[发明专利]TOPS哨兵-1数据电离层校正方法

说明书

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。

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；