CN109143188B - Tops哨兵-1数据电离层校正方法 - Google Patents

Tops哨兵-1数据电离层校正方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109143188B
CN109143188B CN201811178852.4A CN201811178852A CN109143188B CN 109143188 B CN109143188 B CN 109143188B CN 201811178852 A CN201811178852 A CN 201811178852A CN 109143188 B CN109143188 B CN 109143188B
Authority
CN
China
Prior art keywords
data
ionospheric
interference
sentinel
tops
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811178852.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109143188A (zh
Inventor
徐航
陈富龙
唐攀攀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Remote Sensing and Digital Earth of CAS
Original Assignee
Institute of Remote Sensing and Digital Earth of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Remote Sensing and Digital Earth of CAS filed Critical Institute of Remote Sensing and Digital Earth of CAS
Priority to CN201811178852.4A priority Critical patent/CN109143188B/zh
Publication of CN109143188A publication Critical patent/CN109143188A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109143188B publication Critical patent/CN109143188B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/40—Means for monitoring or calibrating
    • G01S7/4052—Means for monitoring or calibrating by simulation of echoes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/023—Interference mitigation, e.g. reducing or avoiding non-intentional interference with other HF-transmitters, base station transmitters for mobile communication or other radar systems, e.g. using electro-magnetic interference [EMI] reduction techniques

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

本申请公开了一种TOPS哨兵‑1数据电离层校正方法，方法包括确定实验区域及数据收集，合成孔径雷达影像预处理，模拟电离层直接相位，计算电离层配准偏移量，电离层校正结果精度评估。与现有TOPS哨兵‑1数据电离层校正的算法相比，本发明解决了电离层效应造成的哨兵‑1 TOPS数据间产生的相位跳变，并提高了基于哨兵‑1 TOPS数据的干涉SAR测量精度。

Description

TOPS哨兵-1数据电离层校正方法
技术领域
本发明涉及干涉合成孔径雷达技术领域，尤其是一种TOPS哨兵-1数据电离层校正方法。
背景技术
