[發明專利]高軌SAR垂直向非均勻植被冠層后向散射系數模擬方法

有效

• 申請號: 201611126699.1
• 申請日: 2016-12-09
• 公開（公告）號: CN106772362B
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 劉龍;李素菊;謝酬;聶娟;邵蕓;楊思全;徐豐;和海霞
• 申請（專利權）人: 中國科學院遙感與數字地球研究所;民政部國家減災中心
• 主分類號: G01S13/88
• 分類號: G01S13/88;G01S7/02
• 代理公司: 北京晟睿智杰知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11603
• 代理人: 于淼

本發明是有關于一種高軌SAR垂直向非均勻植被冠層后向散射系數模擬方法，包括以下步驟：確定植被冠層組件的種類；確定各種類植被冠層組件體密度的垂直向分布函數；計算雙矩陣算法中的薄層后向散射矩陣；計算植被冠層的后向散射系數。本發明將植被冠層組件體密度垂直向分布函數引入雙矩陣算法進行后向散射系數模擬，為模擬植被冠層垂直向非均勻性對后向散射系數造成的影響研究提供了途徑，尤其適用于高軌SAR觀測。

技術領域

本發明涉及植被雷達遙感觀測研究領域，特別是涉及一種高軌SAR垂直向非均勻植被冠層后向散射系數的模擬方法。

背景技術

植被冠層后向散射系數模擬技術被用于解釋雷達電磁波與植被冠層的相互作用，可輔助于開發植被冠層參數反演技術，開展基于雷達遙感的植被空間觀測技術研究。目前的植被冠層后向散射系數數值計算模型多假設植被冠層為垂直向均勻，缺少對于植被冠層垂直向非均勻性的刻畫。但是，自然界中的植被冠層存在著廣泛的垂直向非均勻性，均勻性假設限制了植被后向散射系數模型用于理論分析的能力，無法對微波電磁波與植被的相互作用機理做出準確的解釋。

由此可見，上述現有的植被冠層后向散射系數模擬方法在方法與使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進一步改進，尤其是利用高軌合成孔徑雷達(SyntheticAperture Radar,SAR)進行觀測時，由于其位于高度360000km的地球同步軌道，對植被垂直向不均勻性的觀測提出了更高的要求。因此，如何能創設一種新的可以刻畫植被冠層垂直向非均勻性的后向散射系數數值模擬方法是當前本領域的重要研發課題之一。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種高軌SAR垂直向非均勻植被冠層后向散射系數模擬方法，使其為使用高軌SAR進行植被觀測時校正、去除或分析植被的垂直向不均勻性提供了途徑，從而克服現有的植被冠層后向散射系數模擬方法的不足。

為解決上述技術問題，本發明一種高軌SAR垂直向非均勻植被冠層后向散射系數模擬方法，包括以下步驟：確定植被冠層組件的種類；確定各種類植被冠層組件體密度的垂直向分布函數N_j(h)；計算雙矩陣算法中的薄層后向散射矩陣；基于雙矩陣算法計算植被冠層的后向散射系數。其中，雙矩陣算法中的薄層后向散射矩陣S與前向散射矩陣T的計算公式為：

式中：θ_i為入射角，θ_s為散射角，為入射方位角，為散射方位角，U^-1為對角矩陣，矩陣元素為散射方向的余弦，P為雙站散射相矩陣，由入射電磁場與植被冠層組件的形態結構、介電特性等決定，h為植被冠層組件在冠層中的位置，Δz為每一薄層厚度，N為單位薄層體積內的植被冠層組件密度，n為植被冠層組件的種類個數，j表示第j類植被冠層組件。

所述的植被冠層組件的種類范圍包括葉片、莖桿、枝條、果實或花朵等。

所述的計算植被冠層的后向散射系數包括以下步驟：計算上下兩個微小薄層構成的厚度為2Δz的薄層的后向散射矩陣S′與前向散射矩陣T′；重復上述計算得到需要厚度的介質層的后向散射矩陣S⁰；計算后向散射系數σ⁰；其中，后向散射矩陣S′與前向散射矩陣T′的計算公式為：

后向散射系數的計算公式為：σ⁰＝4πS⁰