基于香农熵的极化相干矩阵信息量评价及应用

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1、密级:硕士学位论文基于香农熵的极化相干矩阵信息量评价及应用作者姓名：李姣姣指导教师：陈锟山研究员中国科学院遥感与数字地球研究所学位类别：理学硕士学科专业：地图学与地理信息系统培养单位：中国科学院遥感与数字地球研究所2018年6月InformationEvaluationofPolarimetricSARCoherenceMatrixusingShannonEntropyanditsApplicationADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesIn

2、partialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofNaturalScienceinCartographyandgeographyinformationsystemByLiJiaojiaoThesisSupervisor:ProfessorKUNSHANCHENInstituteofRemoteSensingandDigitalEarthChineseAcademyofSciencesJune2018中国科学院大学研究生学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论

3、文是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明或致谢。作者签名：日期：中国科学院大学学位论文授权使用声明本人完全了解并同意遵守中国科学院有关保存和使用学位论文的规定，即中国科学院有权保留送交学位论文的副本，允许该论文被查阅，可以公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存、汇编本学位论文。涉密的学位论文在解密后适用本声明。作者签名：导

4、师签名：日期：日期摘要摘要全极化合成孔径雷达（POLSAR）是对地遥感观测的先进手段，能够增强对目标物的几何物理结构及介电特性等的探测能力。极化分解是应用全极化合成孔径雷达数据提取目标散射特征的重要手段。对于非相干分解所使用的极化相干矩阵包含的信息量尚未定量估计，且计算平均相干矩阵时选用的滑动窗口大小依赖经验性选择。由于遥感的本质是利用有限的探测资料，获取更多的目标信息，而信息论中的香农熵正可定量度量信息量。因此我们尝试将香农熵引入到全极化合成孔径雷达数据的信息量评价中，建立起对于相干矩阵信息量评价的方法，定量评估极化相干矩

5、阵的信息量，并评估合理的滑动視窗大小。具体实现方法是，在提取极化散射矩阵的基础上，利用不同大小的滑动窗口计算平均相干矩阵，而后进行特征值分解获取其特征值，并以此为变量计算其香农熵，估计信息量，并将估计结果用于合理确定相干矩阵滑动窗口大小。为了说明此方法的有效性，利用不同平台、不同波段的全极化合成孔径雷达数据包括Radarsat-2、高分3号以及AIRSAR选取不同地物类型进行实验分析，评价相干矩阵所包含的信息量，选择合理的視窗大小。实验结果表明，不同地物类型的极化相干矩阵包含的信息量差异较大。其中建筑物平均相干矩阵的信息量较

6、低，且随窗口增加信息量呈现近线性增加，而海洋、植被的极化相干矩阵信息量偏高，且随窗口增加信息量先快速增加后趋于稳定。针对不同遥感数据、平台、波段、时段，同种地物的平均相干矩阵的信息量随窗口大小的变化规律相近。本研究表明基于香农熵的相干矩阵信息量评价的方法，可以简单有效地定量评估相干矩阵包含的信息量，同时也可为计算极化相干矩阵滑动窗口的选择提供重要理论依据和指标参考，有助于后续目标分解工作的开展和更好地理解散射机制，从而可为深入挖掘极化SAR数据应用潜力提供重要参考。关键词：全极化合成孔径雷达，相干矩阵，香农熵，信息量I基于香

7、农熵的极化相干矩阵信息量评价及应用ABSTRACTFullypolarimetricsyntheticapertureradar(POLSAR),asanadvancedtechniqueforearthremotesensing,pertinentlyenhancestheprobingoftarget’sgeometrystructuresanddielectricproperties.Inparticular,incoherenttargetdecompositionispowerfultoextractthescat

8、teringcharacteristicsofthetargetfromfullypolarimetricSARimage.However,thereisnorigorouspractice,intheoreticalsense,tomeasuretheinformationcontent