【摘要】：森林地上生物量(Above Ground Biomass,AGB)作為重要的森林參數(shù),在全球碳循環(huán)和氣候變化中扮演著重要的角色。因此,實(shí)現(xiàn)大區(qū)域或全球尺度的森林AGB精確估測(cè),對(duì)于人類的生產(chǎn)生活具有重要的意義。多維度合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar,SAR)是目前眾多遙感技術(shù)中最有潛力實(shí)現(xiàn)大區(qū)域森林AGB估測(cè)的技術(shù)手段之一。相比于單波段,單極化,單基線的SAR,具備多極化,多波段,多基線等不同觀測(cè)模式組合的多維度SAR技術(shù)可以獲得更多與森林AGB有物理含義關(guān)聯(lián)的特征參數(shù),從而提高森林AGB的估測(cè)精度。但是,由于SAR傳感器側(cè)視成像的特點(diǎn),多維SAR特征在應(yīng)用于森林AGB的估測(cè)時(shí),將受到局部地形起伏的影響,而目前已有的主要應(yīng)用于SAR后向散射系數(shù)的地形校正理論,已不足以支撐基于多維度SAR數(shù)據(jù)估測(cè)森林AGB中遇到的地形問題。針對(duì)這一問題,本文研究了適用于全極化SAR(Polarimetric SAR,PolSAR)數(shù)據(jù)和干涉SAR(Interferometric SAR,InSAR)相干性的地形校正方法,以及多維度SAR協(xié)同估測(cè)森林AGB的方法。研究?jī)?nèi)容主要分為以下3個(gè)方面:(1)PolSAR三階段地形校正方法本文提出了一種適用于PolSAR數(shù)據(jù)的三階段半經(jīng)驗(yàn)地形校正方法。針對(duì)局部地形對(duì)PolSAR數(shù)據(jù)綜合影響,分別進(jìn)行極化方位角,有效散射面積,角度效應(yīng)三方面的校正。在角度效應(yīng)校正方面,本文提出了一種新的基于最小化相關(guān)系數(shù)確定n值的方法,可以自適應(yīng)確定不同極化通道的n值,進(jìn)而得到極化協(xié)方差矩陣的校正系數(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)PolSAR數(shù)據(jù)的全面校正�；贏LOS2 PALSAR2全極化數(shù)據(jù)驗(yàn)證了本文提出的校正方法。研究結(jié)果表明,經(jīng)過3個(gè)階段的校正處理后,PolSAR影像的迎坡面與背坡面存在的明顯亮度差異得到了有效的去除;三個(gè)校正階段在PolSAR地形校正過程中均屬于不可或缺的步驟。其中,極化方位角校正在中等極化方位偏移角時(shí)最大可實(shí)現(xiàn)交叉極化1 dB的校正效果。有效散射面校正和角度效應(yīng)校正則分別可實(shí)現(xiàn)約2.5 dB和0.5 dB的校正效果。另外,基于LiDAR森林AGB數(shù)據(jù),分析了校正前后后向散射系數(shù)和森林AGB的關(guān)系。結(jié)果表明,不同極化的后向散射系數(shù)在經(jīng)過校正之后,與森林地上生物量之間呈現(xiàn)了更好的相關(guān)關(guān)系。其中,經(jīng)過地形校正后的HV極化和森林地上生物量的相關(guān)性最好(R=0.81),相關(guān)性提高了0.3左右。(2)基于代數(shù)差分法的干涉相干性地形校正方法基于干涉失相干理論和代數(shù)差分思想,本文提出了一種適用于InSAR相干性的地形效應(yīng)校正方法。首先,基于SINC體散射失相干模型,推導(dǎo)了可用于地形校正的SINC差分型相干性模型。然后,基于該差分模型實(shí)現(xiàn)了對(duì)星載TanDEM/TerraSAR-X(TDX/TSX)和機(jī)載CASMSAR InSAR相干性的地形校正處理。研究結(jié)果表明,本文提出的校正方法可以有效的去除相干性影像中存在的地形效應(yīng)。在此基礎(chǔ)上,能夠有效的改善InSAR干涉土地利用影像的顯示效果,提高InSAR數(shù)據(jù)的地物解譯能力。而且,經(jīng)過校正后的相干性影像與森林AGB間呈現(xiàn)了更好的相關(guān)關(guān)系,相比于校正前,相關(guān)系數(shù)提高了0.09左右。(3)機(jī)載X-InSAR與P-PolSAR協(xié)同森林AGB估測(cè)方法在PolSAR和InSAR相干性的地形校正方法的基礎(chǔ)上,本文研究了利用國(guó)產(chǎn)機(jī)載CASMSAR多維度SAR數(shù)據(jù)協(xié)同估測(cè)森林AGB的方法。首先,基于X-InSAR數(shù)據(jù)獲取實(shí)驗(yàn)區(qū)的高分辨率DSM數(shù)據(jù)。然后,在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)P-PolSAR和X-InSAR相干性的地形校正。最后,基于多維SAR特征實(shí)現(xiàn)了森林AGB的估測(cè)。研究結(jié)果表明,經(jīng)過地形校正后的多維SAR特征能夠?qū)崿F(xiàn)更高的森林AGB估測(cè)精度。相比于校正前的數(shù)據(jù),基于P-PolSAR的估測(cè)精度提高了0.9%;基于X-InSAR相干性的估測(cè)精度提高了5.6%;而聯(lián)合極化和干涉特征的估測(cè)精度提高了3.6%。而且,聯(lián)合多維SAR特征可以獲得比單一維度特征更高的估測(cè)精度,相比于只采用P-PolSAR特征和只采用X-InSAR相干特征,聯(lián)合估測(cè)的精度分別提高了6.4%和5.1%。綜上所述,本文針對(duì)多維度SAR數(shù)據(jù)在估測(cè)森林AGB時(shí)存在的地形干擾問題,分別發(fā)展了適用于PolSAR和InSAR相干性的地形校正方法,通過實(shí)驗(yàn)證明了本文提出的地形校正方法可以有效的去除多維度SAR數(shù)據(jù)中存在的地形相應(yīng),并提高森林AGB的估測(cè)精度。本文相關(guān)研究成果將為大區(qū)域森林AGB的精確制圖提供新的思路和技術(shù)支撐。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：S718.5;S771.8

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本文編號(hào)：2574125