机载极化及极化干涉sar系统国家需求、国内外现状与发展趋势

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1、回复 引用 订阅 TOP 雷达波段(radar frequency band) 雷达发射电波的频率范围。 其度量单位是赫兹(Hz)或周/秒(C S)。大多数雷达工作在超短波及微波波段，其频率范围在 30300000 兆赫，相应波长为 10 米至 1 毫米，包括甚高频(VHF)、特高频(UHF)、超高频(SHF)、极高频(EHF)4 个波段。 第二次世界大战期间，为了保密，用大写英文字母表示雷达波段。将 2301000 兆赫称为 P 波段、10002000 兆赫称为 L 波段、20004000 兆赫称为 S 波段、40008000 兆赫称为 C 波段、 800012500 兆赫称为 x 波段、

2、12.518 千兆赫称 Ku 波段、 1826.5 千兆赫称 K 波段、 26.540 千兆赫 称 Ka 波段。上述波段一直沿用至今。随着超视距雷达和激光雷达的出现， 新波段的开辟，雷达采用的工作波长已扩展到从大于 166 米的短波至小于 10-7 米的紫外线 光谱。 发表于 2007-6-4 13:41 | 只看该作者 Re:【共享】机载极化及极化干涉 SAR 系统国家需求、国内外现状与发展趋势 Re:【共享】机载极化及极化干涉 SAR 系统国家需求、国内外现状与发展趋势 2国内外研究现状与发展趋势 2.1 极化 SAR 系统 2.1.1 机载 SAR 系统 机载 SAR 系统是星载 SAR

3、 系统的试验基础，因此欧美等国家的机载极化干涉 SAR 系统都很发达，但我国用户不太 容易获取到这些机载系统的数据。国外著名的机载极化 SAR 系统包括德国 DLR 的 E-SAR，日本的 PISAR、美国的 AIRSAR、德国的 AeS-1 SAR 等。这些 SAR 系统都具有重复飞行极化干涉测量能力，并且采用模块化设计，可以实 现多频、高空间分辨和干涉测量的组合模式获取数据。 我国机载 SAR 系统的设计能力尚局限在单频、单极化，如对 L、X、S 波段单极化 SAR 系统都有比较成熟的设计能 力，但极化 SAR 系统发展较为薄弱；我国机载干涉 SAR 系统尚只有一个 X-波段双天线系统问世

4、。因此，我国在 SAR 传感器研制能力和水平上和国外相比还有相当大的差距，若还不引起重视就只能是越来越落后，最终会有被 国际 SAR 传感器研制学界边缘化的危险。 2.2.2 星载 SAR 系统 国外合成孔径雷达（SAR）未来十年的发展方向是向极化（全极化或双极化）和极化干涉方向发展。2002 发射成 功的 ENVISAT ASAR， 具有双极化获取能力， 但其双极化通道的相位是不保全的， 还不是真正意义上的双极化数据。 计划于2007年发射的德国TerraSAR-X将具有双极化数据获取模式， 特别是具有高分辨率聚束成像模式 （双极化） ； 2006 年 1 月已经成功发射的日本的 ALOS

5、PALSAR（L 波段）具有双极化和全极化（试验模式）数据获取能力，通 过重复飞行可具有极化干涉测量能力；计划于 2007 年发射的 RADARSAT-2（C 波段）具有双极化和全极化观测能 力，由于波长较短，重复飞行获取极化干涉测量数据的能力较 L 波段差，但在适当条件下仍然可以获取有效的计 划干涉 SAR 数据。美国在其未来十年对地观测计划中特别强调 INSAR 系统，特别是强调 L 波段-极化 INSAR 传感 器卫星计划的重要性。而且很早就提出了利用无人驾驶航天器实现 L 波段极化干涉测量 SAR 对地观测的设想。 我国的第一个民用单波段、单极化星载 SAR 系统（S 波段）尚在研制中