合成孔径雷达(Synthetic aperture radar,SAR)是一种高分辨率的成像雷达，利用微波遥感的技术，能够不受天气影响，全天候、全天时工作，目前已在广泛应用于军事侦察、地质普查、地形测绘和制图、灾情预报、海洋应用、科学研究等领域，具有广阔的研究和应用前景。哨兵-1SAR系统(包括哨兵-1A和哨兵-1B)作为重要的SAR卫星，在宽幅成像中默认采用TOPS(Terrain Observation Progressive Scans)模式，相对于传统的条带模式和扫描模式，该模式兼顾了测绘带宽和影像质量，降低了重访周期，提高了影像的干涉性能。因其优质的处理参数以及开放性的政策，哨兵-1卫星具有很高的学术及应用价值。但由于哨兵-1系统TOPS模式独特的成像几何，其数据对大气中的电离层变化更加敏感，数据生成的干涉相位在电离层变化较大的区域甚至会出现相位跳变，严重影响了基于哨兵-1数据干涉测量的精度，随着遥感定量化要求的提高，对于哨兵-1TOPS数据的电离层校正势在必行。
在干涉SAR中，电离层的影响主要与电离层中的电子总含量(total electroncontent，TEC)有关，TEC在大气中分布极不均匀，存在不同时间和空间尺度的变化，既有线性变化，也存在非线性变化，通常情况下赤道附近的电离层对干涉SAR的影响相比于中高纬度地区更严重。自上世纪六十年代起，针对干涉SAR数据的电离层校正的算法也有了长足的发展，目前对于SAR系统的干涉数据电离层效应校正的研究主要针对于条带模式和扫描模式数据，主要有以下几种：1)基于外部数据(GPS等)计算大气中的TEC，进而求解TEC对干涉图所造成的影响；2)利用数据方位向配准偏移量估算电离层影响；3)利用MAI(multi-aperture InSAR)技术估算方位向的形变来计算误差；4)利用距离向频谱分裂(SplitSpectrum)技术模拟电离层相位。其中第1种受限于目前外部数据的密度及精度；第2种要求配准精度极高，且受方位向形变信号影响严重；第3种依赖于前后孔径的干涉图的空间相关性。相对而言，距离向频谱分离法作为目前的主流干涉SAR数据校正技术，更适合于哨兵-1数据的干涉相位中由电离层造成的直接相位的去除。
利用距离向频谱分离技术在哨兵-1TOPS数据的电离层校正还存在以下方面的不足：
距离向频谱分裂算法的提出早于哨兵-1 TOPS模式数据的应用，该算法没有考虑的到电离层在干涉图中造成的相位跳变，在两景哨兵-1 TOPS数据的干涉处理中，由于数据获取时刻大气中电离层状态的差异，数据在配准的重采样步骤在电离层的影像下会产生新的误差，严重影响哨兵数据的配准精度，进而使得数据干涉结果出现条带状的相位跳变。
由此可见，现有的干涉SAR电离层校正技术在哨兵-1 TOPS数据的应用中仍然存在着缺陷，如何能创设一种更加适用电离层校正方法，成为业界研究的目标。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种TOPS哨兵-1数据电离层校正方法，其特征在于，包括步骤：
确定实验区域及数据收集，包括步骤：
选取非中高纬度的区域作为实验区域；
收集所述实验区域哨兵-1TOPS数据的合成孔径雷达影像；
合成孔径雷达影像预处理，包括步骤：
对所述合成孔径雷达影像进行辐射校正；
对所述合成孔径雷达影像进行精配准预处理，得到配准后的合成孔径雷达影像数据，在精配准过程中因电离层干扰产生误差偏移量；
模拟电离层直接相位，包括步骤：
根据影像频率，以三等分方式将所述配准后的合成孔径雷达影像数据进行距离向带通滤波，取顶部1/3频率生成高频分量图，取底部1/3频率生成低频分量图；
基于高、低频分量图，利用频谱分裂法SplitSpectrum模拟电离层直接相位Δф；
计算电离层配准偏移量，包括步骤：
将所述配准后的合成孔径雷达影像数据进行干涉处理，得到第一干涉图；
将所述第一干涉图去除所述电离层直接相位Δф，得到第二干涉图；
根据影像元数据中的空间坐标信息，裁剪出所述第二干涉图中上子带重叠区和下子带重叠区，设定相干性阈值选取相干性在0.7以上的干涉点；
利用增强频谱差异法ESD计算电离层配准偏移量Δt；
将所述电离层配准偏移量Δt加上所述电离层干扰产生误差偏移量，进行第二次配准预处理和干涉处理，得到第三干涉图；
对第三干涉图再一次去除所述电离层直接相位Δф，得到校正后的第四干涉图；
将所述第四干涉图进行相位解缠、去除地平相位以及地形相位，提取地表因子；
以及，电离层校正结果精度评估，其中包括：通过目视粗判断电离层校正结果，判断所述第四干涉图中条带状电离层相位和子带交接处的相位跳变是否消失，若消失，则校正结果准确，若没有消失，则校正后结果不准确；排除对流层影响因子，通过所述第四干涉图与GPS观测值或实地测量值的比对评定电离层校正结果，若所述第四干涉图得到的地表形变结果与GPS及实地观测数据一致，则校正结果准确。
优选地，所述利用频谱分裂法SplitSpectrum模拟电离层直接相位，采用以下方法进行计算：
Figure BDA0001824481040000031
其中，Δфiono为模拟的电离层直接相位，f0为数据原始频率，fL、fH分别为进行带通滤波后的高、低分量的频率，ΔфL和ΔфH则为对应的干涉相位。
