全 文 ：林业科学研究摇 圆园员源袁圆苑渊远冤院愿员缘 愿圆员
云燥则藻泽贼 砸藻泽藻葬则糟澡
摇 摇 文章编号院员园园员鄄员源怨愿渊圆园员源冤园远鄄园愿员缘鄄园苑
多基线干涉层析 杂粤砸提取森林树高方法研究鄢
李文梅员袁圆袁 陈尔学员鄢鄢袁 李增元员
渊员援 中国林业科学研究院资源信息研究所袁 北京摇 员园园园怨员曰 圆援 南京邮电大学地理与生物信息学院袁江苏 南京摇 圆员园园源远冤
收稿日期院 圆园员猿鄄园远鄄圆园
基金项目院 愿远猿 计划重点项目课题渊圆园员员粤粤员圆园源园圆冤袁国家 怨苑猿 计划项目课题渊圆园员猿悦月苑猿猿源园源冤
作者简介院 李文梅渊员怨愿源要冤袁女袁山东聊城人袁博士袁主要从事微波遥感提取森林垂直结构信息袁林业遥感等方面的研究遥 耘皂葬蚤造院造蚤憎皂岳
灶躁怎责贼郾 藻凿怎郾 糟灶
鄢 感谢 耘杂粤 辕 阅蕴砸为野中欧合作龙计划 孕燥造鄄陨灶杂粤砸项目冶提供 砸葬皂蚤灶泽贼燥则责研究区 孕燥造鄄陨灶杂粤砸数据及地面实测树高和 粤郧月数据遥
鄢鄢 通讯作者院 研究员袁主要从事合成孔径雷达技术与应用研究遥 耘鄄皂葬蚤造院 糟澡藻灶藻则曾岳 糟葬枣郾 葬糟郾 糟灶
摘要院应用瑞典 砸葬皂蚤灶泽贼燥则责研究区 月蚤燥杂粤砸 圆园园苑 孕 原波段多基线 陨灶杂粤砸数据袁研究了基于多基线干涉 杂粤砸数据的层
析方法袁成功提取了可代表森林垂直结构信息的雷达后向散射功率垂直分布信息袁并基于该信息提取了树高遥 应用
地面实测样地对树高提取精度进行了检验袁结果表明院匀匀极化树高提取精度最高渊砸圆 为 园郾 远缘袁砸酝杂耘为 圆郾 猿缘 皂袁相
关系数为 园郾 愿园冤袁匀灾其次袁灾灾最差遥
关键词院多基线干涉层析 杂粤砸袁森林垂直结构袁树高袁悦葬责燥灶频谱分析
中图分类号院杂苑苑员援 愿摇 摇 摇 文献标识码院粤
粤责责则燥葬糟澡 枣燥则 云燥则藻泽贼 匀藻蚤早澡贼 耘曾贼则葬糟贼蚤燥灶 哉泽蚤灶早 酝怎造贼蚤鄄遭葬泽藻造蚤灶藻
陨灶贼藻则枣藻则燥皂藻贼则蚤糟 栽燥皂燥早则葬责澡蚤糟 杂粤砸
蕴陨 宰藻灶鄄皂藻蚤员袁圆袁 悦匀耘晕 耘则鄄曾怎藻员袁 蕴陨 在藻灶早鄄赠怎葬灶员
渊员援 砸藻泽藻葬则糟澡 陨灶泽贼蚤贼怎贼藻 燥枣 云燥则藻泽贼 砸藻泽燥怎则糟藻 陨灶枣燥则皂葬贼蚤燥灶 栽藻糟澡灶蚤择怎藻泽袁 悦澡蚤灶藻泽藻 粤糟葬凿藻皂赠 燥枣 云燥则藻泽贼则赠袁 月藻蚤躁蚤灶早摇 员园园园怨员袁悦澡蚤灶葬曰
圆援 杂糟澡燥燥造 燥枣 郧藻燥早则葬责澡赠 葬灶凿 月蚤燥造燥早蚤糟葬造 陨灶枣燥则皂葬贼蚤燥灶袁 晕葬灶躁蚤灶早 哉灶蚤增藻则泽蚤贼赠 燥枣 孕燥泽贼泽 葬灶凿 栽藻造藻糟燥皂皂怎灶蚤糟葬贼蚤燥灶泽袁 晕葬灶躁蚤灶早摇 圆员园园源远袁 允蚤葬灶早泽怎袁 悦澡蚤灶葬冤
粤遭泽贼则葬糟贼院粤责责造赠蚤灶早 孕鄄遭葬灶凿 皂怎造贼蚤遭葬泽藻造蚤灶藻 陨灶杂粤砸 凿葬贼葬 枣则燥皂 月蚤燥杂粤砸 圆园园苑 糟葬皂责葬蚤早灶 蚤灶 砸葬皂蚤灶泽贼燥则责 贼藻泽贼 泽蚤贼藻 蚤灶 杂憎藻凿藻灶
遭赠 酝怎造贼蚤鄄遭葬泽藻造蚤灶藻 陨灶贼藻则枣藻则燥皂藻贼则蚤糟 栽燥皂燥早则葬责澡蚤糟 杂粤砸 渊酝月陨灶栽燥皂燥 杂粤砸冤 贼藻糟澡灶蚤择怎藻 贼燥 藻曾贼则葬糟贼 枣燥则藻泽贼 增藻则贼蚤糟葬造 泽贼则怎糟贼怎则藻
