建筑物目标高分辨率SAR图像模拟方法.pdf

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1、第28卷第4期遥感技术与应用Z．28No．42013年8月REMOTESENSINGTECHNOLOGYANDAPPLICAT10NAug．2013引用格式：WangGuojun，ZhangFengli，ShaoYun．HighResolutionSARImageSimulationforBuilding[-J]．Re—moteSensingTechnologyandApplication，2013，28(4)：594—603．[王国军，张风丽，邵芸．建筑物目标高分辨率SAR图像模拟方法EJ]．遥感技术与应用，2013，28(4)：594—603．]建筑物目标高分辨率SAR图像模拟方法

2、王国军h，张风丽，邵芸(1．中国科学院遥感与数字地球研究所，北京100101；2．中国科学院大学，北京100049)摘要：随着TerraSAR—X、Cosmo—SkyMed和Radarsat-2等高分辨率合成孔径雷达(SAR)卫星系统的升空，星载SAR图像空间分辨率达到了米级。在这些高空间分辨率sAR图像中，单个建筑物结构的散射特征能够得到明显的展现，推动了SAR在城市监测中的应用。而城市环境的复杂性给SAR图像的解译和应用带来了巨大的挑战，由于SAR图像模拟有助于图像的解译和应用，因此城市目标高分辨率SAR图像模拟成为一个研究热点。提出了一种基于射线追踪法的图像模拟方法，它能够模拟城

3、市目标SAR图像上叠掩、阴影和多次散射等主要特征，非常有利于SAR图像的解译。该模拟方法首先构建虚拟SAR传感器，发射电磁波射线与场景中三维模型相互作用，并接收回波信号成像，电磁波的传播以及与场景的多次散射在整个过程中都能够被追踪。为了评价该模拟方法的有效性，首先通过模拟平顶屋、尖顶屋模型的SAR图像，然后选择国家体育馆和大场景小区三维模型作为输入，将生成的模拟图像与真实TerraSAR—X聚束模式图像进行比较。结果表明：该模拟器能够模拟城市目标的散射特征并应用于图像的理解和变化检测。关键词：建筑物目标；合成孔径雷达；图像模拟；射线追踪；解译中图分类号：P23；TP75文献标志码：A文

4、章编号：1004-0323(2013)04—0594—10引言简单高效地模拟建筑物目标在不同成像条件(不同入射角、方位角等)的散射特征，在SAR图像解译人2007年以来，TerraSAR—X、Cosmo-SkyMeD和员培训L8]、散射机制研究、SAR图像几何校RadarSat一2等米级分辨率的SAR卫星系统的发正[1、建筑物目标信息提取和三维重建[1。等方面射_】]，开启了超高分辨率(VHR)星载SAR应用的具有重要作用。针对不同的应用，城市目标SAR图新时代，丰富的星载高分辨率SAR图像为城市监测像模拟在后向散射模型和模拟技术上有所不同。常提供了新的技术手段[4-63。与低分辨率S

5、AR图像相用后向散射模型主要有基于Kirchhoff物理光学比，VHRSAR图像上的建筑物目标由大量分辨率(PO)和几何光学(G0)近似l_】引，时域有限差分模单元组成，其散射特征可以得到表现，使得建筑物目型(FDTD)[¨]，积分方程模型(IEM)口等，在计算标的识别和重建成为可能]。但城市目标的复杂回波能量时考虑了建筑物表面的粗糙度和介电常数性、SAR侧视斜距成像特性和斑点噪声等使得城市参数；此外图形学中Phong反射和散射模型也被引目标在高分辨率SAR图像上的散射特性极为复杂，入SAR图像模拟中[g。然而大多数情况下，建筑给SAR图像的理解和应用带来了巨大的挑战。物表面的粗糙度参

6、数和介电常数是未知的，因此这作为SAR遥感正向研究，SAR图像模拟能够类模拟方法将不再实用。在模拟大范围场景图像收稿日期：2012—04—26；修订日期：2012一10—23基金项目：中国科学院知识创新工程重要方向项目(KZCX2一EW-320)，国家自然科学基金项目(41001213)，国家863计划项目(2011AAl20403)，中国科学院知识创新工程青年人才领域前沿项目(YOS04400KB)。作者简介：王国军(1986一)，男，湖北鄂州人，博士研究生，主要从事高分辨率SAR图像模拟、城市雷达遥感应用研究。E—mail：wanggj@irsa．ac．cn。第4期王国军等：建筑物

7、目标高分辨率SAR图像模拟方法595时，通常将散射模型与射线追踪算法相结合，首先模中，传感器的航高和航向是定值。如图1为模拟方法拟传感器发射电磁波，然后追踪电磁波与场景相互的流程，首先建立建筑物目标和地面的三维模型，经作用并返回传感器的整个过程。在计算机图形三角化处理后得到大量三角面元集合，并根据目标表学中，标准射线追踪算法仅仅追踪镜面反射线，忽略面属性给每个面元附上不同类型。加入成像几何条了粗糙表面非镜面反射方向的散射能量，在SAR图件后，经