优选地，所述利用增强频谱差异法ESD计算配准偏移量，进一步为，在频谱差异法SD基础上，用相邻的一组相邻子带重叠区来代替方位向上的带通滤波，计算电离层带来的间接配准误差。
优选地，所述增强频谱差异法ESD，采用以下公式计算：
Figure BDA0001824481040000041
其中фazerr位偏移量，ΔfDC为相邻两个干涉对在同一空间位置处的多普勒中心频率差异，Δt为估算的配准偏移量。
优选地，所述根据影像元数据的空间坐标信息，裁剪出第二干涉图中上子带重叠区和下子带重叠区，进一步为，加载空间信息后，子带会根据其位置信息有一个重叠区，利用编程方法在数组中截取这个重叠区，得到上子带重叠区和下子带重叠区。
优选地，所述合成孔径雷达影像进行精配准预处理，其中精配准进一步为，将所述合成孔径雷达影像进行基于距离多普勒方程的几何粗配准，将所得结果进行基于增强频谱差异法的精配准，得到所述合成孔径雷达影像数据。
优选地，所述根据影像元数据中的空间坐标信息，其中空间坐标信息包括影像的经纬度信息。
本发明解决由于电离层效应造成的哨兵-1TOPS数据间产生的相位跳变。对TOPS数据的电离层校正具有重要意义。
与现有技术相比，本发明提供的TOPS哨兵-1数据电离层校正方法，达到如下有益效果：
第一，与现有TOPS哨兵-1数据电离层校正的算法相比，本发明解决了电离层效应造成的哨兵-1TOPS数据间产生的相位跳变。
第二，与现有TOPS哨兵-1数据电离层校正的算法相比，本发明提高了基于哨兵-1TOPS数据的干涉SAR测量精度。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例1中TOPS哨兵-1数据电离层校正方法的流程图；
图2为本发明实施例3中TOPS哨兵-1数据电离层校正方法的实施例的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。应注意到，所描述的实施例实际上仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，且实际上仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
实施例1：
参见图1所示为本申请所述TOPS哨兵-1数据电离层校正方法的具体实施例，该方法包括：
步骤101、确定实验区域及数据收集，包括步骤：
选取非中高纬度的区域作为实验区域；
收集所述实验区域哨兵-1TOPS数据的合成孔径雷达影像；
步骤102、合成孔径雷达影像预处理，包括步骤：
对所述合成孔径雷达影像进行辐射校正；
对所述合成孔径雷达影像进行精配准预处理，得到配准后的合成孔径雷达影像数据，在精配准过程中因电离层干扰产生误差偏移量；
步骤103、模拟电离层直接相位，包括步骤：
根据影像频率，以三等分方式将所述配准后的合成孔径雷达影像数据进行距离向带通滤波，取顶部1/3频率生成高频分量图，取底部1/3频率生成低频分量图；
基于高、低频分量图，利用频谱分裂法SplitSpectrum模拟电离层直接相位Δф；
步骤104、计算电离层配准偏移量，包括步骤：
将所述配准后的合成孔径雷达影像数据进行干涉处理，得到第一干涉图；
将所述第一干涉图去除所述电离层直接相位Δф，得到第二干涉图；
根据影像元数据中的空间坐标信息，裁剪出所述第二干涉图中上子带重叠区和下子带重叠区，设定相干性阈值选取相干性在0.7以上的干涉点；
利用增强频谱差异法ESD计算电离层配准偏移量Δt；
将所述电离层配准偏移量Δt加上所述电离层干扰产生误差偏移量，进行第二次配准预处理和干涉处理，得到第三干涉图；
对第三干涉图再一次去除所述电离层直接相位Δф，得到校正后的第四干涉图；
将所述第四干涉图进行相位解缠、去除地平相位以及地形相位，提取地表因子；
步骤105、电离层校正结果精度评估，其中包括：通过目视粗判断电离层校正结果，判断所述第四干涉图中条带状电离层相位和子带交界处的相位跳变是否消失，若消失，则校正结果准确，若没有消失，则校正后结果不准确；排除对流层影响因子，通过所述第四干涉图与GPS观测值或实地测量值的比对(定量)评定电离层校正结果，若所述第四干涉图得到的地表形变结果与GPS及实地观测数据一致，则校正结果准确。
实施例2：
本实施例提供了TOPS哨兵-1数据电离层校正方法，该方法包括：
步骤201、确定实验区域及数据收集，包括步骤：
选取非中高纬度的区域作为实验区域；
收集所述实验区域哨兵-1TOPS数据的合成孔径雷达影像；
步骤202、合成孔径雷达影像预处理，包括步骤：
对所述合成孔径雷达影像进行辐射校正；
对所述合成孔径雷达影像进行精配准预处理，得到配准后的合成孔径雷达影像数据，在精配准过程中因电离层干扰产生误差偏移量；
步骤203、模拟电离层直接相位，包括步骤：
根据影像频率，以三等分方式将所述配准后的合成孔径雷达影像数据进行距离向带通滤波，取顶部1/3频率生成高频分量图，取底部1/3频率生成低频分量图；