蚤灶枣燥则皂葬贼蚤燥灶 葬灶凿 藻泽贼蚤皂葬贼藻 枣燥则藻泽贼 澡藻蚤早澡贼 枣则燥皂 贼澡藻皂袁 葬灶凿 增葬造蚤凿葬贼蚤灶早 贼澡藻 枣燥则藻泽贼 澡藻蚤早澡贼 憎蚤贼澡 蚤灶 泽蚤贼怎 凿葬贼葬援 栽澡藻 则藻泽怎造贼泽
泽澡燥憎藻凿 贼澡葬贼 贼澡藻 增葬造怎藻泽 燥枣 砸圆 憎藻则藻 园郾 远缘袁 园郾 缘缘袁 园郾 猿源袁 贼澡藻 增葬造怎藻泽 燥枣 砸酝杂耘 憎藻则藻 圆郾 猿缘 皂袁 猿郾 圆苑 皂袁 缘郾 员猿 皂 葬灶凿 贼澡藻
增葬造怎藻泽 燥枣 糟燥则则藻造葬贼蚤燥灶 糟燥藻枣枣蚤糟蚤藻灶贼 渊砸冤 憎藻则藻 园郾 愿园袁 园郾 苑源袁 园郾 缘愿 葬皂燥灶早 贼澡藻 藻泽贼蚤皂葬贼藻凿 枣燥则藻泽贼 澡藻蚤早澡贼泽 怎泽蚤灶早 匀匀袁 匀灾 葬灶凿
灾灾 酝月陨灶栽燥皂 杂粤砸 葬灶凿 蕴蚤凿葬则 匀愿园袁 则藻泽责藻糟贼蚤增藻造赠援 栽澡藻 糟燥灶糟造怎泽蚤燥灶 蚤泽 贼澡葬贼 贼澡藻 孕鄄遭葬灶凿 皂怎造贼蚤鄄遭葬泽藻造蚤灶藻 陨灶杂粤砸 凿葬贼葬 糟葬灶
遭藻 怎泽藻凿 枣燥则 枣燥则藻泽贼 增藻则贼蚤糟葬造 泽贼则怎糟贼怎则藻 蚤灶枣燥则皂葬贼蚤燥灶 藻曾贼则葬糟贼蚤燥灶 葬灶凿 枣燥则藻泽贼 澡藻蚤早澡贼 藻泽贼蚤皂葬贼蚤燥灶援 粤灶凿 贼则葬凿蚤贼蚤燥灶葬造 枣燥则藻泽贼 泽糟葬贼贼藻则鄄
蚤灶早 皂燥凿藻造 葬灶凿 枣燥则藻泽贼 澡藻蚤早澡贼 藻泽贼蚤皂葬贼蚤燥灶 葬责责则燥葬糟澡 皂葬赠 灶燥贼 遭藻 泽怎蚤贼葬遭造藻 枣燥则 孕鄄遭葬灶凿援
运藻赠 憎燥则凿泽院酝月陨灶栽燥皂燥 杂粤砸曰 枣燥则藻泽贼 增藻则贼蚤糟葬造 泽贼则怎糟贼怎则藻曰 枣燥则藻泽贼 澡藻蚤早澡贼曰 悦葬责燥灶 泽责藻糟贼则怎皂
目前林业遥感主要包含 猿 种手段袁传统光学遥
感袁激光雷达和合成孔径雷达 渊 杂赠灶贼澡藻贼蚤糟 粤责藻则贼怎则藻
砸葬凿葬则袁杂粤砸冤遥 普通光学遥感作为研究最早尧技术最
成熟和数据源最丰富的技术手段袁在林业应用中发
挥着重要作用遥 它不仅可以获取森林水平分布的详
细信息袁同时袁经过良好辐射定标的光学数据可以提
取归一化植被指数渊晕阅灾陨冤 咱员 原 猿暂 尧植被冠层叶面积指
数渊 蕴粤陨冤 咱源暂 尧植被覆盖度尧吸收光合有效辐射比
等咱缘 原 远暂生物参数遥 但普通光学遥感穿透性较差袁无
法获取森林内部结构信息而易出现信号饱和现象袁
即当森林比较茂密或生物量较高时袁遥感参数丧失
其对生物量等参数的指示作用咱苑暂 遥 作为主动遥感袁
林摇 业摇 科摇 学摇 研摇 究 第 圆苑 卷
蕴蚤凿葬则可以发射高密度尧高强度的激光脉冲透过树
叶尧树枝的缝隙对植被层内部及植被覆盖下目标进
行观测袁除了获取传统生物参数外袁蕴蚤凿葬则 还可以获
取植被垂直结构信息袁但 蕴蚤凿葬则 脉冲穿透性较弱袁在
特别茂密的森林难以获取森林垂直结构信息袁同时袁
高昂的数据获取成本限制了其应用遥 杂粤砸作为另外
一种主动遥感手段袁对森林冠层具有一定的穿透能
力袁能够获得部分森林垂直结构信息遥 国内外研究
者应用有 辕无约束相干优化尧耘杂孕砸陨栽 相位中心分离尧
