁波的兩個正交分量的振幅和相位差是常數(shù)時，稱之為完全極化波，但是如果兩個正交分量頻率相同，但是完全不相關時，則為完全非極化波，介于兩者之間的則稱之為部分極化波。圖2-2極化橢圓對于任意極化狀態(tài)，可以用極化橢圓的幾何參數(shù)來進行描述：幅度A,極化方位角盧和橢圓率角r，圖2-3。13
【學位授予單位】：武漢大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：P237

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本文編號：2555450