利用后向散射特性从高分辨率SAR影像中提取建筑物高度.pdf

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1、第37卷第7期武汉大学学报·信息科学版Vo1．37No．72012年7月GeomaticsandInformationScienceofWuhanUniversityJuly2012文章编号：1671—8860(2012)07—0806—04文献标志码：A利用后向散射特性从高分辨率SAR影像中提取建筑物高度刘康TimoBalz廖明生。(1武汉大学电子信息学院，武汉市珞喻路129号，430079)(2武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室，武汉市珞喻路129号，430079)摘要：研究了一种基于雷达后向散射特性，从单张星载高分辨率SAR影像提取建筑物高度的方法。该方法通过检测建筑物二次散射

2、强度，同时获取目标方位角、入射角等参数以及相关介质特性等信息，根据后向散射几何光学模型估算建筑物高度。实验验证了对于相当一部分典型建筑物都能够获得较为理想的高程估计值，进而证明了该方法提取建筑物高度的可行性和有效性。关键词：合成孔径雷达；后向散射特性；二次散射；高度提取中图法分类号：P237．9从合成孔径雷达(sAR)图像中提取建筑物的性建议7]。Dong等利用定量物理模型对建筑物高度信息是城区遥感的重要应用之一，也是SAR在SAR影像中3种基本的散射机制进行了分析，图像信息提取领域的研究难点。现阶段通过比较了各种散射机制对总体后向散射相对贡献的SAR影像提取建筑物高度信息的研究主要有高

3、大小，并利用AIRSAR机载数据进行了验证]。分辨率雷达干涉测量技术l】]、立体SAR摄影测量Brunner等通过对建筑物模拟SAR影像和真实技术]、SAR影像多视处理方法以及SAR影影像进行了比较和研究，通过迭代计算建筑物高像模拟方法等几个方向。以上这些高度提取的度引。方法需要至少两幅以上同一地区的影像，且处理城区典型建筑物的雷达后向散射机制按照其过程也较为复杂。传播路径的不同主要划分为一次散射、二次散射目前，仅通过单张影像要想实现建筑物高度和三次散射等3种。二次散射(double-bounce)提取仍具有相当的难度_6]。针对上述研究现状，是指先入射到墙体再经墙面反射到地面，再由地本

4、文将研究一种基于雷达后向散射特性，通过检面反射回接收机。所有的二次散射回波能量都会测建筑物二次散射强度，测量系统参数及各种先在墙体与地面形成的二面角的底部位置发生叠加验信息来提取建筑物高度的方法。和汇聚，从而产生非常强的回波信号，在SAR影像中表现为极亮的条带。很多情况下建筑物的雷建筑物后向散射模型达散射截面(RCS)主要贡献来自于各种二次散射。这一现象在建筑物密集分布的城市区域尤为国内外学者在基于SAR后向散射特性建筑普遍，也是本文研究的重点。物高度提取方面已经展开了理论模型和方法的研Franceschetti等对城区环境的电磁场模型包究。Franceschetti等建立了城市建筑物几

5、何及电括基于典型建筑物的二次散射机理进行了全面深磁特征模型，用于研究不同散射成分在总体后向入的分析，提出了采用几何光学和Kirchhoff或散射中的贡献，同时探讨了成像场景参数特别是物理光学近似求解的理论。根据文献[11]，二次几何参数对建筑物散射特性的影响，并针对不同散射的强度为：的应用目标为SAR成像参数的选取提出了指导收稿日期：2012—04—20。项目来源：国家重点基础研究发展规划资助项目(2007CB714405)；国家自然科学基金资助项目(41021061)。808武汉大学学报·信息科学版2012年7月对上述结果进行分析，通过航拍影像观察B物，升轨数据和降轨数据的入射角以及方

6、位角都及其周围场景不难发现，在B前方停留了很多有一定的变化。实验结果显示，对于大部分的实装卸货物的卡车，并且墙面上有多扇呈开启状态验对象依然能够获得接近于建筑物实际高度的估的大门，这些状况都会很大程度地减弱建筑物的计值。二次散射，很有可能成为造成B实验结果严重表2升降轨道数据实验参数及实验结果偏小的主要原因。Tab．2ParametersandResultsofAscendingand从另一个方向观察B如图2(a)所示，有3DescendingData个较强散射体A、B和C(金属水箱等)位于B。墙体的两端，由图2(b)可以发现，这些散射体在B617SAR影像中产生了较强的旁瓣。旁瓣信号会

7、对B720其相同方位向上分辨率单元的回波产生影响，并B816且旁瓣的位置和强度都是随机的，因此，会对墙体B916的二次散射有一定程度的影响。然后分别测量3幅影像如图2(b)中所示起点S到终点E这一段4结语建筑墙面的二次散射强度值，如图3所示。3幅影像的二次散射回波信号曲线非常接近，强度变本文研究和利用基于雷达后向散射特性的方化也非常相似，只是在图中圆圈标注的3个区域，法，通过雷达二次散射回波信号强度等先验信息08-15的值要比其他两