空间微波遥感信息技术的研究进展.pdf

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1、空问微波遥感信息技术的研究进展金亚秋复旦大学波散射与遥感信息国家教育部重点实验室，上海200433Email：yqjin@fudan．ac．cn摘要：本文阐述我们在空间微波遥感信息获取与处理的理论、方法与应用的研究方向与研究成果。包括：空间微波遥感信息的极化散射与辐射传输的基础理论、自然地表遥感建模与数值模拟；多源、多极化、多时相星载遥感数据验证的理论与方法：对地观测中自然地表特征参数的反演与重构、逆散射与遥感逆问题理论；城市地区多源多时相遥感信息获取与GIS专家处理系统；遥感图像处理的计算机人工智能技术；海洋海岸与河口的

2、多源空间遥感；对地监测中大气与地海背景中目标识别分类的建模、数值模拟仿真；以及这些研究进展对我国风云系列气象卫星、海洋卫星、探月等空间遥感计划数据应用的研究评述。关键词：微波遥感散射辐射信息获取与处理一、刖舌电磁场与波是信息科学技术的物理基础。正是电磁场与波作为信息传输、信息获取和信息诠释的根本手段，才形成了空对地观测与地球空间遥感、现代通信、广播电视、雷达探测、遥控制导与电子对抗、目标成像与探测识别、全球定位系统GPS和地理信息系统GIS等信息高技术，也形成了地球观测与环境遥感的信息科学基础理论。空间遥感是在空间平台上用

3、电磁波与地球大气、地表、海洋环境相互作用的散射和辐射来进行观测。它从可见光摄影开始，经过红外热辐射探测，到20世纪70年代已发展到微波、毫米波遥感。由于微波的全天候特点，能穿过云层，还可探测地下结构，随着空间分辨率的不断提高，高分辨率合成孔径雷达(SAR)与多通道辐射计成像(如：特别微波成像辐射计SSMa)技术的发展，以及多源、多极化、多通道、多视角、多用途、主动与被动、多系列、连续多年的空间遥感计划的进行，微波遥感已成为空间遥感发展最前沿的技术。通过电磁波(微波、毫米波、红外与光波等)在地球环境中散射、辐射传输与传播，从

4、多源海量数据获取到科学的定量信息转化要有更高层次的研究，包括复杂环境的理论建模、数值模拟与大规模计算、数据传输收集、数据验证、数据挖掘、多维数据同化、多源信息融合、反演算法与结构重构、图像自动智能化处理，数字化信息系统，以及个学科特定的应用问题。从信息定性诠释到信息定量评估，从多源观测融合到形成科学知识和全方位应用，这是现代电磁波信息科学与空间地球系统科学等多学科交叉的前沿科学技术。空间遥感对于复杂环境时空不同尺度定量信息获取、信息处理与多学科应用发挥着重大的作用。在国家重点基础研究项目2001CB309400支持下，本文

5、概述我们近年来在空间微波遥感信息获取与处理的理论、方法与应用的研究方向与研究成果。遥感信息机理与数值模拟讨论了三维非均匀散射层矢量辐射传输方程(VRT)的高阶散射与辐射求解。通常的VRT建模是平行分层随机介质的一维(1D)VRT、或2D或3D标量均匀散射介质的RT。三维非均匀散射介质VRT能计算空间非均匀分布随机散射元的高阶散射与辐射。讨论了非均匀分层密集球粒子(积雪)或非一15一均匀非球形粒子(植被)VRT矢量辐射传输高阶散射与辐射模拟。讨论了VRT方程和RT方程的逆问题解析理论。与统计方法不同，逆问题的解析理论能揭示和

6、建立问题内在的物理关系。在全极化散射与SAR成像机理方面，提出了非均匀植被的极化脉冲回波VRT与时间相关的Mueller矩阵解，数值计算了脉冲入射下非均匀植被同极化和交叉极化的双站散射，并用于下垫地表的参数反演，以及非均匀植被下异常散射体的识别。提出了用脉冲波测定树林有效高度的概念性方法。到地形数字高程(DEM)的反演。图3机载全极化SAR对地表的分类讨论了多时相SAR图像双阈值算法自动识别城市多年发展的变化。图13D-非均匀植被遥感示意图图4机载全极化sAR地表植被目标取向识别SAR全极化散射测量与成像是自20世纪九十年

7、代以来最重要的空间遥感技术之一。讨论了SAR全极化散射的随机介质建模、相干矩阵及其特征值分析，相干矩阵特征值及其信息熵与同极化、交叉极化指数测量值的直接关系等；建立了全极化SAR地表分类的新方法。图2用脉冲波获取非均匀植被层的有效高度讨论了单次飞行全极化SAR图像反演地面数字高程(DEM)，论证了lf，迁移是三个散射Stokes参数的函数。提出用倾斜地表水平方位排列产生的图像纹理作形态学细化算法来确定水平方位角，可用一次飞行的SAR图像数据得一16一图5由一次SAR飞行反演的DEM此外，还讨论了SAR多视图像中Stokes

8、参的统计特性与地表分类，散射与逆散射的基本理论和方法等。三、数据验证与参数反演空间遥感改变了人类认识自身地球环境的方式，实时连续地提供了海量般的全球数据与图像。如何由这些数据图像资源提取定量的科学信息、进行数据的标定与验证(CalibrationandValidation)，特征性参数反演与重构，对于遥