【摘要】：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,城市化進(jìn)程越來(lái)越快,越來(lái)越多的農(nóng)村人口轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘腥丝�。城市范圍的擴(kuò)張與城區(qū)內(nèi)部環(huán)境結(jié)構(gòu)的變化,極大地改變了城市周邊以及城市內(nèi)部地物類(lèi)型的分布。城市以及周邊土地利用／覆蓋類(lèi)型的快速變化,嚴(yán)重影響了城市的生態(tài)環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)甚至是人們的日常生活方式。運(yùn)用遙感影像(光學(xué)、SAR技術(shù))進(jìn)行城區(qū)變化檢測(cè)是遙感對(duì)地觀測(cè)技術(shù)的重要應(yīng)用之一。星載極化合成孔徑雷達(dá)(PolSAR)可以同時(shí)獲取四個(gè)極化通道的地物目標(biāo)散射特性,與單極化影像相比,可以更加全面地描述地物目標(biāo),從而更加準(zhǔn)確可靠地進(jìn)行地物目標(biāo)分析與識(shí)別。 星載PolSAR信號(hào)穿越大氣電離層時(shí),會(huì)受到法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)的干擾影響而產(chǎn)生相位偏轉(zhuǎn),且波長(zhǎng)越長(zhǎng),受到的影響就越大,使得極化雷達(dá)回波信號(hào)不能準(zhǔn)確描述目標(biāo)特性。另外,SAR系統(tǒng)側(cè)視斜距成像在地形起伏區(qū)域會(huì)造成疊掩、透視收縮以及陰影等幾何畸變,同時(shí)使得雷達(dá)回波信號(hào)產(chǎn)生輻射畸變,導(dǎo)致難以準(zhǔn)確反映地物目標(biāo)散射特性。同時(shí),盡管現(xiàn)有可用來(lái)描述目標(biāo)的極化特征不少,但大多數(shù)特征之間存在著較高的相關(guān)性,形成了一定程度的信息冗余,這也對(duì)變化檢測(cè)算法提出了更高的要求。 為了更有效地利用PolSAR影像進(jìn)行變化檢測(cè),則需要解決上述問(wèn)題,找尋合適的電離層與地形輻射校正算法,完善散射特征矩陣,提取有效表達(dá)不同地物目標(biāo)特性的極化特征,并采用合適的檢測(cè)算法。本文從PolSAR基礎(chǔ)理論出發(fā),描述極化波傳播特征與表達(dá)以及極化分解等原理,分析電離層以及地形起伏對(duì)目標(biāo)輻射特性的影響,并探討不同極化特征提取與變化檢測(cè)的可行性與可靠性,主要從以下幾點(diǎn)進(jìn)行分析： 一、針對(duì)電離層法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)對(duì)長(zhǎng)波PolSAR信號(hào)的影響問(wèn)題,分析了電離層法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)產(chǎn)生的本質(zhì)以及法拉第旋轉(zhuǎn)角估算算法,重點(diǎn)介紹了利用全極化PolSAR影像極化基變換進(jìn)行法拉第旋轉(zhuǎn)角估算并實(shí)現(xiàn)極化通道影像法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)輻射校正的方法。該算法可以實(shí)現(xiàn)像素級(jí)的電離層法拉第旋轉(zhuǎn)輻射校正,計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)便,易于實(shí)現(xiàn)。 二、針對(duì)PolSAR側(cè)視成像幾何畸變引起的地形起伏區(qū)域輻射畸變校正問(wèn)題,分析了其幾何畸變產(chǎn)生的原理,介紹了PolSAR數(shù)據(jù)輻射校正常規(guī)算法與地形起伏區(qū)域適用算法,重點(diǎn)闡述了基于面元積分的地形輻射校正算法。這種算法從PolSAR信號(hào)與地物目標(biāo)作用角度,考慮每個(gè)影像像元對(duì)應(yīng)的實(shí)際信號(hào)局部后向散射截面積,最終實(shí)現(xiàn)信號(hào)的輻射校正,計(jì)算過(guò)程較之傳統(tǒng)的基于局部入射角度算法要復(fù)雜,但是效果更優(yōu)。 三、針對(duì)極化特征少以及特征之問(wèn)的相關(guān)性問(wèn)題,在分析城區(qū)典型地物目標(biāo)散射特性的基礎(chǔ)上,計(jì)算多種相干、非相干以及極化分解特征并按照一定的規(guī)則進(jìn)行分組,通過(guò)選定的評(píng)價(jià)因子,計(jì)算其相關(guān)性以及目標(biāo)識(shí)別能力,最終選出最優(yōu)的特征組合作為變化檢測(cè)的輸入影像。 四、針對(duì)變化檢測(cè)具體實(shí)施問(wèn)題,本文選擇基于典型相關(guān)分析的雙閾值分割以及隨機(jī)森林分類(lèi)算法作為提取兩時(shí)相影像變化特征信息的方法,實(shí)現(xiàn)了基于兩時(shí)相ALOS PALSAR全極化影像的山東省泰安市城區(qū)變化檢測(cè),同時(shí)收集了與PALSAR影像獲取時(shí)間相近的Landsat TM影像作為輔助數(shù)據(jù),對(duì)變化檢測(cè)樣本選擇進(jìn)行指導(dǎo)并作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果精度評(píng)價(jià)的參照。 論文在解決以上理論與技術(shù)方法問(wèn)題的基礎(chǔ)上,采用多景L-波段的ALOS PALSAR數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了電離層法拉第旋轉(zhuǎn)輻射校正并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)對(duì)于中緯度地區(qū)而言,一般情況下法拉第旋轉(zhuǎn)角較小,其對(duì)于地物覆蓋分類(lèi)的影響通�？梢院雎圆挥�(jì)；利用泰安市一景ALOS PALSAR影像實(shí)現(xiàn)了地形起伏區(qū)域影像輻射校正,并對(duì)校正結(jié)果進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)基于面元積分的地形輻射校正結(jié)果優(yōu)于傳統(tǒng)的基于局部入射角的輻射校正結(jié)果；利用泰安市兩景ALOS PALSAR影像實(shí)現(xiàn)了組合不同算法、不同輸入特征的變化檢測(cè)實(shí)驗(yàn),結(jié)果分析可知,所選的最優(yōu)極化特征組合可以比較準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)變化信息的提取,光學(xué)與極化特征影像數(shù)據(jù)的聯(lián)合估算效果更優(yōu),地形校正對(duì)改善變化檢測(cè)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生一定的積極影響。
【圖文】：