基于高、低频分量图，利用频谱分裂法SplitSpectrum模拟电离层直接相位Δф；
步骤204、计算电离层配准偏移量，包括步骤：
将所述配准后的合成孔径雷达影像数据进行干涉处理，得到第一干涉图；
将所述第一干涉图去除所述电离层直接相位Δф，得到第二干涉图；
根据影像元数据中的空间坐标信息，裁剪出所述第二干涉图中上子带重叠区和下子带重叠区，设定相干性阈值选取相干性在0.7以上的干涉点；
利用增强频谱差异法ESD计算电离层配准偏移量Δt；
将所述电离层配准偏移量Δt加上所述电离层干扰产生误差偏移量，进行第二次配准预处理和干涉处理，得到第三干涉图；
对第三干涉图再一次去除所述电离层直接相位Δф，得到校正后的第四干涉图；
将所述第四干涉图进行相位解缠、去除地平相位以及地形相位，取地表因子；
步骤205、电离层校正结果精度评估，其中包括：通过目视粗判断电离层校正结果，判断所述第四干涉图中条带状电离层相位和子带交界处的相位跳变是否消失，若消失，则校正结果准确，若没有消失，则校正后结果不准确；排除对流层影响因子，通过所述第四干涉图与GPS观测值或实地测量值的比对(定量)评定电离层校正结果，若所述第四干涉图得到的地表形变结果与GPS及实地观测数据一致，则校正结果准确。
上述步骤203中，利用频谱分裂法SplitSpectrum模拟电离层直接相位，采用以下方法进行计算：
Figure BDA0001824481040000071
其中，Δфiono为模拟的电离层直接相位，f0为数据原始频率，fL、fH分别为进行带通滤波后的高、低分量的频率，ΔфL和ΔфH则为对应的干涉相位。
上述步骤204中，利用增强频谱差异法ESD计算配准偏移量，具体为，在频谱差异法SD基础上，根据burst模式成像的特点，用相邻的一组相邻子带重叠区来代替方位向上的带通滤波，计算电离层带来的间接配准误差。
其中burst成像即为脉冲成像，是TOPS模式的一个分量，TOPS模式成像中，传感器发射脉冲时不仅在距离向摆动，且在方位向匀速转动，由此造成方位向电离层相位跳变。
增强频谱差异法ESD，采用以下公式计算：
Figure BDA0001824481040000081
其中фazerr位偏移量，ΔfDC为相邻两个干涉对在同一空间位置处的多普勒中心频率差异，Δt为估算的配准偏移量。
上述步骤204中，根据影像元数据的空间坐标信息，裁剪出第二干涉图中上子带重叠区和下子带重叠区，具体为，加载空间信息后，子带会根据其位置信息有一个重叠区，利用编程方法在数组中截取这个重叠区，得到上子带重叠区和下子带重叠区。
上述步骤202中，合成孔径雷达影像进行精配准预处理，其中精配准具体步骤为，将所述合成孔径雷达影像进行基于距离多普勒方程的几何粗配准，将所得结果进行基于增强频谱差异法的精配准，得到所述合成孔径雷达影像数据。
其中距离多普勒方程算法通过脉冲压缩得到了距离向和方位向的高分辨率，该算法将信号和参考函数转换到频域完成，同时对合成孔径雷达造成的距离迁移进行了校正。具体步骤为，距离向压缩、距离迁移校正、方位向压缩，生成图像
频谱差异法利用不同频谱的信号精确计算每个像素点的配准误差，使干涉合成孔径雷达复图像精配准。
上述步骤204中，根据影像元数据中的空间坐标信息，其中空间坐标信息包括影像的经纬度信息。
实施例3
哨兵-1虽为C波段SAR系统，但由于其TOPS模式独特的成像几何，其数据容易受到大气中电离层变化的影响，随着目前遥感技术对定量化的要求提高，校正干涉数据的电离层影响，提高哨兵-1干涉数据的精度势在必行。SplitSpectrum技术能够不依赖于外部数据源，以较高的精度实现干涉数据的电离层直接相位影像的校正，是目前主流的电离层校正算法之一，在模拟干涉SAR电离层相位方面具有很大的应用潜力。但是哨兵-1TOP模式干涉数据中，电离层的影响不仅有和TEC含量成正比的直接相位，还存在间接的影响配准误差造成的相位跳变。SplitSpectrum算法不能解决的相位跳变问题，影响了干涉SAR地表测量的精度。本发明融合了现有的SplitSpectrum和ESD(Enhanced Spectral Diversity)算法，在SplitSpectrum模拟TEC变化产生的直接相位误差后，进一步用ESD来校正TOPS数据子带间的相位跳变。参照附图2所示，下述对基于干涉SAR技术的哨兵-1TOPS数据电离层校正方法进行详细介绍。
首先需要确定研究区域的范围，通常电离层在中高纬度地区影响比较小，在哨兵-1TOPS数据中，轻微的电离层变化对于重轨干涉图相位造成的影响不大，可以跳过电离层校正步骤以缩短图像的处理时间以缩短影像的处理时间，提高运行效率。在确定研究区域后，可收集目标区域的哨兵-1TOPS数据影像建立干涉对。
