[发明专利]高轨SAR垂直向非均匀植被冠层后向散射系数模拟方法

说明书

本发明是有关于一种高轨SAR垂直向非均匀植被冠层后向散射系数模拟方法，包括以下步骤：确定植被冠层组件的种类；确定各种类植被冠层组件体密度的垂直向分布函数；计算双矩阵算法中的薄层后向散射矩阵；计算植被冠层的后向散射系数。本发明将植被冠层组件体密度垂直向分布函数引入双矩阵算法进行后向散射系数模拟，为模拟植被冠层垂直向非均匀性对后向散射系数造成的影响研究提供了途径，尤其适用于高轨SAR观测。

技术领域

本发明涉及植被雷达遥感观测研究领域，特别是涉及一种高轨SAR垂直向非均匀植被冠层后向散射系数的模拟方法。

背景技术

植被冠层后向散射系数模拟技术被用于解释雷达电磁波与植被冠层的相互作用，可辅助于开发植被冠层参数反演技术，开展基于雷达遥感的植被空间观测技术研究。目前的植被冠层后向散射系数数值计算模型多假设植被冠层为垂直向均匀，缺少对于植被冠层垂直向非均匀性的刻画。但是，自然界中的植被冠层存在着广泛的垂直向非均匀性，均匀性假设限制了植被后向散射系数模型用于理论分析的能力，无法对微波电磁波与植被的相互作用机理做出准确的解释。

由此可见，上述现有的植被冠层后向散射系数模拟方法在方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进，尤其是利用高轨合成孔径雷达(SyntheticAperture Radar,SAR)进行观测时，由于其位于高度360000km的地球同步轨道，对植被垂直向不均匀性的观测提出了更高的要求。因此，如何能创设一种新的可以刻画植被冠层垂直向非均匀性的后向散射系数数值模拟方法是当前本领域的重要研发课题之一。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高轨SAR垂直向非均匀植被冠层后向散射系数模拟方法，使其为使用高轨SAR进行植被观测时校正、去除或分析植被的垂直向不均匀性提供了途径，从而克服现有的植被冠层后向散射系数模拟方法的不足。

为解决上述技术问题，本发明一种高轨SAR垂直向非均匀植被冠层后向散射系数模拟方法，包括以下步骤：确定植被冠层组件的种类；确定各种类植被冠层组件体密度的垂直向分布函数N_j(h)；计算双矩阵算法中的薄层后向散射矩阵；基于双矩阵算法计算植被冠层的后向散射系数。其中，双矩阵算法中的薄层后向散射矩阵S与前向散射矩阵T的计算公式为：

式中：θ_i为入射角，θ_s为散射角，为入射方位角，为散射方位角，U^-1为对角矩阵，矩阵元素为散射方向的余弦，P为双站散射相矩阵，由入射电磁场与植被冠层组件的形态结构、介电特性等决定，h为植被冠层组件在冠层中的位置，Δz为每一薄层厚度，N为单位薄层体积内的植被冠层组件密度，n为植被冠层组件的种类个数，j表示第j类植被冠层组件。

所述的植被冠层组件的种类范围包括叶片、茎杆、枝条、果实或花朵等。

所述的计算植被冠层的后向散射系数包括以下步骤：计算上下两个微小薄层构成的厚度为2Δz的薄层的后向散射矩阵S′与前向散射矩阵T′；重复上述计算得到需要厚度的介质层的后向散射矩阵S⁰；计算后向散射系数σ⁰；其中，后向散射矩阵S′与前向散射矩阵T′的计算公式为：

后向散射系数的计算公式为：σ⁰＝4πS⁰