號(hào)的接收點(diǎn)位置無(wú)關(guān)。但是，為了更好的描述雷達(dá)波的極化狀態(tài)，，需要選擇合適的空間坐標(biāo)系。在笛卡爾坐標(biāo)系下（圖2-1)，電磁波沿+Z軸傳播，其電場(chǎng)矢量在x-o-y平面內(nèi)，可以分解為X方向與y方向兩個(gè)分量瓦問(wèn)與瓦0) (2-6)：圖2-1電磁波傳播示意圖E(z、= ￡xfz)er +￡v(z)eu￡.(z) = =五■.NB 十。"S, (2-6)瓦(2) = :^,= E,?12

電場(chǎng)矢量沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，則為右旋極化，若是沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，則為左旋極化(圖2-2)。當(dāng)電磁波的兩個(gè)正交分量的振幅和相位差是常數(shù)時(shí)，稱之為完全極化波，但是如果兩個(gè)正交分量頻率相同，但是完全不相關(guān)時(shí)，則為完全非極化波，介于兩者之間的則稱之為部分極化波。圖2-2極化橢圓對(duì)于任意極化狀態(tài)，可以用極化橢圓的幾何參數(shù)來(lái)進(jìn)行描述：幅度A,極化方位角盧和橢圓率角r，圖2-3。13
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：P237

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本文編號(hào)：2555450