【摘要】：搭載在月球偵察軌道器(Lunar Reconnaissance Orbiter,LRO)上的微型無線電頻率(Miniature Radio Frequency,Mini-RF)合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar,SAR)觀測系統(tǒng)主要通過以固定入射角觀測所得的圓極化比(Circular Polarization Ratio,CPR)來研究月球表面的物理性質(zhì).然而值得注意的是,在許多Mini-RF CPR影像中都可以發(fā)現(xiàn)沿距離向存在著明顯的梯度.對于一個具有15 km刈寬的典型Mini-RF CPR影像,CPR沿距離向的系統(tǒng)性增長會達到0.2 0.3,這可能會對雷達影像的地質(zhì)解譯帶來誤導.更進一步的研究表明,這種系統(tǒng)性的CPR梯度有可能是由原本被認為固定的、但實際上沿距離向變化的局部入射角引起的.為了消除這種由入射角引起的CPR梯度,本文首先提出了三種模型用以擬合CPR與入射角的變化關系,接著再用一種基于沿距離向入射角的校正模型進行影像校正.以月球北極地區(qū)Baillaud撞擊坑坑底的CPR影像為例,校正結(jié)果表明本文所提出的方法在保證原有CPR影像統(tǒng)計特征不變的情況下有效減少了系統(tǒng)性的梯度.這一方法可以為較大區(qū)域CPR影像的無縫鑲嵌以及更為準確地解譯月表的地球物理性質(zhì)提供幫助.
【圖文】：

角對CPR的影響,本文選取了月球北極地區(qū)Baillaud撞擊坑(74.62°N,37.23°E;直徑89km)坑底的CPR影像用于進一步分析.圖2(a)給出了來自于月球偵察軌道器上廣角相機(LunarReconnaissanceOrbiterCameraWideAngleCamera,LROC/WAC)的光學影像[14],圖2(b)給出了來自于月球偵察軌道器上月球軌道激光高度計(LunarOrbiterLaserAltimeter,LOLA)[15]的數(shù)字高程模型,其中兩個白色矩形框內(nèi)為含有Mini-RF數(shù)據(jù)的研究區(qū)域.在北部地區(qū),一些月貌單元如Baillaud撞擊坑的邊緣、EuctemenC撞擊坑和另外兩個未被命名的撞擊坑較為顯著.圖3(a)和(b)分別給出了圖2中右邊白色矩形框區(qū)域的表面坡度與雷達入射波的局部入射角.表面坡度的計算結(jié)果表明坑底地區(qū)(圖3(a)中黑色箭頭以南區(qū)域)較為平坦,其中71.5%區(qū)域的坡度小于5.7°.由圖3(b)可以看出,在大尺度上局部入射角總體沿距離向逐漸增大,小尺度上的波動主要是由撞擊坑造成.其中,背向雷達的坑壁處局部入射角大,朝向雷達的坑壁處局部入射角小.作為示例,圖4給出了圖3(b)中紅色箭頭所對應一行的局部入射角.圖5(a)為該研究區(qū)域的Mini-RFCPR影像.兩幅影像均是在升軌期間由右視所得,因此地距由西向東增加.圖3(b),圖5(a)和圖5(c)中下側(cè)的紅色圖2(a)Baillaud(37.23°E,74.62°N;直徑89km)撞擊坑北部的光學影像(來自LROC/WAC,分辨率為100m/pixel).(b)研究區(qū)域的數(shù)字高程模型(來自于LOLA,分辨率為29.6m/pixel)Figure2(a)AnopticalimageshowingthenorthernpartofcraterBaillaud(37.23°E,74.62°N;89kmdiameter)fromLROC/WACwithaspatialresolutionof100m/pixel.(b)DEMofthestudyareafromLOLAdatasetswithaspatialresolutionof29.6m/pixel.圖3(a)研究區(qū)域的表面坡度計算結(jié)果,黑色箭頭以南即為文中所指的坑底區(qū)域.

都駿等:一種基于距離向入射角的月表雷達圓極化比影像校正模型1416圖5(a)Baillaud撞擊坑坑底北部地區(qū)的Mini-RFCPR影像,空間分辨率為7.4m/pixel.左圖的影像編號為lsz_04854_2cd_oku_77n038_v1,名義入射角為51.0°,方位角為98.8°.右圖的影像編號為lsz_04852_2cd_oku_77n040_v1,名義入射角為51.1°,方位角為98.9°.(b)圖5(a)右圖中黑色箭頭標記區(qū)域校正前的CPR均值與距離向入射角的關系.圓圈為按列平均的500行CPR的均值,實線為模型一的CPR擬合曲線.(c)校正后的CPR影像.(d)圖5(b)中相同區(qū)域的校正后CPR(圓圈)與距離向入射角的關系,實線表示校正后CPR的均值(0.4895)Figure5(a)Mini-RFCPRimagesforthenortherncraterfloorofBaillaud,wherethespatialresolutionis7.4m/pixel.TheswathIDsarelsz_04854_2cd_oku_77n038_v1(nominalincidenceangle51.0°andazimuthalangle98.8°)fortheleftimageandlsz_04852_2cd_oku_77n040_v1(normalincidenceangle51.1°andazimuthalangle98.9°)fortherightimage.(b)ObservedCPRasafunctionofincidenceanglefortheregionmarkedwiththeblackarrowsintherightimageofFigure5(a),wherecirclesarethecolumnaveragedCPRsfrom500linesofobservations,andthesolidlineisthefittingcurveusingmodel1.(c)RectifiedCPRimagesusingmodel1.(d)RectifiedCPR(circles)vs.incidenceangleforthesameregionas(b),wherethesolidline(0.4895)isthemeanvalueoftherectifiedCPRs.平均(每列的入射角相同).接著,根據(jù)CPR隨入射角變化的規(guī)律,提出三種擬合函數(shù)模型.為了便于在后續(xù)的研究中快速有效地處理海量Mini-RFCPR影像數(shù)據(jù),模型1和模型2分別是以r和cosr為自變量的較為簡單的二次函數(shù),而模型3是在地球遙感中常見的雷達回波強度隨入射角余弦值?
【作者單位】： 北京大學遙感與地理信息系統(tǒng)研究所;
【基金】：國家自然科學基金資助項目(批準號:11203002)
【分類號】：TN958;P184.5
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本文編號：2539996