典型地表植被的电磁散射特性研究

发布时间：2021-04-15 18:49

微波遥感作为一种全天候、全天时的探测技术被广泛应用于森林、农作物等植被的动态监测中,并从中获得了大量的数据。通过对典型植被电磁散射的理论研究,可以从这些数据中获取更多的信息并加以利用。本文从随机介质的电磁散射理论出发,研究与分析典型地表植被的电磁散射特性,其主要贡献包括如下两个方面：1.研究了植被散射的蒙特卡洛(Monte-Carlo)相干散射模型。针对植被层的特点,采用离散粒子简化模型(球、椭球、圆盘及柱体等)并运用蒙特卡洛技术对不同的植被层进行建模。根据多路径的散射机制计算单个粒子的散射场及其与地表的耦合场,然后将每个粒子的散射场进行相干叠加获得植被层总散射场,其中采用非均匀介质层中的波传播常数来引入植被对电磁波的衰减作用。基于该模型,对植被散射中的后向增强效应进行了分析。2.为了获得植被的电磁散射规律,运用蒙特卡洛相干散射模型往往需要借助大量的随机样本统计平均来实现,其计算效率低下,严重影响了该模型在大场景植被地表电磁散射规律建模方面的应用。为此,基于多层随机介质的矢量辐射传输理论(the vector radiative transfer theory,VRT),本文研究了多层植被散射的一阶VRT迭代解形式,推导并建立了多层植被双站散射解析模型。该模型从Rayleigh近似条件下椭球粒子以及细长圆柱的散射振幅函数出发,在假设随机粒子满足均匀分布的基础上,推导出各项散射贡献一阶迭代解的解析形式,避免了大量随机样本的蒙特卡洛采样过程,获得了较高计算效率。另外,通过和实测数据及其他模型的对比,进一步验证了本文解析模型有效性。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN011

文章目录

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状及发展方向

1.3 本文内容及结构安排

1.4 本文主要贡献

第二章植被散射的基本概念和基本理论

2.1 单个粒子的散射特性

2.1.1 散射截面和散射振幅

2.1.2 单粒子散射振幅

2.2 矢量辐射传输理论

2.2.1 辐射强度

2.2.2 Stokes矢量

2.2.3 矢量辐射传输方程

2.2.4 相矩阵

2.2.5 消光系数矩阵

2.2.6 反射率矩阵和透射率矩阵

2.3 随机粗糙面散射理论

2.3.1 随机粗糙面面散射特性

2.3.2 随机粗糙面电磁散射近似方法

2.4 小结

第三章 Monte-Carlo技术在植被电磁散射中的应用

3.1 植被的结构特征及简化模型

3.2 植被层中的单散射体散射

3.2.1 Rayleigh-Gans近似下的椭球体散射场

3.2.2 有限长柱体的散射

3.3 植被相干散射模型

3.3.1 植被模型散射场

3.3.2 植被层中的相干波传播

3.3.3 体面散射中的后向增强效应

3.4 倾斜表面植被层的散射

3.5 Monte-Carlo模拟过程

3.6 算法验证及应用

3.6.1 算法验证及分析

3.6.2 算法在成像中的应用

3.7 小结

第四章基于矢量辐射传输理论的多植被层电磁散射

4.1 矢量辐射传输方程的迭代解

4.1.1 矢量辐射传输方程的边界条件

4.1.2 矢量辐射传输方程的求解方法

4.1.3 矢量辐射传输方程的迭代法

4.2 单层简单散射粒子的迭代解

4.2.1 球形粒子的散射

4.2.2 Rayleigh近似下椭球粒子散射

4.2.3 细长柱体的散射

4.2.4 计算结果及分析

4.3 Rayleigh近似下多层植被双站散射系数的解析解

4.3.1 两层植被的双站散射系数

4.3.2 多层植被的双站散射

4.3.3 算法验证及分析

4.3.4 矢量辐射传输理论在成像中的应用

4.4 小结

第五章总结与展望

5.1 本文工作总结

5.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

【相似文献】