其次，对选中地区的重轨SAR影像进行数据预处理，包括辐射校正、重轨数据精配准等，根据生成的干涉图，确定需要进行电离层校正的影像。在哨兵-1TOPS数据生成的干涉相位图中，电离层影响造成的直接相位常常沿距离向呈条带状分布，严重的电离层影响在干涉图子带的交界处会出现直线状相位跳变，跳变分界线和方位向垂直，这些和地表信息无关的相位大大影响了干涉SAR的处理精度，需要对这些区域的干涉数据进行电离层校正，具体方法为：1)对精配准后的重轨单视复数数据进行距离向带通滤波，基于SplitSpectrum技术模拟电离层直接相位影响；2)用ESD计算由电离层造成的距离向配准误差，以消除干涉数据中由电离层造成的间接方位向相位跳变。频谱分裂法可表示为[Brcic R,Parizzi A,Eineder M,Bamler R,Meyer F.Estimation and compensation of ionospheric delayfor SAR interferometry[C].Geoscience and Remote Sensing Symposium.IEEE,2010:2908-2911.2908–2911.]：
Figure BDA0001824481040000091
Figure BDA0001824481040000092
其中，Δфiono为模拟的电离层直接相位，Δфnon-disp为去除电离层后的相位，f0为数据原始频率，fL、fH分别为进行带通滤波后的高、低分量的频率，ΔфL和ΔфH则为对应的干涉相位。
频谱差异法(Spectra Diversity，SD)可表示为[Ferretti A,Fumagalli A,Novali F,Prati C,Rocca F,Rucci A.A new algorithm for processinginterferometric data-stacks:SqueeSAR[J].Geoscience and Remote Sensing,IEEETransactions on,2011,49(9):3460-3470.]:
Figure BDA0001824481040000101
其中фazerr位偏移量，ΔfDC为相邻两个干涉对在同一空间位置处的多普勒中心频率差异，Δt为估算的配准偏移量。增强频谱差异法(Enhanced Spectra Diversity，ESD)[Prats-Iraola P,Scheiber R,Marotti L,et al.TOPS Interferometry With TerraSAR-X[J].IEEE Transactions on Geoscience&Remote Sensing,2012,50(8):3179-3188.]在SD基础上，根据burst模式成像的特点，用相邻的一组相邻子带重叠区来代替方位向上的带通滤波，哨兵-1TOPS模式相邻子带重叠区多普勒频率不同，由此重轨数据重叠区对应子带分别生成的干涉图的多普勒中心频率差异ΔfDC更大，从而对于误差的变化更加敏感，由此可以计算出由电离层带来的间接的配准误差，消除干涉图中子带间的相位跳变。
在ESD的电离层校正运用中，通常选用频谱分裂法得出的地形分量Δфnon-disp作为算法估算的基础，但是计算得到的此分量影像通常呈破碎状，不利于寻找算法需要合适的连接点数据，平滑滤波又会一定程度上破坏相位的真实性，影响算法效果。故在进行电离层间接相位跳变的去除过程中，存在一定的局限性，这在研究区范围较小时尤为明显。
作为改进，选用配准后的原始SAR影像数据进行复共轭相乘，并将得到的干涉图去除SplitSpectrum算法计算出的电离层直接相位，以此作为ESD算法的基础数据。此数据相位值在空间上基本连续且相位信息可靠，有利于选取合适的干涉点。根据影像元数据中的空间位置信息，分别裁剪出干涉图中的上子带重叠区和下子带重叠区，设定合适的相干性阈值以选取高质量的干涉点，最后并执行ESD估算偏移量，此算法数据平滑稳定，即使在较小的区域也能得到稳定的效果，鲁棒性高。
由于电离层的间接影响体现在为配准步骤重采样的步骤增添了一个新的误差，使得影像无法达到配准精度，在计算出电离层偏移量后需要加上此偏移量进行重新重采样、干涉等步骤并对干涉图再一次消除电离层直接相位影响才能达到最终的校正效果。随后可以进行相位解缠等后处理以取地表因子。
上述哨兵-1TOPS数据电离层处理融合了SplitSpectrum和ESD算法的优势：一方面采用重轨影像距离向的频谱差异消除了TEC相关的直接相位误差，另一方面基于TOPS数据方位向burst的相位差消除了干涉数据burst间的相位跳变，通过两步处理，不依赖于外部数据，解决了由电离层造成的配准误差，提高了哨兵-1TOPS数据干涉图像的质量。
最后，需要对电离层的校正结果进行精度评估。一方面可以通过目视解译粗判断电离层校正效果，如干涉图中条带状电离层相位是否消失，相位图中是否不存在明显的方位向相位跳变等。另一方面可以通过干涉相位与高程的相关性以及实地测量数据(如水准、GPS等)与干涉测量结果的关系来定量评定电离层校正结果。