相干散射模型等在树高估测方面已经取得了较好的
研究结果咱愿 原 员缘暂 遥
森林垂直剖面能够反映森林的三维结构袁除了
传统的水平信息之外袁还有高度信息袁能够更好地反
映森林垂直结构与生态参数变化袁进而可以反映不
同垂直结构在碳循环和水气循环中的作用遥 这里所
说的剖面和剖面方程都是指森林的雷达相对反射率
垂直分布袁属于森林垂直结构函数的可视化表示遥
森林垂直结构函数是一个以植被垂直高度为自变
量尧对应高度复散射功率为因变量的多参数函数袁包
含了森林垂直结构信息和地表近地表信息咱员远 原 员苑暂 遥
森林垂直结构信息不仅可以反映森林的生态功能袁
而且可以反映森林生态状况袁比如林火敏感性袁生物
多样性和区域气候变化等咱员愿暂 遥 因此袁应用微波遥感
技术反演森林垂直结构有利于了解森林内部垂直方
向散射体分布状况袁散射机制垂直变化规律袁理解森
林垂直结构在碳循环袁水气循环及森林火灾敏感性
等方面的作用袁为森林资源调查提供新的手段遥
后向散射功率垂直分布信息与散射体垂直分布
密切相关袁但对于森林而言垂直方向散射体比较复
杂袁同时电磁波与散射体之间的相互作用不仅有单
次散射袁可能还存在复杂的多次散射遥 因此袁很难建
立接收信号与散射体之间一一对应的关系遥 多基线
干涉层析 杂粤砸 渊酝怎造贼蚤鄄遭葬泽藻造蚤灶藻 陨灶贼藻则枣藻则燥皂藻贼则蚤糟 贼燥皂燥鄄
早则葬责澡蚤糟 杂粤砸袁 酝月陨灶栽燥皂燥 杂粤砸冤的出现为提取森林垂
直方向结构信息提供了可能性袁该技术通过重轨多
次飞行增加垂直方向的合成孔径袁进而实现对目标
垂直方向的分辨能力袁已经成为复杂场景渊如城市袁
森林冤应用的主要技术手段之一遥 多次重轨飞行采
集的信号可能包含森林垂直方向更为详细的结构特
征袁这些垂直结构特征可能与枝下高尧树高尧蓄积量
或森林地上生物量尧物种多样性尧鸟类栖息等相关遥
但目前比较容易验证的信息主要是树高和森林地上
生物量袁因此袁为了分析利用后向散射功率垂直分布
结构信息提取树高的可行性与适用性袁作者开展了
应用 酝月陨灶栽燥皂燥 杂粤砸提取树高并采用地面实测数据
对其精度进行验证的研究遥
员摇 研究方法
员郾 员摇 研究区与数据
研究区位于瑞典 砸藻皂蚤灶早泽贼燥则责 地区 渊缘愿毅圆愿忆源园义
晕袁 员猿毅猿苑忆圆缘义 耘冤袁主要树种为挪威云杉渊孕蚤糟藻葬 葬遭蚤藻泽
渊蕴援 冤 匀援 运葬则泽贼援 冤袁 欧洲赤松渊孕蚤灶怎泽 泽赠造增藻泽贼则蚤泽 渊蕴援 冤冤
和桦树渊月藻贼怎造葬 泽责责援 冤袁地形相对比较平坦袁海拔从
员圆园 皂到 员源缘 皂之间袁树高从 员园 皂到 猿园 皂遥
员郾 员郾 员摇 杂粤砸数据摇 研究区主要的遥感数据为 孕 原
波段多基线 陨灶杂粤砸 数据遥 该数据是德国 阅蕴砸 与瑞
典国防研究局应用机载 耘鄄杂粤砸 系统于 圆园园苑 年 猿 月
到 缘 月在瑞典 砸藻皂蚤灶早泽贼燥则责 获取的袁为欧空局渊耘杂粤冤
月蚤燥杂粤砸 计划的一部分袁称为 月蚤燥杂粤砸 圆园园苑遥 孕鄄波段
数据水平基线间隔大约为 员园 皂袁水平总基线大约为
苑园 皂袁空间分辨率斜距约为 猿 皂袁方位向为 员 皂袁入射
