一种基于距离向入射角的月表雷达圆极化比影像校正模型
发布时间：2019-09-22 12:57
【摘要】：搭载在月球侦察轨道器(Lunar Reconnaissance Orbiter,LRO)上的微型无线电频率(Miniature Radio Frequency,Mini-RF)合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)观测系统主要通过以固定入射角观测所得的圆极化比(Circular Polarization Ratio,CPR)来研究月球表面的物理性质.然而值得注意的是,在许多Mini-RF CPR影像中都可以发现沿距离向存在着明显的梯度.对于一个具有15 km刈宽的典型Mini-RF CPR影像,CPR沿距离向的系统性增长会达到0.2 0.3,这可能会对雷达影像的地质解译带来误导.更进一步的研究表明,这种系统性的CPR梯度有可能是由原本被认为固定的、但实际上沿距离向变化的局部入射角引起的.为了消除这种由入射角引起的CPR梯度,本文首先提出了三种模型用以拟合CPR与入射角的变化关系,接着再用一种基于沿距离向入射角的校正模型进行影像校正.以月球北极地区Baillaud撞击坑坑底的CPR影像为例,校正结果表明本文所提出的方法在保证原有CPR影像统计特征不变的情况下有效减少了系统性的梯度.这一方法可以为较大区域CPR影像的无缝镶嵌以及更为准确地解译月表的地球物理性质提供帮助.
【图文】：
角对CPR的影响,本文选取了月球北极地区Baillaud撞击坑(74.62°N,37.23°E;直径89km)坑底的CPR影像用于进一步分析.图2(a)给出了来自于月球侦察轨道器上广角相机(LunarReconnaissanceOrbiterCameraWideAngleCamera,LROC/WAC)的光学影像[14],图2(b)给出了来自于月球侦察轨道器上月球轨道激光高度计(LunarOrbiterLaserAltimeter,LOLA)[15]的数字高程模型,其中两个白色矩形框内为含有Mini-RF数据的研究区域.在北部地区,一些月貌单元如Baillaud撞击坑的边缘、EuctemenC撞击坑和另外两个未被命名的撞击坑较为显著.图3(a)和(b)分别给出了图2中右边白色矩形框区域的表面坡度与雷达入射波的局部入射角.表面坡度的计算结果表明坑底地区(图3(a)中黑色箭头以南区域)较为平坦,其中71.5%区域的坡度小于5.7°.由图3(b)可以看出,在大尺度上局部入射角总体沿距离向逐渐增大,小尺度上的波动主要是由撞击坑造成.其中,背向雷达的坑壁处局部入射角大,朝向雷达的坑壁处局部入射角小.作为示例,图4给出了图3(b)中红色箭头所对应一行的局部入射角.图5(a)为该研究区域的Mini-RFCPR影像.两幅影像均是在升轨期间由右视所得,因此地距由西向东增加.图3(b),图5(a)和图5(c)中下侧的红色图2(a)Baillaud(37.23°E,74.62°N;直径89km)撞击坑北部的光学影像(来自LROC/WAC,分辨率为100m/pixel).(b)研究区域的数字高程模型(来自于LOLA,分辨率为29.6m/pixel)Figure2(a)AnopticalimageshowingthenorthernpartofcraterBaillaud(37.23°E,74.62°N;89kmdiameter)fromLROC/WACwithaspatialresolutionof100m/pixel.(b)DEMofthestudyareafromLOLAdatasetswithaspatialresolutionof29.6m/pixel.图3(a)研究区域的表面坡度计算结果,黑色箭头以南即为文中所指的坑底区域.
都骏等:一种基于距离向入射角的月表雷达圆极化比影像校正模型1416图5(a)Baillaud撞击坑坑底北部地区的Mini-RFCPR影像,空间分辨率为7.4m/pixel.左图的影像编号为lsz_04854_2cd_oku_77n038_v1,名义入射角为51.0°,方位角为98.8°.右图的影像编号为lsz_04852_2cd_oku_77n040_v1,名义入射角为51.1°,方位角为98.9°.(b)图5(a)右图中黑色箭头标记区域校正前的CPR均值与距离向入射角的关系.圆圈为按列平均的500行CPR的均值,实线为模型一的CPR拟合曲线.(c)校正后的CPR影像.(d)图5(b)中相同区域的校正后CPR(圆圈)与距离向入射角的关系,实线表示校正后CPR的均值(0.4895)Figure5(a)Mini-RFCPRimagesforthenortherncraterfloorofBaillaud,wherethespatialresolutionis7.4m/pixel.TheswathIDsarelsz_04854_2cd_oku_77n038_v1(nominalincidenceangle51.0°andazimuthalangle98.8°)fortheleftimageandlsz_04852_2cd_oku_77n040_v1(normalincidenceangle51.1°andazimuthalangle98.9°)fortherightimage.(b)ObservedCPRasafunctionofincidenceanglefortheregionmarkedwiththeblackarrowsintherightimageofFigure5(a),wherecirclesarethecolumnaveragedCPRsfrom500linesofobservations,andthesolidlineisthefittingcurveusingmodel1.(c)RectifiedCPRimagesusingmodel1.(d)RectifiedCPR(circles)vs.incidenceangleforthesameregionas(b),wherethesolidline(0.4895)isthemeanvalueoftherectifiedCPRs.平均(每列的入射角相同).接着,根据CPR随入射角变化的规律,提出三种拟合函数模型.为了便于在后续的研究中快速有效地处理海量Mini-RFCPR影像数据,模型1和模型2分别是以r和cosr为自变量的较为简单的二次函数,而模型3是在地球遥感中常见的雷达回波强度随入射角余弦值?
