TerraSAR-X卫星数据单极化HS模式详解

北京揽宇方圆信息技术有限公司
TerraSAR-X雷达卫星数据介绍
一、卫星概要：
TerraSAR-X卫星为德国研制的一颗高分辨率雷达卫星，携带一颗高频率的
X波段合成孔径雷达传感器，可以聚束式、条带式和推扫式3种模式成像，
并拥有多种极化方式。

可全天时、全天候地获取用户要求的任一成像区域的
高分辨率影像。

TanDEM-X于2010年6月21日成功发射，这两颗卫星
在3年内将反复扫描整个地球表面，最终绘制出高精度的３Ｄ地球数字模
型。

二、TerraSAR-X卫星主要特点
1、多分辨率（1m/3m/18.5m）和覆盖区域：对于特定目标区域采用高
分辨率，对大面积覆盖采用中等分辨率
2、任何其他的商业星载传感器都无法比拟的几何精度
3、极高的辐射精度
4、不受天气影响，对地球上的任何地点，重访周期最长2.5天（95%的
地区可达到2天重访）
5、独特的敏捷性（成像和极化模式的快速切换）
6、可应用于多种领域：
防灾：洪水监测、地震监测、火山监测、滑坡、溢油监测
农业：农作物分类、农作物长势监测及估产
制图：地物提取、变化监测、地图制图
林业：森林分类、林业资源评估与监测
水文：土壤湿度监测、沼泽地识别
海洋：海冰类型识别、冰川监测、极地监测、海洋表面监测
地质：岩性构造、城市地面沉降、矿区沉降监测
公司地址：北京市丰台区南三环万柳桥宝隆大厦1－1626电话：4006019091010－57113949。

TerraSAR-X卫星为德国研制的一颗高分辨率雷达卫星，携带一颗高频率的X波段合成孔径雷达传感器，可以聚束式、条带式和推扫式3种模式成像，并拥有多种极化方式。

可全天时、全天候地获取用户要求的任一成像区域的高分辨率影像。

TanDEM-X于2010年6月21日成功发射，这两颗卫星在3年内将反复扫描整个地球表面，最终绘制出高精度的３Ｄ地球数字模型。

为目前所有商用卫星雷达中，提供高分辨率之卫星雷达数据、分辨率高达1米。

TerraSAR-X卫星由EADS Astrium公司建造，德国航空航天中心的任务是把数据应用于科学目的，同时负责任务的设计、执行，以及卫星控制。

Astrium 公司在卫星研发、建造与应用等方面提供经费支持。

卫星的建造和发射总成本为1.3亿欧元。

德国航空航天中心支付1.02亿欧元，其他2800万欧元由Astrium 航天公司支付。

地面段的研制和未来五年任务中需要的开支还需要5500万欧元，德国航空航天中心将负责提供其中的4500万欧元，剩余部分由Astrium公司子公司Infoterra GmbH提供。

TerraSAR-X卫星的建造基于从以往雷达任务中获取的技术知识，科学家们还研制了用于卫星的新技术。

TerraSAR-X的一个出色特征是高空间分辨率、超常规雷达系统。

科学家利用TerraSAR-X卫星能够详细研究土壤特征，观察并更好的分类不同耕作物。

TerraSAR-X还将为城市区域观测提供全新的视角。

TerraSAR-X的高分辨率将能够精确测绘独立建筑、城市结构和基础设施(如公路、铁路沿线)。

TerraSAR-X还可以应用于海洋和沿海区域观测，利用雷达观测两极地区。

（详情点击进入官网或来电咨询）TerraSAR-X卫星参数样片TerraSAR-1TerraSAR-2广西善图科技有限公司是一家集遥感数据获取、深度加工、遥感信息提取及解译、行业应用、软件服务、解决方案为一体的股份制高新技术企业。

本报告主要调研了国际上到目前为止所存在的一些星载InSAR系统的发展情况，总结了各系统的一些技术指标及参数选择。

以下调研系统中，除了TanDEM-X干涉系统之外，其他的星载SAR系统都不是用来专门进行干涉测量使用的，它们基本的任务还是实现二维高分辨成像，因此大多采用的是重复轨道干涉测量模式。

