專(zhuān)利名稱(chēng)：一種sar大范圍森林場(chǎng)景遙感數(shù)據(jù)的快速模擬方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種合成孔徑雷達(dá)(SAR)大范圍森林場(chǎng)景遙感數(shù)據(jù)的快速模擬方法， 屬于合成孔徑雷達(dá)森林遙感技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
森林是地球生態(tài)物質(zhì)的主體，區(qū)域和全球森林生物量的估測(cè)對(duì)于檢測(cè)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和氣候變化具有重要意義，是生態(tài)學(xué)和全球變化研究的重要內(nèi)容之一。近年來(lái)，合成孔徑雷達(dá)遙感技術(shù)在森林信息探測(cè)方面的作用得到了廣泛的關(guān)注，已成為地上大面積范圍內(nèi)森林生物量估測(cè)的有力工具。原始數(shù)據(jù)模擬技術(shù)在SAR森林遙感應(yīng)用過(guò)程中發(fā)揮了重要的作用，一方面揭示遙感正演機(jī)理，另一方面為森林參數(shù)提取算法的研究提供豐富的遙感數(shù)據(jù)。因此，森林冠層后向散射模型和原始數(shù)據(jù)模擬方法是SAR森林遙感應(yīng)用的研究熱點(diǎn)。高分辨率和寬幅觀測(cè)是SAR遙感技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，也是其在森林探測(cè)應(yīng)用的主要趨勢(shì)。因此，針對(duì)高分辨率SAR系統(tǒng)和大范圍森林場(chǎng)景進(jìn)行高精度、高效率的原始遙感數(shù)據(jù)模擬的需求也不斷增加。在SAR森林遙感原始數(shù)據(jù)模擬過(guò)程中，整個(gè)三維森林冠層場(chǎng)景被離散化為大量的散射單元，分別計(jì)算每個(gè)散射單元對(duì)SAR回波信號(hào)的貢獻(xiàn)再相干疊加。森林場(chǎng)景越大、林分密度越大、SAR系統(tǒng)分辨率越高，散射單元數(shù)量也越大，導(dǎo)致SAR原始數(shù)據(jù)的模擬時(shí)間成指數(shù)增加。例如，在Im分辨率的SAR系統(tǒng)下模擬100hm2中等密度的森林遙感數(shù)據(jù)需將其離散化為5億個(gè)散射單元，SAR原始數(shù)據(jù)模擬的時(shí)間將超過(guò)800小時(shí)。由于計(jì)算的復(fù)雜度高、數(shù)據(jù)量大，目前已有的模擬模型和方法無(wú)法適用于高分辨率SAR系統(tǒng)下大場(chǎng)景森林遙感數(shù)據(jù)的模擬。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了實(shí)現(xiàn)高分辨率合成孔徑雷達(dá)(SAR)大范圍森林遙感數(shù)據(jù)的快速、高精度模擬，同時(shí)又能較大限度地提高了模擬效率，提出了一種SAR大范圍森林場(chǎng)景遙感數(shù)據(jù)的快速模擬方法。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的一種SAR大范圍森林場(chǎng)景遙感數(shù)據(jù)的快速模擬方法，其步驟如下1)對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行定義，包括坐標(biāo)系定義和森林場(chǎng)景定義1. 1定義三維坐標(biāo)系，其中Y軸為SAR運(yùn)動(dòng)方向，又被稱(chēng)為方位向，X軸和Z軸分別為地距向和高度向，SAR觀測(cè)場(chǎng)景的中心下視角為θ。，中心斜距為Γ(ι ；1.2定義森林場(chǎng)景，森林場(chǎng)景為長(zhǎng)方體形狀，其方位向范圍為Wy，地距向范圍為Wx， 高度向范圍為Wz，場(chǎng)景內(nèi)林木可以為任意種類(lèi)，可以是任意分布狀態(tài)；2)將整個(gè)森林場(chǎng)景沿方位向(Y軸)等分為寬度為Dy的子場(chǎng)景，最后一個(gè)寬度不足&的子場(chǎng)景取其剩余寬度；3)對(duì)于每一個(gè)子場(chǎng)景沿地距向(X軸)和高度向(Z軸)等分為寬度為Dx、高度為 Dz的“場(chǎng)景塊”，最后一個(gè)寬度不足Dx或者高度不足Dz的“場(chǎng)景塊”取其剩余寬度或者剩余高度；4)在SAR的孔徑中心時(shí)刻，將雷達(dá)對(duì)每個(gè)“場(chǎng)景塊”中心的視線方向定義為F方向， F的方向隨不同“場(chǎng)景塊”有所不同，將每個(gè)“場(chǎng)景塊”沿在XZ平面內(nèi)與F方向垂直的方向等分為寬度為A的“場(chǎng)景帶”，最后一個(gè)寬度不足A的“場(chǎng)景帶”取其剩余寬度，將每個(gè)“場(chǎng)景帶”定義為一個(gè)虛擬散射單元；5)取每個(gè)“場(chǎng)景帶”內(nèi)沿F方向的中點(diǎn)作為每個(gè)虛擬散射單元的中心位置；6)對(duì)“場(chǎng)景帶”內(nèi)所有真實(shí)散射單元的后向散射補(bǔ)償斜距誤差引入多普勒項(xiàng)后再進(jìn)行相干疊加得到每個(gè)“場(chǎng)景帶”的雷達(dá)后向散射系數(shù)，其中第η個(gè)“場(chǎng)景帶”的等效雷達(dá)后向散射系數(shù)為
