星载全极化SAR观测低频波段Faraday旋转效应分析与消除

摘要

植被下层与次地表层的微波遥感探测(例如地下水分垂直分布廓线探测)对陆地水文过程、全球气候变化、全球碳平衡等研究都具有关键影响。地面植被下层与次地表层的星载微波遥感要求低频波段(如UHF/VHF波段)的合成孔径雷达(SAR)探测,但低频波段将受到电离层Faraday旋转(FR,Faraday Rotation)效应的显著影响。
　　 本文首先根据电离层中电波传播的物理机制推导FR角度公式,接着分析FR效应对全极化散射矩阵的影响,推导全极化Mueller矩阵FR前后的关系式,后以美国Colorado州Tabernash城镇附近区域SAR图像为例,采用去取向地表分类方法证明FR后的低频波段全极化测量不可以直接用于地表分类。接着,由FR后的全极化Mueller矩阵推导FR前的全极化信息,同时证明了由FR后的全极化测量推导无FR的全极化数据时存在的±p/2模糊误差并不影响地表分类参数u,v,H,α的计算,因此可以从全极化测量经无FR效应转换后形成的u,v,H,α进行地表分类:进一步地,根据FR角度随地理位置的变化不会突变,提出一种可消除±p/2模糊误差的方法,而完成FR后全极化测量反演无FR的全极化数据。
　　 最后本文试讨论UHF/VHF波段植被下层与次地表层的水分垂直分布廓线的探测,先采用一层非球型粒子植被模型分析低频波段植被对土壤下垫面探测的影响,后用分层土壤矢量辐射传输的Mueller矩阵解模拟UHF/VHF波段土壤次地表层探测,分析两波段的探测深度差异,给出UHE/VHF波段土壤分层湿度分布的一种反演迭代法。