专利名称：一种sar大范围森林场景遥感数据的快速模拟方法
技术领域：
本发明涉及一种合成孔径雷达(SAR)大范围森林场景遥感数据的快速模拟方法， 属于合成孔径雷达森林遥感技术领域。
背景技术：
森林是地球生态物质的主体，区域和全球森林生物量的估测对于检测生态系统碳循环和气候变化具有重要意义，是生态学和全球变化研究的重要内容之一。近年来，合成孔径雷达遥感技术在森林信息探测方面的作用得到了广泛的关注，已成为地上大面积范围内森林生物量估测的有力工具。原始数据模拟技术在SAR森林遥感应用过程中发挥了重要的作用，一方面揭示遥感正演机理，另一方面为森林参数提取算法的研究提供丰富的遥感数据。因此，森林冠层后向散射模型和原始数据模拟方法是SAR森林遥感应用的研究热点。高分辨率和宽幅观测是SAR遥感技术的发展趋势，也是其在森林探测应用的主要趋势。因此，针对高分辨率SAR系统和大范围森林场景进行高精度、高效率的原始遥感数据模拟的需求也不断增加。在SAR森林遥感原始数据模拟过程中，整个三维森林冠层场景被离散化为大量的散射单元，分别计算每个散射单元对SAR回波信号的贡献再相干叠加。森林场景越大、林分密度越大、SAR系统分辨率越高，散射单元数量也越大，导致SAR原始数据的模拟时间成指数增加。例如，在Im分辨率的SAR系统下模拟100hm2中等密度的森林遥感数据需将其离散化为5亿个散射单元，SAR原始数据模拟的时间将超过800小时。由于计算的复杂度高、数据量大，目前已有的模拟模型和方法无法适用于高分辨率SAR系统下大场景森林遥感数据的模拟。
发明内容
本发明的目的是为了实现高分辨率合成孔径雷达(SAR)大范围森林遥感数据的快速、高精度模拟，同时又能较大限度地提高了模拟效率，提出了一种SAR大范围森林场景遥感数据的快速模拟方法。本发明的目的是通过以下技术方案实现的。本发明的一种SAR大范围森林场景遥感数据的快速模拟方法，其步骤如下1)对相关参数进行定义，包括坐标系定义和森林场景定义1. 1定义三维坐标系，其中Y轴为SAR运动方向，又被称为方位向，X轴和Z轴分别为地距向和高度向，SAR观测场景的中心下视角为θ。，中心斜距为Γ(ι ；1.2定义森林场景，森林场景为长方体形状，其方位向范围为Wy，地距向范围为Wx， 高度向范围为Wz，场景内林木可以为任意种类，可以是任意分布状态；2)将整个森林场景沿方位向(Y轴)等分为宽度为Dy的子场景，最后一个宽度不足&的子场景取其剩余宽度；3)对于每一个子场景沿地距向(X轴)和高度向(Z轴)等分为宽度为Dx、高度为 Dz的“场景块”，最后一个宽度不足Dx或者高度不足Dz的“场景块”取其剩余宽度或者剩余高度；4)在SAR的孔径中心时刻，将雷达对每个“场景块”中心的视线方向定义为F方向， F的方向随不同“场景块”有所不同，将每个“场景块”沿在XZ平面内与F方向垂直的方向等分为宽度为A的“场景带”，最后一个宽度不足A的“场景带”取其剩余宽度，将每个“场景带”定义为一个虚拟散射单元；5)取每个“场景带”内沿F方向的中点作为每个虚拟散射单元的中心位置；6)对“场景带”内所有真实散射单元的后向散射补偿斜距误差引入多普勒项后再进行相干叠加得到每个“场景带”的雷达后向散射系数，其中第η个“场景带”的等效雷达后向散射系数为
权利要求
1. 一种SAR大范围森林场景遥感数据的快速模拟方法，其特征在于步骤为1)对相关参数进行定义，包括坐标系定义和森林场景定义1.1定义三维坐标系，其中Y轴为SAR运动方向，又被称为方位向，X轴和Z轴分别为地距向和高度向，SAR观测场景的中心下视角为θ。，中心斜距为Γ(ι ；1.2定义森林场景，森林场景为长方体形状，其方位向范围为Wy，地距向范围为Wx，高度向范围为Wz;2)将整个森林场景沿方位向等分为宽度为Dy的子场景，最后一个宽度不SDy的子场景取其剩余宽度；3)对于每一个子场景沿地距向和高度向等分为宽度为Dx、高度为Dz的场景块，最后一个宽度不足Dx或者高度不足Dz的场景块取其剩余宽度或者剩余高度；4)在SAR的孔径中心时刻，将雷达对每个“场景块”中心的视线方向定义为F方向，将每个场景块沿在XZ平面内与F方向垂直的方向等分为宽度为&的场景带，最后一个宽度不足 Dr的场景带取其剩余宽度，将每个场景带定义为一个虚拟散射单元；5)取每个场景带内沿F方向的中点作为每个虚拟散射单元的中心位置；6)对场景带内所有真实散射单元的后向散射补偿斜距误差引入多普勒项后再进行相干叠加得到每个场景带的雷达后向散射系数，其中第η个场景带的等效雷达后向散射系数为 =ιV 儿 J式中，Mn为第η个场景带内真实散射单元的个数，则σ广第η个场景带的等效雷达后向散射系数，σ严为第η个场景带内第i个真实散射单元的雷达后向散射系数，Δ Ri0表示真实散射单元与虚拟散射单元在孔径中心时刻的斜距差，λ为雷达信号波长，ρ、q分别表示接收极化方式和发射极化方式；7)对所有的子场景按照步骤3)至6)进行处理，就可以得到全部虚拟散射单元的中心位置和等效雷达后向散射系数；8)将全部虚拟散射单元的中心位置和等效雷达后向散射系数代入SAR原始信号产生公式，得到SAR森林遥感原始回波信号；SAR原始信号产生公式为 式中SM(U，t)为SAR森林遥感原始回波信号，K为全部虚拟散射单元的个数，u禾Π t分别代表雷达方位位置和电磁波传播时间，(W, )为第k个虚拟散射单元的SAR原始信号。
2.根据权利要求1所述的一种SAR大范围森林场景遥感数据的快速模拟方法，其特征在于所述步骤2) 步骤4)中子场景的宽度^、场景块的宽度化，场景块的高度化、场景带宽度A满足
3.根据权利要求2所述的一种SAR大范围森林场景遥感数据的快速模拟方法，其特征在于所述子场景的宽度Dy、场景块的宽度Dx，场景块的高度Dz、场景带宽度&的取值过程为先选取满足不等式
全文摘要
本发明涉及一种SAR大范围森林场景遥感数据的快速模拟方法，属于合成孔径雷达森林遥感技术领域。步骤包括参数定义、场景划分、获取虚拟散射单元的中心位置和等效雷达后向散射系数和最终计算得出SAR森林遥感模拟数据。本发明通过等效散射处理的方法将森林场景多个真实散射单元的SAR回波信号响应用一个虚拟散射单元的SAR回波信号响应进行等效，降低了森林场景离散化散射单元的数量，达到了提高SAR原始回波数据模拟效率的目的，实现了在高分辨率SAR系统下大范围森林遥感原始数据快速、高精度模拟。
文档编号G01S13/90GK102162844SQ201010588049
公开日2011年8月24日 申请日期2010年12月7日 优先权日2010年12月7日
发明者孙晗伟, 曾涛, 胡程 申请人:北京理工大学