Сравнение поляриметрической классификации леса по радиолокационным данным в L- и X-диапазонах

Радиолокация с возможностью регистрации полной матрицы рассеяния при съёмке земной поверхности из космоса является важным источником данных для картирования и классификации растительных покровов.

Одним из распространённых методов радиолокационной поляриметрии является декомпозиция матрицы рассеяния по механизмам рассеяния (объёмное/дипольное рассеяние, поверхностное рассеяние и двукратное переотражение). В зависимости от глубины проникновения сигнала в толщу растительного слоя эта классификация может давать различные результаты. Таким образом, сравнение результатов поляриметрической классификации для данных L- и X-диапазонов предоставляет дополнительные возможности для классификации растительности и оценки некоторых параметров леса, таких как сомкнутость крон, густота деревьев.

В настоящей работе используются поляриметрические данные радиолокаторов ALOS PALSAR и TerraSAR-X по территории юго-восточного Прибайкалья в районе дельты реки Селенги. Тестовые участки представляют собой два леса, один из которых смешанный (сосна, ель, берёза, осина), а второй преимущественно хвойный (сосновый).

В работе применена поляриметрическая классификация по методу Cloude&Pottier на основе спектрального анализа матрицы когерентности, при которой выявляется степень «энтропии» собственных чисел матрицы, характеризующих различие величины обратного рассеяния от разных типов элементарных отражателей, а также преобладающий механизм рассеяния. Энтропия может характеризовать степень шероховатости отражающей поверхности: малые значения соответствуют гладким поверхностям, средние и высокие (до максимального значения 1.0) — сильной шероховатости по сравнению с линейным размером рабочей длины волны радиолокатора. Таким образом, низкая энтропия в L-диапазоне (23.6 см) может соответствовать высокой в X-диапазоне (3.1 см). Механизмы рассеяния различаются по значению угла альфа, параметризующего собственный вектор матрицы когерентности: малые значения соответствуют поверхностному рассеянию, средние (между 40 и 50 градусами) дипольному, являющемуся преимущественным типом рассеяния для леса, и самые большие (более 50 градусов) отвечают двойному (вообще говоря, чётной кратности) переотражению по типу передающая антенна – земля – ствол дерева – приёмная антенна. Чем глубже проникновение в крону леса, тем больше доля двукратного переотражения на карте классификации.

Показано, что L-диапазон более предпочтителен для классификации лесов на основе поляриметрических данных. При этом X-диапазон при условии одновременной (бистатической) съёмки, которая реализована в миссии TanDEM-X, может оказаться полезен для оценки высоты леса методом поляриметрической интерферометрии.

Исследования проводятся при финансовой поддержке РФФИ, грант № 15-29-06003 офи-м. Данные радиолокатора TerraSAR-X предоставлены Немецким аэрокосмическим агентством DLR в рамках научно-исследовательского проекта NTI-POLI6687, данные ALOS PALSAR предоставлены Японским космическим агентством JAXA в рамках проектов ALOS RA-3,4.