權(quán)利要求
1. 一種SAR大范圍森林場(chǎng)景遙感數(shù)據(jù)的快速模擬方法，其特征在于步驟為1)對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行定義，包括坐標(biāo)系定義和森林場(chǎng)景定義1.1定義三維坐標(biāo)系，其中Y軸為SAR運(yùn)動(dòng)方向，又被稱(chēng)為方位向，X軸和Z軸分別為地距向和高度向，SAR觀測(cè)場(chǎng)景的中心下視角為θ。，中心斜距為Γ(ι ；1.2定義森林場(chǎng)景，森林場(chǎng)景為長(zhǎng)方體形狀，其方位向范圍為Wy，地距向范圍為Wx，高度向范圍為Wz;2)將整個(gè)森林場(chǎng)景沿方位向等分為寬度為Dy的子場(chǎng)景，最后一個(gè)寬度不SDy的子場(chǎng)景取其剩余寬度；3)對(duì)于每一個(gè)子場(chǎng)景沿地距向和高度向等分為寬度為Dx、高度為Dz的場(chǎng)景塊，最后一個(gè)寬度不足Dx或者高度不足Dz的場(chǎng)景塊取其剩余寬度或者剩余高度；4)在SAR的孔徑中心時(shí)刻，將雷達(dá)對(duì)每個(gè)“場(chǎng)景塊”中心的視線方向定義為F方向，將每個(gè)場(chǎng)景塊沿在XZ平面內(nèi)與F方向垂直的方向等分為寬度為&的場(chǎng)景帶，最后一個(gè)寬度不足 Dr的場(chǎng)景帶取其剩余寬度，將每個(gè)場(chǎng)景帶定義為一個(gè)虛擬散射單元；5)取每個(gè)場(chǎng)景帶內(nèi)沿F方向的中點(diǎn)作為每個(gè)虛擬散射單元的中心位置；6)對(duì)場(chǎng)景帶內(nèi)所有真實(shí)散射單元的后向散射補(bǔ)償斜距誤差引入多普勒項(xiàng)后再進(jìn)行相干疊加得到每個(gè)場(chǎng)景帶的雷達(dá)后向散射系數(shù)，其中第η個(gè)場(chǎng)景帶的等效雷達(dá)后向散射系數(shù)為 =ιV 兒 J式中，Mn為第η個(gè)場(chǎng)景帶內(nèi)真實(shí)散射單元的個(gè)數(shù)，則σ廣第η個(gè)場(chǎng)景帶的等效雷達(dá)后向散射系數(shù)，σ嚴(yán)為第η個(gè)場(chǎng)景帶內(nèi)第i個(gè)真實(shí)散射單元的雷達(dá)后向散射系數(shù)，Δ Ri0表示真實(shí)散射單元與虛擬散射單元在孔徑中心時(shí)刻的斜距差，λ為雷達(dá)信號(hào)波長(zhǎng)，ρ、q分別表示接收極化方式和發(fā)射極化方式；7)對(duì)所有的子場(chǎng)景按照步驟3)至6)進(jìn)行處理，就可以得到全部虛擬散射單元的中心位置和等效雷達(dá)后向散射系數(shù)；8)將全部虛擬散射單元的中心位置和等效雷達(dá)后向散射系數(shù)代入SAR原始信號(hào)產(chǎn)生公式，得到SAR森林遙感原始回波信號(hào)；SAR原始信號(hào)產(chǎn)生公式為 式中SM(U，t)為SAR森林遙感原始回波信號(hào)，K為全部虛擬散射單元的個(gè)數(shù)，u禾Π t分別代表雷達(dá)方位位置和電磁波傳播時(shí)間，(W, )為第k個(gè)虛擬散射單元的SAR原始信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SAR大范圍森林場(chǎng)景遙感數(shù)據(jù)的快速模擬方法，其特征在于所述步驟2) 步驟4)中子場(chǎng)景的寬度^、場(chǎng)景塊的寬度化，場(chǎng)景塊的高度化、場(chǎng)景帶寬度A滿(mǎn)足
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種SAR大范圍森林場(chǎng)景遙感數(shù)據(jù)的快速模擬方法，其特征在于所述子場(chǎng)景的寬度Dy、場(chǎng)景塊的寬度Dx，場(chǎng)景塊的高度Dz、場(chǎng)景帶寬度&的取值過(guò)程為先選取滿(mǎn)足不等式
全文摘要
本發(fā)明涉及一種SAR大范圍森林場(chǎng)景遙感數(shù)據(jù)的快速模擬方法，屬于合成孔徑雷達(dá)森林遙感技術(shù)領(lǐng)域。步驟包括參數(shù)定義、場(chǎng)景劃分、獲取虛擬散射單元的中心位置和等效雷達(dá)后向散射系數(shù)和最終計(jì)算得出SAR森林遙感模擬數(shù)據(jù)。本發(fā)明通過(guò)等效散射處理的方法將森林場(chǎng)景多個(gè)真實(shí)散射單元的SAR回波信號(hào)響應(yīng)用一個(gè)虛擬散射單元的SAR回波信號(hào)響應(yīng)進(jìn)行等效，降低了森林場(chǎng)景離散化散射單元的數(shù)量，達(dá)到了提高SAR原始回波數(shù)據(jù)模擬效率的目的，實(shí)現(xiàn)了在高分辨率SAR系統(tǒng)下大范圍森林遙感原始數(shù)據(jù)快速、高精度模擬。
文檔編號(hào)G01S13/90GK102162844SQ201010588049
公開(kāi)日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2010年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月7日
發(fā)明者孫晗偉, 曾濤, 胡程 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)