在进行干涉测量之前，首先要估算此次测量的基线数值，如果不满足要求，此次测量数值就不会采用，因此，对于重复轨道干涉测量的基线实际上是针对需要的测高精度筛选出来的。

1、美国Seasat系统1978年6月，美国国家航空航天局发射了海洋卫星（SeaSat），在卫星上首次装在了合km的面积进行了测绘，该卫星在空间飞行100天，采用的成孔径雷达，对地球表面1亿2是重复轨道干涉模式，首次从空间获得地球表面雷达干涉测量数据。

ERS-1和ERS-2雷达卫星为欧洲空间局分别于1991年和1995年发射，携带有多种有效载荷，包括侧视合成孔径雷达和风向散射计等装置。

ERS-1和ERS-2雷达卫星构成对同一地面访问时间相差一天的星对，使得两次取得的SAR数据之间的相干性得到了一定保障，采用太阳同步晨昏轨道，该系统采用的是重复轨道干涉模式，卫星编队形式为跟飞。

获得。

3、日本JERS-1系统JERS-1雷达系统是日本于1992年发射升空的，采用太阳同步晨昏轨道，该卫星采用了重复轨道干涉模式，但其轨道控制方式不太理想，在交轨方向的基线分量不如日本之后发射的ALOS卫星。

表3中的基线长度是对JERS-1持续观测四年（1993年—1994年）期间的基线变化范围。

雷达卫星Radarsat除了有一个地面卫星数据接收站外，卫星上还载有磁带记录器，可覆盖全球。

该卫星除陆地及海洋应用外，其还肩负两个方面的重要任务：一是对南极大陆提供第一个完全的高分辨率卫星覆盖，二是对全球产生多次卫星覆盖。

Radarsat雷达卫星由加拿大于1995年11月4日发射，具有7种模式、25种波束及不同入射角，因而具有多种分辨率、不同幅宽和多种信息特征，使用于全球环境、土地利用和自然资源监测等。

SAR雷达卫星影像数据的基本知识SAR雷达卫星影像数据的基本知识⽤⼀个⼩天线作为单个辐射单元，将此单元沿⼀直线不断移动，在不同位置上接收同⼀地物的回波信号并进⾏相关解调压缩处理。

⼀个⼩天线通过“运动”⽅式就合成⼀个等效“⼤天线”，这样可以得到较⾼的⽅位向分辨率，同时⽅位向分辨率与距离⽆关，这样SAR就可以安装在卫星平台上⽽可以获取较⾼分辨率的SAR图像。

图1 SAR成像原理⽰意图1、⼏个参重要参数为了更好的理解SAR和SAR图像，需要知道⼏个重要的参数。

分辨率SAR图像分辨率包括距离向分辨率（Range Resolution）和⽅位向分辨率（Azimuth Resolution）。

图2 距离向和⽅位向⽰意图距离向分辨率（Range Resolution）垂直飞⾏⽅向上的分辨率，也就是侧视⽅向上的分辨率。

距离向分辨率与雷达系统发射的脉冲信号相关，与脉冲持续时间成正⽐：Res( r) = c*τ/2其中c为光速，τ为脉冲持续时间。

⽅位向分辨率（Azimuth Resolution）沿飞⾏⽅向上的分辨率，也称沿迹分辨率。

如下为推算过程：真实波束宽度：β= λ/ D真实分辨率：ΔL = β*R = Ls (合成孔径长度)合成波束宽度βs = λ /(2* Ls) = D / (2* R)合成分辨率ΔLs = βs* R = D / 2其中λ为波长，D为雷达孔径，R为天线与物体的距离。

从这个公式中可以看到，SAR系统使⽤⼩尺⼨的天线也能得到⾼⽅位向分辨率，⽽且与斜距离⽆关（就是与遥感平台⾼度⽆关）。

图3 ⽅位向分辨率⽰意图极化⽅式雷达发射的能量脉冲的电场⽮量，可以在垂直或⽔平⾯内被偏振。

⽆论哪个波长，雷达信号可以传送⽔平（H）或者垂直（V）电场⽮量。

接收⽔平（H）或者垂直（V）或者两者的返回信号。

雷达遥感系统常⽤四种极化⽅式———HH、VV、HV、VH。

前两者为同向极化，后两者为异向(交叉)极化。

极化是微波的⼀个突出特点，极化⽅式不同返回的图像信息也不同。

附录A（资料性附录）SAR遥感数据产品分级规范应用案例A.1TerraSAR-X数据产品分级案例TerraSAR-X卫星为德国研制的一颗高分辨率雷达卫星，携带一颗高频率X波段合成孔径雷达传感器，可以聚束式、条带式和推扫式3种模式成像，并拥有多种极化方式。