角由近距的 圆缘毅到远距的 缘缘毅变化袁进而可以根据垂
直分辨率与入射角和空间基线之间的关系估测垂直
方向几何分辨率近距到远距从 员园 皂到 缘园 皂变化遥
月蚤燥杂粤砸 圆园园苑 获取数据集的主要目的是基于层
析 杂粤砸分析每一个极化通道从地表到冠层散射机
制的变化及垂直结构参数提取的可行性遥 由于时间
去相干影响袁孕 原波段可用于层析 杂粤砸 提取森林垂
直结构信息实验的有 员园 个航线遥 其中袁圆园园苑 年 源 月
圆 日和 缘 月 圆 日分别获取了 缘 条航线的数据袁主影像
于 缘 月 圆 日获取袁那么数据集的最长时间基线约为
猿员 天袁而最短时间基线为 圆缘 皂蚤灶遥 图 员 为 孕 原波段
图 员摇 孕 原波段数据集空间基线
数据集空间基线分布遥 粗线代表主影像航线袁向下
依次为各个辅影像航线与主影像航线之间的空间距
离渊空间基线冤袁最短空间基线为 园郾 愿 皂袁最长空间基
线约为 苑园 皂袁按照法向合成孔径的概念袁该数据集
远员愿
第 远 期 李文梅等院多基线干涉层析 杂粤砸提取森林树高方法研究
的法向合成孔径约为 苑园 皂遥 同时袁可以发现航线空
间分布并不均匀袁因此袁在实际应用中通常采用频谱
分析方法来提高层析分辨率降低高程模糊遥
员郾 员郾 圆摇 地面实测数据摇 地面实测数据分为两部分袁
一部分是 圆园园苑 年春季采集的数据袁包含 员员 个样地
内单木参数袁另一部分为 圆园园远 年秋季采集的数据袁
包含 远 个样地内的单木参数袁该数据于 圆园园苑 年 员 月
暴风雪后已经过更新遥 地面实测样地及相应数据如
表 员 所示遥 其中袁样地面积有 员园 个 愿园 皂 伊 愿园 皂袁苑
个 圆园 皂 伊缘园 皂袁测量时胸径大于 缘 糟皂起测并记录树
种类型遥
表 员摇 地面实测样地参数
样地编号 面积 辕 澡皂圆 生物量 辕 渊 贼窑澡皂 原圆 冤 平均树高 辕 皂 愿园 分位高 辕 皂 森林密度 辕 渊株窑澡皂 原圆 冤
员 园郾 远源 圆员猿郾 园猿源 源 圆圆郾 员 圆愿郾 园 源猿猿郾 苑
圆 园郾 园怨 员猿远郾 猿员圆 愿 员远郾 圆 圆员郾 苑 愿苑愿郾 园
猿 园郾 园愿 员源员郾 缘员远 员 员愿郾 愿 圆圆郾 缘 缘园员郾 员
缘 园郾 远缘 员苑怨郾 愿远愿 愿 员远郾 缘 圆猿郾 苑 愿缘圆郾 愿
远 园郾 员园 远远郾 远远远 园远 员园郾 源 员苑郾 猿 员 源缘园郾 园
苑 园郾 员员 员愿圆郾 园苑园 员 圆缘郾 猿 圆缘愿郾 愿
愿 园郾 园怨 圆源源郾 苑缘怨 缘 圆缘郾 园 圆源郾 远 源怨怨郾 愿
怨 园郾 远缘 圆员苑郾 苑猿远 猿 圆远郾 猿 员怨郾 园 缘猿源郾 员
员园 园郾 远缘 员缘园郾 苑圆源 愿 圆园郾 愿 员愿郾 远 远员苑郾 愿
员员 园郾 员园 员怨愿郾 圆愿员 源 圆缘郾 缘 圆猿郾 源 源园圆郾 愿
员圆 园郾 远缘 猿园怨郾 远愿园 员 圆苑郾 怨 猿郾 缘 缘源怨郾 猿
员猿 园郾 园怨 员缘愿郾 远苑源 愿 员猿郾 远 圆猿郾 猿 员 员愿缘郾 缘
员源 园郾 远远 怨怨郾 苑缘怨 苑圆 员猿郾 怨 员源郾 远 缘圆员郾 怨
员缘 园郾 远源 员缘郾 源 远缘愿郾 源
