星载L波段双基单极化单基线SAR干涉测量技术首次实现森林垂直结构信息反演

中国科学家利用Lutan-1卫星首次实现星载L波段双基InSAR技术对森林垂直结构（包括垂直剖面、树高和地形）的高精度反演。研究通过单极化/单基线模式获取的少视InSAR相位高度直方图与GEDI激光雷达波形高度吻合，并创新性地融合星载激光雷达数据优化地面探测算法。在海南岛274万公顷热带雨林的大尺度制图中，树高反演精度达5米（相对误差10-15%），地形数据在坡度>25°时仍保持9米精度。该研究为L波段双基InSAR在森林参数全球制图中的应用提供了重要范式。

　　

热带雨林作为地球生物多样性最丰富的生态系统，其垂直结构参数（如树高、生物量）的精确测量对全球碳循环研究和生物多样性保护至关重要。然而，传统光学遥感难以穿透茂密树冠，而星载激光雷达（如GEDI）又受限于稀疏采样，无法实现连续空间覆盖。在这一背景下，合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术因其全天候穿透能力和对垂直结构的敏感性成为研究热点。德国TanDEM-X任务已证明X波段双基InSAR在森林监测中的潜力，但L波段因其更强的穿透能力被认为更适合热带雨林探测，却长期缺乏星载验证。

中国科学院空天信息创新研究院的研究团队利用中国首颗L波段双基InSAR卫星"陆探一号"（Lutan-1），在国际上首次实现了星载L波段双基单极化单基线SAR干涉测量技术在森林垂直结构信息反演中的应用。这项突破性研究发表在《Remote Sensing of Environment》上，为解决热带森林高精度三维测绘难题提供了新方案。

研究团队采用三项关键技术：首先开发少视（2×2）InSAR相位高度直方图方法，通过50米空间窗口生成垂直剖面；其次提出两种地面探测算法，分别利用充足星载激光雷达样本（以高度为特征）和有限样本（以相位高度标准差为特征）；最后基于直方图形状采用RH98和3dB衰减双指标反演树高。所有数据均经过相位同步补偿和ISCE v2软件预处理，并利用海南热带雨林国家公园（HTRNP）的机载激光雷达（6点/平方米）进行验证。

在森林垂直剖面反演方面，研究显示L波段少视直方图能有效捕捉20-45米森林的垂直分层特征，与GEDI波形的Pearson相关系数最高达0.8。值得注意的是，虽然激光雷达对冠层顶部更敏感，而InSAR直方图因微波散射特性更倾向于树干和地面（图6），但两者在多层结构检测上表现出良好一致性。

地形反演成果尤为突出。通过建立β系数与树高/相位标准差统计模型（图7,10），研究实现了坡度自适应的DTM反演：在坡度<2°时精度达3米，>25°时为9米（图20），整体优于SRTM DEM。特别设计的"局部峰值优化"算法（图11）使70%区域能直接识别地面信号，解决了稠密植被穿透难题。

树高制图显示，融合RH98和3dB指标的方案最优：与机载激光雷达ERH100相比，2.74万平方公里制图的均方根误差仅5.27米（图18）。研究还发现，梯田等非林地因相干性低会导致树高反演偏差，排除后精度可提升至5.05米。

这项研究验证了L波段双基InSAR单极化模式在森林垂直结构探测中的可行性，其创新性体现在三方面：首次实现星载L波段验证，提出适应不同激光雷达覆盖的混合地形反演框架，以及开发直方图-波形协同分析方法。研究人员指出，未来结合升降轨观测可进一步改善陡坡区域精度，而直方图形状参数有望成为估算生物量的新指标。该技术路线为中国后续L波段双基SAR卫星（如Lutan-1后续星）的森林动态监测提供了重要技术储备，对全球热带生态系统评估具有里程碑意义。