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基于SAR典型地物后向散射特性研究
摘要
合成孔径雷达（SAR）主要用于地面信息的获取和提取，由于其具有全天候、全天时的能力，因此成为地理信息处理的重要工具。在本文中，我们探讨了SAR的基本原理及其在地物识别中的应用。然后对SAR后向散射特性进行了详细介绍，并分析了从SAR图像中获取信息所需要注意的问题。最后，结合实际案例，对SAR图像中典型地物的后向散射特性进行了分析和讨论。
1.简介
合成孔径雷达（SAR）是一种利用雷达信号获取地面信息的技术。在SAR中，雷达发射的电磁波与地面物体相互作用，形成散射波。接收器接收到散射波后，可以通过处理后获得物体的三维信息，包括位置、高度、形状等。
由于SAR在全天候、全天时均具有探测能力，因此被广泛应用于卫星遥感、军事侦察、灾害监测等领域。其中，地物识别是SAR应用的一个重要方向。SAR图像中的地物后向散射特性是地物识别的关键所在。
2.SAR后向散射特性
SAR后向散射特性是指地物接受到雷达信号后，向雷达反射回去的能量。后向散射特性对应用SAR进行地物识别具有重要意义。但由于不同地物的材质、结构、形状等不同，其后向散射特性也是不同的。
对于一个给定的SAR参数，地物的后向散射特性与其表面电性质相关。地物的表面电性质通常体现为复介电常数和损耗因子。复介电常数是地物介电常数的实部和虚部的组合，损耗因子是介电损耗与导电损耗的比值。不同的地物具有不同的介电常数和损耗因子，因此其后向散射特性也是不同的。
除了地物自身的物理特性外，SAR图像中的后向散射特性还受到多种因素的影响，包括：
(1)SAR工作频率：不同工作频率的SAR所接收的信号波长不同，波长越短，对地物的分辨率越高。因此，在不同工作频率下，地物的后向散射特性也是不同的。
(2)SAR工作模式：SAR的工作模式通常包括单极化和双极化模式。在单极化模式下，雷达发射和接收采用相同的极化方式；在双极化模式下，雷达同时采用水平和垂直两种极化方式进行发射和接收。不同的工作模式下，地物的后向散射特性也是不同的。
(3)SAR成像角度：SAR成像角度是指雷达与地面的夹角，不同的角度下，地物的后向散射特性也是不同的。
3.SAR图像信息获取
SAR图像信息获取是指对SAR图像中的后向散射特性进行分析和识别，进而提取出地物的相关信息。在SAR图像信息获取过程中，需要注意以下问题：
(1)多幅图像的叠加和滤波操作：为了提高SAR图像的质量和地物识别的准确性，通常需要对多幅图像进行叠加和滤波处理。
(2)显示颜色：在SAR图像中，不同强度的后向散射特性通常用不同的颜色进行表示。颜色的选择直接影响到地物的识别效果。
(3)特征提取算法：目前常用的特征提取算法包括小波变换、时频分析、PCA主成分分析等。这些算法可以有效地提取出地物的相关信息。
4.典型地物后向散射特性分析
在SAR图像中，不同的地物具有不同的后向散射特性。以下是各类地物的典型后向散射特性分析：
(1)河流：河流表面比较平坦且水面反射率较高，因此其后向散射特性通常较弱。
(2)森林：森林中存在大量的树木和植被，因此其后向散射特性强烈，且存在多次反射现象。
(3)建筑物：建筑物表面通常比较光滑，反射率较高，因此其后向散射特性也较强。
(4)农田：农田表面较为平坦，且植物高度较低，因此其后向散射特性通常较弱。
5.结论
SAR在地物识别中具有重要的应用价值。地物的后向散射特性是地物识别的关键所在，在分析SAR图像中后向散射特性时需要注意多种影响因素。以典型地物后向散射特性为例，可以有效地辅助对SAR图像中地物信息的获取和提取。