6、，未来 5-10 年会有一系列的 S 波段环境减 灾 SAR 小卫星发射，将来有可能实现双极化数据获取，但这些计划要落实必须以机载极化 SAR 系统的研制和试验 作为基础。 2.2 极化 SAR 分解与分类识别 2.2.1 极化 SAR 林业应用的早期研究 雷达极化是一种可以为分析和理解森林雷达后向散射提供很多选择的技术。 多极化全极化雷达系统可以记录用 于测量整个散射矩阵的极化信息。散射矩阵可以用于建立接收（散射）的电磁场极化信息和发射的电磁波之间的 关系。该关系可用 Stoke 矩阵表示，对于雷达遥感系统，该矩阵有个独立的分量。 雷达系统必须对振幅、相位均衡、天线 Cross-talk，以

7、及水平、垂直极化间的渗漏（Leakage）进行定标处理。 定标后的数据可用于生成任意发射接收极化基的接收能量。 极化 SAR 可用于很多分析。一些和森林相关的已研究过的参数（Evans 等，1988;Durden 等，1990；Durden 等， 1991）主要包括： 总能量(Total Power)，所有极化的能量和，包含了来自森林的所有散射信息； 极化率（Polarization Ratio），平均的 HH 能量/平均的 VV 能量，和散射体如树枝的方位角和形状有关； 极化相位差，HH 与 VV 极化后向散射间的相位差，其值对直接散射接近于 0，而对于二次散射（如树干地面二 次散射）接近

8、180 度，对于树冠内部发生的多次散射（体散射）该参数是变动的，其平均值可能接近于零。 线性极化率，平均的交叉极化/平均的同极化能量，表示小的去极化体（如树冠内的体散射组分）后向散射量相 对于来自大的表面散射和二次散射（如树干地面）的比例。 最小接收能量对最大接收能量的比值。最大（小）能量是指在一定的极化角（ ， ），能得到最大（小）的后 向散射能量。该比值越小，表示后向散射来自同样的散射机制；大得比值表示散射机制有很大的不同，而且很大 一部分回波可能是去极化的，这可以测量散射体的异质性。 其它的参数包括协方差矩阵、 特征值比， 同极化能量 （co-polarization power） ，

9、交叉极化能量， 极化 （polarized power）的能量和去极化（un-polarized）的能量。 这些极化参数影像可以直接用于可视化显示，自动分类或研究后向散射机制。比如，可以显示一幅最大极化能量 影像（定义一个影像区域，可以寻找一定的极化角（ ， ），使得该区域极化的能量达到最大），该影像上高值 区域表示有高的表面散射。同样，最大的去极化能量表示有强烈的去极化（由多次或体散射引起）。计算每个像 元最大的极化（Polarized）的能量，就相当于对影像进行自适应滤波，产生的影像代表了在所有极化方式中具 有最大的去极化能量。对于大的或详细的森林类型制图，可以选择一些具有代表性的样地，通

10、过计算可以找到一 定的极化角，使得这些代表两种类型的样地达到最大的可分性或对比度。已经开展了很多类似极化参数的验证研 究工作（Evans 等 1988；Durden 等，1989；Lemoine 等，1991；Freeman 等，1992；Hoekman 等，1992；Sheen 和 Johnston,1992）。 Evans 等（1988）研究了极化参数森林、皆伐地识别技术。最小/最大接收能量比值在皆伐区很低，表明皆伐区散 射具有相同的散射机制（表面散射）和很少的去极化散射（Unpolarized scatter）。随着植被的生长，树冠变 大、林分变稠密，由于来自树冠体散射的影响，森林将表现

11、出较高的后向散射去极化，导致了较大的去极化和交 叉极化(如 HV/VH)能量。某种去极化影像有可能提供森林和皆伐地的最强的对比，如一种发射极化（ =0 度， =80 度）的去极化能量影像，就可以很好地识别皆伐地。Zebker 等(1987)通过确定一种发射极化产生了一幅可以最大 化森林和皆伐地对比度的交叉极化影像。另外一种方法是确定一种发射和接收极化方式，使得森林和皆伐地的对 比度达到最大。 van Zyl（1989），Evans 等（1988）提出了一种非监督散射行为分类方法。通过观察相位差，散射波方位角如何 随入射波的方位角而变化，及散射波的手性如何随入射波而变化，就可以推测该散射体是单次