其数据产品分级案例见表A.1。

表A.1TerraSAR-X数据产品分级方案与本规范分级对照表SAR遥感数据产品分级规范解释TerraSAR-X数据产品分级解释0级L0原始标准景产品————1级L1A单视复数据产品SSC单视斜距复影像数据产品L1B多视功率产品MGD多视地距探测产品：经过噪声抑制和投影到地距的产品L1C多视功率增强产品————2级L2几何校正产品GEC 地理编码椭球校正产品：用WGS84椭球对影像进行了通用横轴墨卡托投影（UTM）或通用极球面投影（UPS）后的产品3级L3几何精校正产品————4级L4正射校正产品EEC进行地理编码且使用SRTM DEM进行地形起伏纠正的产品ORI SAR高精度正射影像：使用高精度DEM进行地形纠正的产品5级L5FUS区域融合产品MC SAR镶嵌产品OI SAR定位影像：镶嵌产品的子集或者一景影像的一个区域ADM SAR升降轨融合产品L5DTP_DEM数字地形产品数字高程模型产品————L5DTP_DSM数字地表模型产品L5DTP_DLG数字线划图产品L5DTP_DEF地表形变产品L5SCP_POL地表覆盖产品极化特征产品表A.1(续)SAR遥感数据产品分级规范解释TerraSAR-X数据产品分级解释5级L5SCP_CLA 地表覆盖产品地物分类产品————6级L6专题产品OM SAR正射图：具有地图结构和图例的正射制图产品CDM SAR变化监测图SUB SAR地表沉陷图A.2COSMO-SkyMed数据产品分级案例COSMO-SkyMed系统是一个由意大利航天局和意大利国防部共同研发的4颗雷达卫星组成的星座，工作于X波段，提供了具有全球覆盖能力、适应各种气候的日夜获取能力及高分辨率、高精度、高干涉极化测量能力的高效便利的产品服务。

北京揽宇方圆信息技术有限公司TerraSAR-X卫星成像模式介绍一、卫星概要：TerraSAR-X卫星为德国研制的一颗高分辨率雷达卫星，携带一颗高频率的X波段合成孔径雷达传感器，可以聚束式、条带式和推扫式3种模式成像，并拥有多种极化方式。

可全天时、全天候地获取用户要求的任一成像区域的高分辨率影像。

TanDEM-X于2010年6月21日成功发射，这两颗卫星在3年内将反复扫描整个地球表面，最终绘制出高精度的３Ｄ地球数字模型。

二、TerraSAR-X卫星主要特点1、多分辨率（1m/3m/18.5m）和覆盖区域：对于特定目标区域采用高分辨率，对大面积覆盖采用中等分辨率2、任何其他的商业星载传感器都无法比拟的几何精度3、极高的辐射精度4、不受天气影响，对地球上的任何地点，重访周期最长2.5天（95%的地区可达到2天重访）5、独特的敏捷性（成像和极化模式的快速切换）6、可应用于多种领域：防灾：洪水监测、地震监测、火山监测、滑坡、溢油监测农业：农作物分类、农作物长势监测及估产制图：地物提取、变化监测、地图制图林业：森林分类、林业资源评估与监测水文：土壤湿度监测、沼泽地识别海洋：海冰类型识别、冰川监测、极地监测、海洋表面监测地质：岩性构造、城市地面沉降、矿区沉降监测北京揽宇方圆信息技术有限公司是国内的领先遥感卫星数据机构，遥感行业的国家高新技术企业，整合全球200多颗遥感卫星数据资源，遥感卫星影像数据贯穿中国1960年至今的所有商业卫星影像数据，是中国遥感卫星数据资源最多的专业遥感卫星数据服务机构，提供多尺度、多分辨率、全覆盖的遥感卫星影像数据服务，最大限度的保证了遥感影像数据获取的及时性和完整性。

分发不同性能、技术应用上可以互补的多种卫星影像，包括光学、雷达卫星影像、历史遥感影像等各种卫星数据服务，各种专业应用目的的图像处理、解译、顾问服务以及基于卫星影像的各种解决方案等。