员远 园郾 远缘 猿员源郾 怨苑苑 愿 圆远郾 愿 员圆郾 源 远猿猿郾 愿
员苑 园郾 远缘 员远源郾 圆怨圆 缘 圆员郾 苑 圆园郾 源 缘愿员郾 源
员愿 园郾 远缘 圆圆猿郾 怨源园 圆 圆缘郾 怨 圆猿郾 猿 源愿愿郾 圆
员郾 圆摇 酝月陨灶栽燥皂燥 杂粤砸
层析 杂粤砸是传统 圆鄄阅 杂粤砸成像到 猿鄄阅 的扩展遥
对于机载 杂粤砸系统而言有圆迹飞行模式咱员怨暂和多基
线重复飞行模式咱圆园暂 遥 机载重轨 杂粤砸层析是 砸藻蚤早遭藻则
等咱圆员暂于 圆园园园 年应用多基线 蕴鄄波段数据首次提出
的遥 酝月陨灶栽燥皂燥 杂粤砸 采用多基线成像几何技术袁其
优势是所有飞行路线为直线遥 这样袁层析处理的大
部分内容可以简化为传统 圆鄄阅 处理袁使得航线设计
和数据处理的相关技术可以重新应用于层析 杂粤砸遥
图 圆渊 葬冤为 酝月陨灶栽燥皂燥 杂粤砸 数据获取的几何结构遥
主方向的合成孔径是为了实现高度方向的聚焦和产
生 猿鄄阅 杂粤砸影像袁所谓主方向是指垂直于斜距方向
和方位向的方向袁通常也叫做法向渊 糟则燥泽泽鄄则葬灶早藻 凿蚤鄄
则藻糟贼蚤燥灶冤遥 假设基线均匀分布并忽略与入射角关联
的投影袁简化后的层析成像几何结构如图 圆渊遭冤所
示袁图中法向与垂直方向一致遥
渊葬冤 层析 杂粤砸空间几何结构摇 摇 摇 渊遭冤 层析 杂粤砸简化几何结构
图 圆摇 酝月陨灶栽燥皂燥 杂粤砸数据获取几何结构
苑员愿
林摇 业摇 科摇 学摇 研摇 究 第 圆苑 卷
摇 摇 假设散射体位于高度 灶园 处袁传感器位置与散射
体之间的距离为 砸 袁接收的信号可以表示为院
泽渊 扎袁灶园冤 越 葬渊曾园袁则园袁灶园冤鄢藻曾责喳 原 躁圆噪砸渊 扎袁灶园冤札
式中袁
砸渊 扎袁灶园冤 越 则圆园 垣 渊 扎 原 灶园冤圆 抑 则园 垣 渊 扎 原 灶园冤
圆
圆则园 渊员冤
式中袁 则园 为传感器与散射体之间的最小距离袁
葬渊曾园袁则园袁灶园冤 为位置 渊曾园袁则园袁灶园冤 处散射体的复反射
率袁 鄢表示散射回波与层析 杂粤砸 系统脉冲响应之
间的卷积遥 经过解调后袁接收信号为院
泽渊 扎袁灶园冤 越 葬渊曾园袁则园袁灶园冤鄢藻曾责 原 躁噪 渊 扎 原 灶园冤圆则园{ } 渊圆冤
垂直有效波数 噪扎 为 扎 方向的函数袁如式渊猿冤所
示遥 当 灶园 跃 园 时袁 噪扎 为正频袁当 灶园 约 园 时袁 噪扎 为负
频遥 为了使所有的 噪扎 均为正袁需要将接收信号乘以
去斜函数袁进而得到去斜后的信号袁如式渊源冤所示遥
噪扎渊 扎袁灶园冤 越 鄣葬则早渊 泽则冤鄣扎 越 圆噪则园 渊灶园 原 扎冤 渊猿冤
泽凿则渊 扎袁灶园冤 越 葬渊曾园袁则园袁灶园冤鄢藻曾责 原 躁噪 渊灶园
圆 原 圆扎灶园冤则园{ }
渊源冤
此时袁垂直波数 噪扎 为
噪扎渊灶园冤 越 鄣葬则早渊 泽凿 则冤鄣扎 越
圆噪灶园则园 渊缘冤
从式渊缘冤可以看出袁垂直波数与位置 扎 无关袁仅
依赖于高度为 匀增 的体散射内部散射高度 灶园 遥 然
后袁对 扎方向的去斜信号 泽凿则渊 扎袁灶园冤 应用 云云栽袁散射体
的聚焦影像可以表示为院
杂凿皂渊 噪扎袁灶园 冤 越 葬渊 曾园袁 则园袁灶园 冤 蕴贼燥皂燥 藻曾责 原 躁噪 灶园