通过以上各实施例可知，本申请存在的有益效果是：
第一，与现有TOPS哨兵-1数据电离层校正的算法相比，本发明解决了电离层效应造成的哨兵-1TOPS数据间产生的相位跳变。
第二，与现有TOPS哨兵-1数据电离层校正的算法相比，本发明提高了基于哨兵-1TOPS数据的干涉SAR测量精度。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种TOPS哨兵-1数据电离层校正方法，其特征在于，包括步骤：
确定实验区域及数据收集，包括步骤：
选取非中高纬度的区域作为实验区域；
收集所述实验区域哨兵-1TOPS数据的合成孔径雷达影像；
合成孔径雷达影像预处理，包括步骤：
对所述合成孔径雷达影像进行辐射校正；
对所述合成孔径雷达影像进行精配准预处理，得到配准后的合成孔径雷达影像数据，在精配准过程中因电离层干扰产生误差偏移量；
模拟电离层直接相位，包括步骤：
根据影像频率，以三等分方式将所述配准后的合成孔径雷达影像数据进行距离向带通滤波，取顶部1/3频率生成高频分量图，取底部1/3频率生成低频分量图；
基于高、低频分量图，利用频谱分裂法SplitSpectrum模拟电离层直接相位Δф；
计算电离层配准偏移量，包括步骤：
将所述配准后的合成孔径雷达影像数据进行干涉处理，得到第一干涉图；
将所述第一干涉图去除所述电离层直接相位Δф，得到第二干涉图；
根据影像元数据中的空间坐标信息，裁剪出所述第二干涉图中上子带重叠区和下子带重叠区，设定相干性阈值选取相干性在0.7以上的干涉点；
利用增强频谱差异法ESD计算电离层配准偏移量Δt；
将所述电离层配准偏移量Δt加上所述电离层干扰产生误差偏移量，进行第二次配准预处理和干涉处理，得到第三干涉图；
对第三干涉图再一次去除所述电离层直接相位Δф，得到校正后的第四干涉图；
将所述第四干涉图进行相位解缠、去除地平相位以及地形相位，提取地表因子；
以及，电离层校正结果精度评估，其中包括：通过目视粗判断电离层校正结果，判断所述第四干涉图中条带状电离层相位和子带交接处的相位跳变是否消失，若消失，则校正结果准确，若没有消失，则校正后结果不准确；排除对流层影响因子，通过所述第四干涉图与GPS观测值或实地测量值的比对评定电离层校正结果，若所述第四干涉图得到的地表形变结果与GPS及实地观测数据一致，则校正结果准确。
2.根据权利要求1所述的TOPS哨兵-1数据电离层校正方法，其特征在于，所述利用频谱分裂法SplitSpectrum模拟电离层直接相位，采用以下方法进行计算：
Figure FDA0002486136490000021
其中，Δф为模拟的电离层直接相位，f0为数据原始频率，fL、fH分别为进行带通滤波后的高、低分量的频率，ΔфL和ΔфH则为对应的干涉相位。
3.根据权利要求1所述的TOPS哨兵-1数据电离层校正方法，其特征在于，所述利用增强频谱差异法ESD计算配准偏移量，进一步为，在频谱差异法SD基础上，用相邻的一组相邻子带重叠区来代替方位向上的带通滤波，计算电离层带来的间接配准误差。
4.根据权利要求3所述的TOPS哨兵-1数据电离层校正方法，其特征在于，所述增强频谱差异法ESD，采用以下公式计算：
Figure FDA0002486136490000022
其中фazerr位偏移量，ΔfDC为相邻两个干涉对在同一空间位置处的多普勒中心频率差异，Δt为估算的配准偏移量。
5.根据权利要求1所述的TOPS哨兵-1数据电离层校正方法，其特征在于，所述根据影像元数据的空间坐标信息，裁剪出第二干涉图中上子带重叠区和下子带重叠区，进一步为，加载空间信息后，子带会根据其位置信息有一个重叠区，利用编程方法在数组中截取这个重叠区，得到上子带重叠区和下子带重叠区。
6.根据权利要求1所述的TOPS哨兵-1数据电离层校正方法，其特征在于，所述合成孔径雷达影像进行精配准预处理，其中精配准进一步为，将所述合成孔径雷达影像进行基于距离多普勒方程的几何粗配准，将所得结果进行基于增强频谱差异法的精配准，得到所述合成孔径雷达影像数据。
7.根据权利要求1所述的TOPS哨兵-1数据电离层校正方法，其特征在于，所述根据影像元数据中的空间坐标信息，其中空间坐标信息包括影像的经纬度信息。
CN201811178852.4A 2018-10-10 2018-10-10 Tops哨兵-1数据电离层校正方法 Active CN109143188B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811178852.4A CN109143188B (zh) 2018-10-10 2018-10-10 Tops哨兵-1数据电离层校正方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811178852.4A CN109143188B (zh) 2018-10-10 2018-10-10 Tops哨兵-1数据电离层校正方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109143188A CN109143188A (zh) 2019-01-04