【作者单位】： 北京大学遥感与地理信息系统研究所;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(批准号:11203002)
【分类号】：TN958;P184.5
，
本文编号：2539996
【图文】：
角对CPR的影响,本文选取了月球北极地区Baillaud撞击坑(74.62°N,37.23°E;直径89km)坑底的CPR影像用于进一步分析.图2(a)给出了来自于月球侦察轨道器上广角相机(LunarReconnaissanceOrbiterCameraWideAngleCamera,LROC/WAC)的光学影像[14],图2(b)给出了来自于月球侦察轨道器上月球轨道激光高度计(LunarOrbiterLaserAltimeter,LOLA)[15]的数字高程模型,其中两个白色矩形框内为含有Mini-RF数据的研究区域.在北部地区,一些月貌单元如Baillaud撞击坑的边缘、EuctemenC撞击坑和另外两个未被命名的撞击坑较为显著.图3(a)和(b)分别给出了图2中右边白色矩形框区域的表面坡度与雷达入射波的局部入射角.表面坡度的计算结果表明坑底地区(图3(a)中黑色箭头以南区域)较为平坦,其中71.5%区域的坡度小于5.7°.由图3(b)可以看出,在大尺度上局部入射角总体沿距离向逐渐增大,小尺度上的波动主要是由撞击坑造成.其中,背向雷达的坑壁处局部入射角大,朝向雷达的坑壁处局部入射角小.作为示例,图4给出了图3(b)中红色箭头所对应一行的局部入射角.图5(a)为该研究区域的Mini-RFCPR影像.两幅影像均是在升轨期间由右视所得,因此地距由西向东增加.图3(b),图5(a)和图5(c)中下侧的红色图2(a)Baillaud(37.23°E,74.62°N;直径89km)撞击坑北部的光学影像(来自LROC/WAC,分辨率为100m/pixel).(b)研究区域的数字高程模型(来自于LOLA,分辨率为29.6m/pixel)Figure2(a)AnopticalimageshowingthenorthernpartofcraterBaillaud(37.23°E,74.62°N;89kmdiameter)fromLROC/WACwithaspatialresolutionof100m/pixel.(b)DEMofthestudyareafromLOLAdatasetswithaspatialresolutionof29.6m/pixel.图3(a)研究区域的表面坡度计算结果,黑色箭头以南即为文中所指的坑底区域.
都骏等:一种基于距离向入射角的月表雷达圆极化比影像校正模型1416图5(a)Baillaud撞击坑坑底北部地区的Mini-RFCPR影像,空间分辨率为7.4m/pixel.左图的影像编号为lsz_04854_2cd_oku_77n038_v1,名义入射角为51.0°,方位角为98.8°.右图的影像编号为lsz_04852_2cd_oku_77n040_v1,名义入射角为51.1°,方位角为98.9°.(b)图5(a)右图中黑色箭头标记区域校正前的CPR均值与距离向入射角的关系.圆圈为按列平均的500行CPR的均值,实线为模型一的CPR拟合曲线.(c)校正后的CPR影像.(d)图5(b)中相同区域的校正后CPR(圆圈)与距离向入射角的关系,实线表示校正后CPR的均值(0.4895)Figure5(a)Mini-RFCPRimagesforthenortherncraterfloorofBaillaud,wherethespatialresolutionis7.4m/pixel.TheswathIDsarelsz_04854_2cd_oku_77n038_v1(nominalincidenceangle51.0°andazimuthalangle98.8°)fortheleftimageandlsz_04852_2cd_oku_77n040_v1(normalincidenceangle51.1°andazimuthalangle98.9°)fortherightimage.(b)ObservedCPRasafunctionofincidenceanglefortheregionmarkedwiththeblackarrowsintherightimageofFigure5(a),wherecirclesarethecolumnaveragedCPRsfrom500linesofobservations,andthesolidlineisthefittingcurveusingmodel1.(c)RectifiedCPRimagesusingmodel1.(d)RectifiedCPR(circles)vs.incidenceangleforthesameregionas(b),wherethesolidline(0.4895)isthemeanvalueoftherectifiedCPRs.平均(每列的入射角相同).接着,根据CPR随入射角变化的规律,提出三种拟合函数模型.为了便于在后续的研究中快速有效地处理海量Mini-RFCPR影像数据,模型1和模型2分别是以r和cosr为自变量的较为简单的二次函数,而模型3是在地球遥感中常见的雷达回波强度随入射角余弦值?
【作者单位】： 北京大学遥感与地理信息系统研究所;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(批准号:11203002)
【分类号】：TN958;P184.5
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本文编号：2539996
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