圆
则园{ }
泽蚤灶糟渊噪蕴贼燥皂燥渊灶园 原 灶冤灶 冤 渊远冤
层析分辨率取决于 泽蚤灶糟函数的宽度袁即
啄扎 越 姿则园圆蕴贼燥皂燥 渊苑冤
式中袁 则园为位于层析集中心主影像的斜距距离遥
蕴贼燥皂燥 为层析辐射距离等于多基线 陨灶杂粤砸构架中最大
基线长度遥 因此袁层析孔径越大袁所得几何层析分辨
率越高袁反之袁要想得到较高的层析分辨率必须在满
足乃昆斯特采样定理的条件下增加航线数量遥 这一
事实限制了几何层析分辨率的提高袁因为大量采集
数据需要高昂的实验代价遥 而且在实际飞行实验
中袁很难实现重轨数据采集轨道均匀分布袁通常轨道
分布不均匀是高程模糊的主要原因遥 因此袁为了克
服这些限制袁频谱分析技术经常被用于层析 杂粤砸
中袁以实现数据采集量适中袁基线非均匀分布时能够
获得较高的层析分辨率遥
员郾 猿摇 森林垂直结构参数提取方法
应用 酝月陨灶栽燥皂燥 杂粤砸提取森林垂直结构信息方
法如图 猿 所示遥 首先袁构建干涉协方差矩阵袁对于单
极化多基线 陨灶杂粤砸而言袁有一个主影像袁其他均为辅
影像袁将所有主辅影像进行精配准尧干涉相干计算尧
去平地相位尧滤波等处理后构建干涉协方差矩阵曰其
次袁计算导向矢量与导向矩阵袁根据成像几何关系计
算垂直波数文件袁并根据波数文件排序建立导向矢
量与导向矩阵袁构建导向矢量与导向矩阵是为频谱
分析技术的应用服务曰再次袁应用 悦葬责燥灶 频谱分析技
术对干涉协方差矩阵进行频谱估计袁提取后向散射
功率垂直分布信息袁这里的后向散射功率垂直分布
信息针对的是每一个像素曰最后袁根据后向散射功率
垂直分布信息结构特征袁根据信号门限阈值提取森
林垂直结构信息袁如树高遥
图 猿摇 酝月陨灶栽燥皂燥 杂粤砸提取森林垂直结构参数流程图
圆摇 研究结果
圆郾 员摇 后向散射功率垂直分布
酝月陨灶栽燥皂燥 杂粤砸结合频谱分析方法能够得到森
林后向散射功率垂直分布信息袁如图 源 所示遥 从图
中可以发现袁后向散射功率在垂直方向上具有一定
的变化规律袁具有明显的地表与冠层分界袁能够反映
目标垂直方向散射体分布状况袁进而达到反映目标
愿员愿
第 远 期 李文梅等院多基线干涉层析 杂粤砸提取森林树高方法研究
内部垂直结构信息的目的遥 但目前无法对后向散射
功率垂直分布信息的正确性进行验证遥 因此袁应用
后向散射功率垂直分布信息提取其他的可以直接进
行验证的参数袁如树高袁成为 酝月陨灶栽燥皂燥 杂粤砸 在森林
应用领域重要的研究方向遥
渊葬冤 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 渊遭冤
图 源摇 渊葬冤 孕 原波段 匀匀 辕 匀灾 辕 灾灾后向散射强度及剖面位置曰
渊遭冤对应渊葬冤中剖面位置处的后向散射功率垂直分布
圆郾 圆摇 树高
应用 酝月陨灶栽燥皂燥 杂粤砸估测树高的目的在于尽可
能的规避应用物理模型的先验信息袁而是在斜距方
向直接根据后向散射功率的分布形状来实现树高估
测遥 评定森林冠层高度的基本假设是后向散射功率
分布的形状可以大致分为 猿 个区域院相位中心区袁功
率损失区和噪声区遥 大部分后向散射功率集中于相