CN109143188B true CN109143188B (zh) 2020-07-31

Family

ID=64811278

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811178852.4A Active CN109143188B (zh) 2018-10-10 2018-10-10 Tops哨兵-1数据电离层校正方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109143188B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112433213B (zh) * 2020-10-21 2023-05-23 中国电子科技集团公司第二十九研究所 一种sar干涉测量结果与光学影像位置偏移综合纠正方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5313210A (en) * 1993-02-23 1994-05-17 Ball Corporation Polarimetric radar signal mapping process
US6919839B1 (en) * 2004-11-09 2005-07-19 Harris Corporation Synthetic aperture radar (SAR) compensating for ionospheric distortion based upon measurement of the group delay, and associated methods
CN103728604A (zh) * 2013-11-19 2014-04-16 中国国土资源航空物探遥感中心 一种宽带合成孔径雷达子带干涉数据处理方法
CN105785336A (zh) * 2016-05-09 2016-07-20 中国人民解放军国防科学技术大学 Geosar方位成像中的电离层时变效应影响判决方法
CN106154268A (zh) * 2016-09-06 2016-11-23 合肥工业大学 一种基于子带分割的低波段isar电离层校正方法
CN108008367A (zh) * 2017-12-01 2018-05-08 中国人民解放军国防科技大学 星载单航过InSAR系统电离层误差校正方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5313210A (en) * 1993-02-23 1994-05-17 Ball Corporation Polarimetric radar signal mapping process
US6919839B1 (en) * 2004-11-09 2005-07-19 Harris Corporation Synthetic aperture radar (SAR) compensating for ionospheric distortion based upon measurement of the group delay, and associated methods
CN103728604A (zh) * 2013-11-19 2014-04-16 中国国土资源航空物探遥感中心 一种宽带合成孔径雷达子带干涉数据处理方法
CN105785336A (zh) * 2016-05-09 2016-07-20 中国人民解放军国防科学技术大学 Geosar方位成像中的电离层时变效应影响判决方法
CN106154268A (zh) * 2016-09-06 2016-11-23 合肥工业大学 一种基于子带分割的低波段isar电离层校正方法
CN108008367A (zh) * 2017-12-01 2018-05-08 中国人民解放军国防科技大学 星载单航过InSAR系统电离层误差校正方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109143188A (zh) 2019-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Trouve et al. Improving phase unwrapping techniques by the use of local frequency estimates
