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单极化SAR图像的地形变化检测和森林积雪的多极化仿真

作　者: 王大芳
导　师: 金亚秋
学　校: 复旦大学
专　业: 无线电物理
关键词: 极化合成孔径雷达 ALOS 最佳阈值 Markov随机场理论 VRT理论 Mueller矩阵地形变化自动检测目标解析 H-α分类
分类号: P412.25
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

近几十年,合成孔径雷达(SAR, Synthetic Aperture Radar)技术得到不断发展,其应用领域也越来越广泛和深入。随着高分辨率SAR的出现,单极化和多(全)极化SAR图像在地形地表的变化检测,森林监测等方面有很好的应用。本文作为本领域的硕士学位论文,研究了合成孔径雷达图像的概率统计特性,Markov随机场理论,变化目标检测的方法和在地震前后地形变化的自动检测,目标散射原理和特性,全极化SAR图像解析,雷达极化测量学,Stokes矢量和矢量辐射传输(VRT,Vector Radiative Transfer)理论,积雪森林全极化Mueller矩阵的仿真和它的H-α参数特性。在地形变化自动检测上,用2008年5月12日四川汶川地震前后的星载ALOS合成孔径雷达图像,提出双阈值极大期望与Markov随机场方法(2EM-MRF,two thresholds expectation maximum and Markov random field),以北川县地区为例,自动检测这次地震导致地表变化而产生散射增强、减弱、不变的三类特征区域,作为地震区域地表变化的自动划分归类。借助Google Earth地形图工具,可即时多视角动画地展示地震产生的地表变化区域状况。识别结果也与可见光照片作了对照与分析。研究表明,建立高分辨率全极化SAR多源与多时相遥感与对地观测是全天候监测自然灾害的有效手段,本方法可有进一步的延伸。在积雪森林的Mueller矩阵仿真上,选取合适的森林和积雪模型。森林模型是由一层离散随机的不同种类的非球形粒子构成,非球形粒子的种类要区分树干、主枝、旁枝和树叶。积雪模型采用密集Rayleigh粒子模型。在森林模型和积雪森林模型中,运用VRT理论仿真L和X波段时正常森林和含有积雪的森林的后向散射Mueller矩阵,并通过所求得的Mueller矩阵求解出相干矩阵T从而计算出H、α参数；最后得到正常森林和积雪森林的H、α参数的变化。在研究生三年中,主要做两项工作。一个是利用地震前后同一地区的合成孔径雷达图像,通过2EM-MRF方法检测出地形变化及分析变化的种类和原因。另一个是用VRT理论仿真积雪森林模型的Mueller矩阵进而计算H、α参数,并分析积雪的影响。随着技术的日益进步,其间还有很多地方需要深入研究和完善的地方。

全文目录

目录  5-7
摘要  7-8
ABSTRACT  8-10
0 绪论  10-15
  0.1 合成孔径雷达  10
  0.2 合成孔径雷达的发展  10-12
  0.3 SAR数据应用  12-15
1 极化散射  15-21
  1.1 极化散射基础理论  15-17
  1.2 雷达极化测量学与目标分解  17-20
    1.2.1 雷达极化测量学  17-18
    1.2.2 目标解析  18-20
  1.3 PALSAR和Pi-SAR数据  20-21
2 地形变化检测  21-35
  2.1 引言  21
  2.2 期望极大化(EM)算法估计变化分类  21-24
  2.3 双阈值的EM算法  24-27
  2.4 Markov随机场对空间结构相关的变化分类  27-30
  2.5 2EM-MRF自动检测北川地区地震造成的变化  30-33
  2.6 讨论与结论  33-35
3 森林积雪的多极化SAR仿真  35-49
  3.1 引言  35
  3.2 VRT理论及其Mueller矩阵解  35-37
  3.3 一层密集Rayleigh粒子的Mueller矩阵解  37-39
  3.4 积雪森林模型  39-40
  3.5 森林和积雪参数的选取  40-41
  3.6 L-band积雪森林的Mueller矩阵仿真  41-44
    3.6.1 森林的散射的Mueller矩阵  41
    3.6.2 上层积雪的散射和衰减作用  41-42
    3.6.3 地面积雪的散射和衰减作用  42-43
    3.6.4 积雪森林的散射和ALOS数据  43-44
  3.7 X-band积雪森林的Mueller矩阵仿真  44-47
    3.7.1 森林的散射的Mueller矩阵  44-45
    3.7.2 上层积雪的散射和哀减作用  45
    3.7.3 下层积雪的散射和衰减作用  45-46
    3.7.4 积雪森林的散射和ALOS数据  46-47
  3.8 总结  47-49
4 结论  49-51
  4.1 研究总结  49-50
    4.1.1 地震地形变化检测  49-50
    4.1.2 积雪森林仿真  50
  4.2 启发和展望  50-51
参考文献  51-54
后记  54-55
出版列表  55-56

单极化SAR图像的地形变化检测和森林积雪的多极化仿真

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