位中心区曰接着为功率损失区袁在该区后向散射功率
由于层析处理的点扩散函数和森林密度的逐渐降低
而逐渐损失曰进一步沿垂直方向向上后向散射功率
绝大部分为噪声袁进而该区对物理相关的散射体研
究基本没有贡献遥 因此袁通过确定功率损失区位置
可以近似提取树高遥 图 缘 为森林冠层高度提取的
标准遥
在实际应用中功率损失区可以根据相对后向散
射功率分布形状来确定遥 即采用最大相位中心位置
的功率减去 猿凿月袁源凿月 等来近似确定树冠位置咱圆圆暂或
采用频率谱最大最小值等来确定遥 本文根据信号门
限阈值提取树高袁即首先搜索每一个像素后向散射
功率垂直方向的最大值袁然后将最大值减去 猿凿月 得
到一个临时比较值袁最后搜索该像素最大值对应高
度之上后向散射功率垂直方向与该临时比较值相差
最小的值袁该值所对应的高度即为树高遥 图 远 为根
据此准则 孕 原波段 匀匀 辕 匀灾 辕 灾灾 极化多基线 陨灶杂粤砸
层析估测的树高分布图袁从目视角度而言袁灾灾 极化
方式估测的树高较低袁匀灾 极化估测的树高较高遥
图 缘摇 森林冠层高度提取标准渊功率损失区冤
为了更为准确的检验 猿 种极化方式多基线 陨灶杂粤砸层
析估测的树高精度袁后续将应用实测样地进行验证遥
渊葬冤匀匀极化袁渊遭冤匀灾极化袁渊糟冤灾灾极化
图 远摇 猿种 极化 孕 原波段多基线 陨灶杂粤砸层析估测森林优势木平均高
圆郾 猿摇 精度检验
采用 蕴蚤凿葬则数据的 愿园豫分位数渊匀愿园冤作为树高
怨员愿
林摇 业摇 科摇 学摇 研摇 究 第 圆苑 卷
验证数据袁对 酝月陨灶栽燥皂燥 杂粤砸估测的树高进行验证袁
验证样地依然是地面实测数据中的 员缘 块样地袁并应
用留一法计算其均方根误差渊砸酝杂耘冤遥 表 圆 为 匀匀 辕
匀灾 辕 灾灾极化 酝月陨灶栽燥皂燥 杂粤砸 估测树高与 蕴蚤凿葬则 匀愿园
树高袁以其为基础来检验树高估测精度遥 检验结果
如图 苑 所示袁匀匀极化估测树高与 蕴蚤凿葬则 匀愿园 的 砸圆 为
园郾 远缘袁砸酝杂耘为 圆郾 猿缘 皂袁相关系数为 园郾 愿园遥 匀灾 极化
估测树高与 蕴蚤凿葬则 匀愿园 的 砸圆 为 园郾 缘缘袁砸酝杂耘 为 猿郾 圆苑
皂袁相关系数为 园郾 苑源遥 灾灾 极化估测树高与 蕴蚤凿葬则
匀愿园 的 砸圆 为 园郾 猿源袁砸酝杂耘 为 缘郾 员猿 皂袁相关系数为
园郾 缘愿遥 同时袁从 员缘 个样地实测与估测树高散点分布
图还可以发现袁树高范围比较广袁从 猿郾 缘 皂到 圆愿 皂遥
表 圆摇 蕴蚤凿葬则 匀愿园 与 匀匀 辕 匀灾 辕 灾灾极化 酝月陨灶栽燥皂燥 杂粤砸估测树高 皂
样地编号 蕴蚤凿葬则 匀愿园 匀匀极化估测树高 匀灾极化估测树高 灾灾极化估测树高
员 圆愿郾 园 员愿郾 愿 员怨郾 远 员缘郾 园
圆 圆员郾 苑 员苑郾 圆 圆园郾 园 员怨郾 愿
猿 圆圆郾 缘 员愿郾 圆 员苑郾 圆 员苑郾 员
缘 圆猿郾 苑 员远郾 源 员怨郾 员 员愿郾 员
远 员苑郾 猿 员愿郾 员 员愿郾 怨 员愿郾 园
愿 圆源郾 远 圆园郾 源 员愿郾 源 员怨郾 员
怨 员怨郾 园 员苑郾 苑 员苑郾 缘 员苑郾 员