12、（或奇数次）散射、 双次（或偶数次散射），或是由多次作用导致的漫（体）散射。Freeman 和 Durden（1992）和 Freeman 等（1992） 发展了另一种估测散射机制特征的方法。对三种散射机制（单次、双次和体散射）分别建立了相应的模型并进行 了简化，从而可以建立极化后向散射参数（直接从影像中提取）与每个散射机制贡献率之间的关系。所以每个影 像像元的总能量可以认为是由三大散射机制每部分单一能量贡献的总和。比如，对 L 波段影像，来自森林区域的 散射主要是体散射，周围的 Open Area 和幼林具有强的表面散射（奇次或单次）。二次散射（偶次散射）占主导 的区域多是建筑、桥梁和一些比

13、邻水体或水淹的森林。C-波段体散射的类型有所增加，一些有植被的开阔（Open） 地也表现出体散射行为。P-波段比 L-和 C-波段有大得多的二（偶）次散射。 雷达极化与森林识别：交叉极化更适合于皆伐地的识别。因为砍伐地比森林有更低的交叉极化后向散射，和地表 面或地面植被相比，森林冠层有较强的多次散射和去极化（Depolarization）过程。虽然用不着采用全极化参数 识别皆伐地，但全极化参数的确有这个能力。例如，皆伐地的 HH、VV 极化间的相位差接近 0，因为来自皆伐地的 主要是单次直接表面散射。 而森林主要是多次散射， 相位差的分布要离散得多 （Boerner 等 1987； Dobso

14、n 等 1991； Le Toan 等 1992）。另外一个参数是最大对比去极化能量（Maximum contrast of unpolarized power）。由于 体散射引起的去极化影响，来自森林的后向散射具有较大的去极化能量。可以寻找一个发射极化，使得来自森林 和皆伐地的去极化能量的差异达到最大，该发射极化相应的去极化能量就是最大对比去极化能量（Evans 等， 1988）。能够使得森林和皆伐地后向散射差异达到最大的某种发射和接收极化方式下的后向散射影像也可用于两 者的识别。在散射特性分类（奇次散射、双向散射或漫散射（diffuse），皆伐地通常具有强的单向散射，而 森林主要表现为漫散

15、射分量（Evans 等，1988；Hoekman 等，1992；Ranson 和 Sun，1993）。 雷达波长与森林识别：利用短波雷达一般很难区分森林和非森林。对于 K-，X-和 C 波段影像，皆伐林地和森林覆 盖地都易混淆。皆伐基地地面植被越多，混淆越严重。新砍伐林地要比旧的容易识别，因此在砍伐后植被重新恢 复前立即获取 SAR 影像十分重要。砍伐基地也和稀疏林地（open）、湿地，或农业用地混淆。对这些地类有一定 的先验知识，或在砍伐前后各获取一次影像是很有用的（多时相很重要）。L-和 P-波段适于森林砍伐和其它森林 稀疏作业和森林非森林的识别。 入射角与森林识别：小的入射角不适于森林砍

16、伐的探测（Sicco Smit，1975；Mueller 和 Hoffer，1985；Werle 等，1986；Rossignol 和 Ahern，1992）。Rossignol 和 Ahern（1992）利用模拟的 RADARSAT 数据发现 30 度以下 入射角森林砍伐的识别能力很差。Mueller 和 Hoffer（1995）也注意到：在 SIR-B 影像上，一个最近砍伐的林地 在 28 度入射角影像上无法识别，但在 45 度和 48 度影像上可以识别。利用 ERS-1 数据（23 度入射角）对皆伐基 地的探测结果都不太好（如，Brown 等，1992；Leckie 和 Yatabe，1994），可能的原因也许就是入射角太小。 回复 引用 TOP 3 # 发表于 2007-6-4 13:43 | 只看该作者 Re:【共享】机载极化及极化干涉 SAR 系统国家需求、国内外现状与发展趋势 Re:【共享】机载极化及极化干涉 SAR 系统国家需求、国内外现状与发展趋势 2.2.2 极化 SAR 分解及分类 极化 SAR 专家已经建