Fornaro et al. Three-dimensional multipass SAR focusing: Experiments with long-term spaceborne data
Liang et al. Measuring azimuth deformation with L-band ALOS-2 ScanSAR interferometry
De Macedo et al. An autofocus approach for residual motion errors with application to airborne repeat-pass SAR interferometry
Cantalloube et al. Airborne X-band SAR imaging with 10 cm resolution: Technical challenge and preliminary results
Fornaro et al. Imaging of single and double scatterers in urban areas via SAR tomography
EP3229038B1 (en) Wavelet domain insar interferometric phase filtering method in combination with local frequency estimation
US9417323B2 (en) SAR point cloud generation system
Reigber et al. Interference suppression in synthesized SAR images
Wegmuller et al. Ionospheric electron concentration effects on SAR and INSAR
Lombardini et al. Superresolution differential tomography: Experiments on identification of multiple scatterers in spaceborne SAR data
Song et al. Improved Goldstein SAR interferogram filter based on empirical mode decomposition
Liao et al. Ionospheric correction of InSAR data for accurate ice velocity measurement at polar regions
Park et al. An efficient method of Doppler parameter estimation in the time–frequency domain for a moving object from TerraSAR-X data
CN110018476B (zh) 时间差分基线集时序干涉sar处理方法
Gomba et al. Bayesian data combination for the estimation of ionospheric effects in SAR interferograms
Serafino SAR image coregistration based on isolated point scatterers
CN109143188B (zh) Tops哨兵-1数据电离层校正方法
Lombardini et al. Linear and adaptive spaceborne three-dimensional SAR tomography: A comparison on real data
CN112505647A (zh) 一种基于序贯子图像序列的动目标方位速度估计方法
Santoro et al. Improvement of interferometric SAR coherence estimates by slope-adaptive range common-band filtering
CN115184935A (zh) 输电走廊形变监测方法、装置、设备和介质
CN113835089A (zh) 一种基于差频InSAR的缓变高程反演方法
Fornaro et al. Multipass SAR processing for urbanized areas imaging and deformation monitoring at small and large scales
Bovenga et al. Multichromatic analysis of satellite wideband SAR data

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant