極化散射與SAR遙感信息理論與方法

前言

　　遙感的基本原理是電磁波與自然環(huán)境散射輻射傳輸?shù)南嗷プ饔眠^程。由于微波遙感能全天候、全天時和穿透植被與淺層地表，微波遙感已成為空間遙感的前沿技術(shù)。微波遙感（特別是極化SAR技術(shù)）數(shù)據(jù)圖像及其形成機理與早先發(fā)展的可見光攝像和紅外探測有本質(zhì)的不同，這就特別引起極化微波遙感信息獲取與處理有別于傳統(tǒng)的定性表象性判讀和通用性的圖像處理技術(shù)。多通道極化輻射和極化SAR對地觀測技術(shù)的發(fā)展，提供了豐富的信息源泉，但是，能否從遙感觀測中提取定量的科學(xué)信息取決于“數(shù)據(jù)到信息、信息到知識”的科學(xué)轉(zhuǎn)化?！　≡缙诘倪b感科學(xué)是缺少數(shù)據(jù)的理論和試驗，需要數(shù)據(jù)；現(xiàn)在的遙感科學(xué)隨著空間遙感計劃的不斷進(jìn)行和大量數(shù)據(jù)圖像的獲取，“欲窮千里目”，定量信息的需求又回到了對理論方法要求“更上一層樓”：要求從極化SAR的進(jìn)展中，闡明遙感機理、發(fā)展建模與模擬、理解物理的含義，提取強度、相位、極化、空間、時間及其相關(guān)性的信息，并由此產(chǎn)生定量的科學(xué)知識和應(yīng)用實踐。

內(nèi)容概要

本書總結(jié)了作者近年來在空間遙感與對地觀測中自然地表的電磁極化散射理論與合成孔徑雷達(dá)(SAR)遙感信息的理論建模與定量信息獲取方法的研究成果。    在闡述自然地表極化電磁波散射的散射矩陣、輻射傳輸和Mueller矩陣的基本理論后，討論了極化SAR遙感數(shù)據(jù)圖像的散射特征；提出自然地表場景的散射投影映射計算和SAR圖像計算機模擬；研究隨機分布目標(biāo)散射矢量的去取向變換，提出非監(jiān)督的地表新分類方法，研究米級分辨率多方位SAR圖像自動重建立體建筑物群目標(biāo)的理論與方法；給出了雙站SAR圖像計算機模擬及其極化特征分析；討論UHF／VHF波段SAR對次地表層的探測；用多時相SAR差值圖像自動檢測地表的變化；推導(dǎo)了非均勻分層散射介質(zhì)高階Mueller矩陣解及其應(yīng)用，脈沖波的Mueller矩陣解，以及脈沖波回波反演地表多個物理參數(shù)等。在闡述各章理論與方法的同時，包括了空間遙感與對地觀測中極化散射與SAR信息的多方面應(yīng)用。    本書可作為空間遙感與對地監(jiān)測信息技術(shù)、電波傳播與信號獲取與處理、電磁學(xué)、圖像處理、應(yīng)用物理等有關(guān)領(lǐng)域的研究生、研究人員的研究與教學(xué)參考書。

作者簡介

金亞秋，1970年畢業(yè)于北京大學(xué)，1978年中國科學(xué)院蓄批公派出國研究生，1982、1983、1985年先后獲美國麻省理工學(xué)院（MIT）科學(xué)碩士、電氣工程師、博士學(xué)位。曾任職于AER、紐約城市大學(xué)、英國York大學(xué)、美國NOAA/NESDIS、香港城市大學(xué)、日本東北大學(xué)?，F(xiàn)為復(fù)旦大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院教授，波散射與遙感信息教育部重點實驗室主任。國家級有突出貢獻(xiàn)的中青年科技專家、上海市勞動模范、國家重點基礎(chǔ)研究973項目首席科學(xué)家、IEEE Fellow、Electromagnetics Academy Fellow、IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing副主編、Member of IEEE GRSS AdCom。曾獲國家自然科學(xué)獎等十多項科技獎勵。研究領(lǐng)域為自然環(huán)境中電磁波散射輻射傳輸與傳播、空間遙感與對地監(jiān)測信息理論與技術(shù)、復(fù)雜系統(tǒng)中計算電磁學(xué)等。已在國內(nèi)外發(fā)表540多篇學(xué)術(shù)論文、11部學(xué)術(shù)專著與文集。

書籍目錄

前言第一章  極化散射基礎(chǔ)　1.1  極化電磁波　1.2  非球形粒子的散射矩陣　1.3  隨機粗糙面的散射　1.4  建筑物模型與多次面散射　1.5  植被地表散射輻射傳輸?shù)诙? 極化SAR數(shù)據(jù)分析　2.1  散射指數(shù)與熵的變化　2.2  多視圖像Stokes參數(shù)統(tǒng)計　2.3  全極化sAR反演數(shù)字地面高程第三章  極化SAR成像模擬　3.1  SAR成像原理　3.2  映射投影成像模擬算法　3.3  復(fù)雜自然場景成像模擬第四章  極化信息與地表分類　4.1  極化測量與目標(biāo)分解　4.2  去取向理論　4.3  地表分類與取向分析　4.4  極化SAR圖像反演橋面高度第五章  多方位SAR觀測對目標(biāo)自動重建　5.1  目標(biāo)像的識別與提取　5.2  多方位SAR重建建筑物目標(biāo)　5.3  多方位SAR圖像的校正與配準(zhǔn)　5.4  雙方位SAR對復(fù)雜形體目標(biāo)的重構(gòu)第六章  雙站極化SAR　6.1  BiSAR成像算法　6.2  BiSAR成像模擬　6.3  BiSAR極化分析第七章  UHF／VHF星載SAR與FR旋轉(zhuǎn)　7.1  FR效應(yīng)與P波段Mueller矩陣　7.2  無FR的Mueller矩陣與±兀／2解纏　7.3  UHF／VHF波段對次地表層土壤濕度探測第八章  多時相SAR識別陸地變化　8.1  期望極大化(EM)算法估計變化分類　8.2  雙閾值的EM算法　8.3  Mar-kov隨機場對空間結(jié)構(gòu)相關(guān)的變化分類　8.4  城市變化識別實例　8.5  積雪層變化識別　8.6  地震后地表變化識別第九章  非均勻散射層高階迭代解　9.1  對角化VRT方程與薄層一階解　9.2  高階散射迭代解　9.3  數(shù)值結(jié)果　9.4  迭代反演非均勻地表參數(shù)第十章  脈沖回波模擬　10.1  分層隨機介質(zhì)的脈沖波VRT　10.2  脈沖波的Mueller矩陣　10.3  雙站和后向散射脈沖響應(yīng)　10.4  脈沖波反演第十一章  地表多參數(shù)反演　11.1  脈沖回波反演植被地表的多參數(shù)　11.2  植被層與地表面的多參數(shù)反演參考文獻(xiàn)附錄A  作者近年在極化散射與SAR信息研究發(fā)表的部分論著附錄B  隨機非球形粒子雙站散射的相矩陣附錄C  SARSIM平臺開發(fā)說明和使用手冊附錄D  散射矩陣、Mueller矩陣和相干矩陣在各定義間的轉(zhuǎn)換

章節(jié)摘錄

　　雷達(dá)通過發(fā)射電磁波和接收散射回波來獲取日標(biāo)信息。電磁波在與其傳播方向垂直的平面上的時空變化軌跡稱為極化（polarization，光學(xué)中稱為偏振）。如圖1.1，定義坐標(biāo)系（V：h：k），k為波傳播方向，v：h分別為垂直線極化和水平線極化方向一任一極化電磁波可由正交線極化v：h上的兩個分量表示為（KONG，2005）其中‰為絕對相位，一般不包含重要信息：觀察式（1.1.8）可以發(fā)現(xiàn)，通過對Jones矢最的變換可以對應(yīng)地改變極化特征，在第四章中要討論該變換對于極化信息的意義。　　從上式可見，對于相干散射而言，Mueller矩陣的16個元素中僅有7個是獨立的，存在9個等式，正好對應(yīng)于散射矩陣中的7個自由度（求二階矩后丟失了絕對相位這一自由度）。對于一般自然界的目標(biāo)，滿足同極化和交叉極化不相關(guān)（Cloude and Pottier．1996），即M的左下和右上四分之一共8個元素趨于O。剩下的8個元素中， 左上四分之一對應(yīng)為四種極化的散射系數(shù)平均值，右下四分之一瓜同極化之間和交叉極化之間的相關(guān)性。

編輯推薦

　　《極化散射與SAR遙感信息理論與方法》從電磁波與復(fù)雜自然環(huán)境相互作用的遙感信息機理出發(fā)，以復(fù)雜環(huán)境散射輻射理論建模與數(shù)值模擬作為科學(xué)理論支撐，以現(xiàn)有的星載遙感數(shù)據(jù)圖像為基礎(chǔ)，對自然地表極化電磁散射與SAR遙感信息理論與方法進(jìn)行了研究。這些研究對于地球環(huán)境遙感信息技術(shù)、全球變化與區(qū)域響應(yīng)、地球系統(tǒng)科學(xué)、遙感器行為評估與發(fā)展、電波傳播與空間通信、對地目標(biāo)檢測與識別的研究與應(yīng)用都是十分有意義的，也是空間遙感系統(tǒng)信息工程技術(shù)，特別是我國遙感技術(shù)發(fā)展中的關(guān)鍵與薄弱環(huán)節(jié)。

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