公司拥有完全自主知识产权、高性能、满足大规模遥感数据集中处理的空间大数据管理与服务系统。

Zondy SAR数据介绍本文对当前主要的SAR卫星和对应的数据做了一定的介绍，并且对当前平台上有的数据进行了一定的整理，不足之处希望修改。

Writer：Huang XiaodongDate：Jul-26-2010Email：**************目录ALOS (4)卫星介绍 (4)数据格式 (5)主要用途 (6)官方网址 (6)现有数据 (6)ERS1/2 (6)卫星介绍 (6)数据格式（CEOS） (7)主要用途 (7)官方网站 (7)现有数据 (7)Radarsat 1 (8)卫星介绍 (8)工作模式 (8)数据格式（CEOS） (9)主要用途 (9)官方网站 (9)现有数据 (9)Radarsat 2 (9)卫星介绍 (9)工作模式 (10)数据格式（*.tif） (10)主要用途 (10)官方网站 (10)现有数据 (10)Envisat-1 (11)卫星介绍 (11)ASAR工作模式 (11)ASAR产品介绍 (12)Level 0 产品 (12)Level 1B产品 (13)数据格式（*.N1） (13)主要用途 (14)官方网站 (15)现有数据 (15)TerraSAR-X and TanDEM-X (16)卫星介绍 (16)工作模式 (17)数据格式（SLC:*.cos;Other:*.tif） (17)主要用途 (18)官方网站 (18)现有数据 (18)COSMO-SkyMed (19)卫星介绍 (19)成像模式 (20)数据格式（*.HDF5） (20)主要用途 (20)官方网站 (20)现有数据 (21)JERS (21)卫星介绍 (21)数据格式（CEOS） (22)主要用途 (22)官方网站 (22)现有数据 (22)ALOS卫星介绍PALSAR(Phased Array type L-band Synthetic Aperture Radar) ,日本NASDA 机构于1993年开始了ALOS 卫星系统的概念性研究以及相应的遥感传感器制造和试验研究，直到2006 年1月24 日发射。

Sentinel-1A 是欧洲航空局（ESA ）于2014-04-03发射的C 波段SAR 卫星。

该卫星的主要观测模式是干涉宽幅观测模式（I W ），模式幅宽达到250km ，距离向和方位向分辨率分别为5m 和20m [1-4]。

与此同时，该观测模式采用的TOPS 成像技术对干涉处理过程提出了新的技术要求[5]。

国内学者已开展大量实验[6-9]。

本文针对Sentinel-1A 宽幅影像范围大，分辨率高的特点，引入了差分干涉思想，改进了传统的宽幅影像InSAR 提取DEM 的方法，获取了青藏高原高精度DEM ，并将本文改进方法获取的DEM 同传统InSAR 方法进行比较，证明了改进的InSAR 方法能够进一步提高利用Sentinel-1A 宽幅数据提取DEM 的精度。

1差分干涉法生成DEM原理差分干涉技术是传统干涉技术的扩展，该技术主要是利用多景SAR 影像，或者联合DEM 数据，以达到测量地表微小形变等目的。

单景干涉影像是无法直接求解形变的，但当两次SAR 成像的传感器位置参数已知且研究区域的外部DEM 数据存在时，便可用二轨差分干涉方法求解形变参量。

二轨差分干涉法主要思想是利用已知的外部DEM 数据去除去平地干涉图中的地形相位，从而得到形变相位。

差分干涉法生成DEM 的主要思想是基于二轨差分干涉法，利用外部DEM 去除干涉图中的地形相位，得到差分干涉相位，并在此基础上，将该差分干涉相位作为残余高程相位，进行滤波和解缠，作为残余高程项完成高程校正，从而达到改善DEM 精度的目的。

本文采用的基于Sentinel-1A 宽幅数据生成DEM 的数据处理流程与常规利用InSAR 技术略有不同。

传统InSAR 技术生成DEM 的步骤包括影像配准、干涉成像、基线估计、去平地效应、噪声滤除、相位解缠和高程计算[2]。

而本文中的实验区域地形复杂，高程变利用Sentinel-1A 数据提取青藏高原地区DEM（1.武汉大学中国南极测绘研究中心，湖北武汉430079；2.极地测绘科学自然资源部重点实验室，湖北武汉430079）摘要：青藏高原地区地形复杂，存在大范围的山体、冰雪和植被，利用雷达干涉数据获取高精度DEM 具有一定的难度。