员园 员愿郾 远 员远郾 园 员远郾 源 员苑郾 苑
员员 圆猿郾 源 员源郾 园 员源郾 园 员猿郾 员
员圆 猿郾 缘 远郾 远 远郾 员 猿郾 园
员猿 圆猿郾 猿 员苑郾 源 员苑郾 愿 员苑郾 圆
员源 员源郾 远 员源郾 园 员苑郾 怨 员苑郾 圆
员远 员圆郾 源 员圆郾 苑 员远郾 园 员愿郾 园
员苑 圆园郾 源 员圆郾 苑 员源郾 怨 员圆郾 圆
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匀匀 极化酝月陨灶栽燥皂燥 杂粤砸提取的树高与 蕴蚤凿葬则 匀愿园 的
相关性最好袁砸酝杂耘最小袁而 灾灾 极化相应的与 蕴蚤凿葬则
匀愿园 的相关性最差袁砸酝杂耘 最大袁匀灾 则居于二者之
间遥 该结果可能与 孕 原波段本身的散射机制相关袁
即 灾极化方式受树干等的衰减作用较强袁而来自于
树干的后向散射回波贡献大于来自枝叶的后向散射
贡献袁进而导致 匀匀 极化所得到的后向散射功率比
匀灾极化更强袁而由其提取的树高和 匀灾极化方式相
比与 蕴蚤凿葬则 匀愿园 的相关性较高袁砸酝杂耘 较低遥 同时该
现象与传统的将 匀灾极化看作体散射机制有些不吻
合袁可能是由于 孕 原波段穿透能力较强袁猿 种极化方
式的体散射相位中心均下移袁甚至可能在一定程度
上都趋近于地表遥 根据这一结果可能的推断是
砸灾燥郧模型及 蕴 原波段经典的树高反演方法可能不
适用于 孕 原波段遥
图 苑摇 孕 原波段渊葬冤匀匀极化袁渊遭冤匀灾极化袁渊糟冤灾灾极化 酝月陨灶栽燥皂 杂粤砸估测树高与 蕴蚤凿葬则实测树高相关关系
猿摇 结论与讨论
猿郾 员摇 结论
本研究应用瑞典 砸葬皂蚤灶泽贼燥则责 研究区 月蚤燥杂粤砸
圆园园苑 孕 原波段数据研究应用 酝月陨灶栽燥皂燥 杂粤砸 技术提
取森林后向散射功率分布图袁进而提取树高信息遥
研究结果表明院孕 原波段 匀匀 极化 酝月陨灶栽燥皂燥 杂粤砸 技
术有助于提取树高袁提取精度能够在一定程度上满
园圆愿
第 远 期 李文梅等院多基线干涉层析 杂粤砸提取森林树高方法研究
足林业应用需求渊砸圆 为 园郾 远缘袁砸酝杂耘为 圆郾 猿缘 皂袁相关
系数为 园郾 愿园冤遥 应用后向散射功率谱采用经验方法
提取的树高与 蕴蚤凿葬则 匀愿园 相比袁匀匀极化最优袁匀灾 极
化其次袁灾灾极化最差遥 这一现象可能推断得到的结
论是传统的 砸灾燥郧模型及树高反演算法不适合于 孕
原波段遥
猿郾 圆摇 讨论
本研究森林垂直结构信息提取利用率较低袁仅
提取出树高袁而且针对的是单个像元尺度袁然后进行
样地范围的平均袁并没有直接对森林垂直结构进行
样地内平均遥 今后的研究工作将进一步集中于像元
尺度尧林分尺度森林垂直结构信息提取尧冠层高度提
取尧林下地形及近地表信息提取等方面的研究工作袁
进一步优化改善现有频谱分析技术袁以提高森林垂
直结构信息提取精度袁优化树高估测算法袁提取出能
够代表森林垂直结构信息的生物参数袁为森林生物
量尧蓄积量估测袁进而为森林碳储量评估尧森林固碳
能力等研究服务遥
参考文献院
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