哨兵卫星Sentinel-1A的TOPS模式影像精配准技术

本文主要探讨了基于迪杰斯特拉算法对哨兵卫星Sentinel-1A的TOPS模式时序影像进行精配准的方法。哨兵卫星Sentinel-1A是欧洲空间局于2014年4月发射的一颗遥感卫星，因其宽幅成像能力而受到广泛关注。Sentinel-1A的成像模式采用了TerraSAR-X卫星的TOPS模式，增强了姿态与轨道控制精度，提供干涉性能的同时，具有约250km的幅宽和高分辨率。 TOPS（terrain observation with progressive scanning）模式下，雷达天线的周期性旋转导致重叠区域的方位向频谱混叠，这会影响影像配准的精度。为避免干涉图出现相位跳变，方位向的精配准需达到约0.001像元的精度。粗配准阶段，常用的方法有几何配准和实数互相关，两者都能有效控制相位跳变，但前者更适用于地形复杂的区域，因为它消除了地形影响，依赖于卫星轨道精度，误差通常表现为系统性的固定值。实数互相关方法则受限于多项式拟合精度，可能无法准确描述地形影响。 在精配准阶段，谱分集（SD）和增强谱分集（ESD）技术常用于估计TOPS模式下的方位向残余配准误差。相较于SD的约4kHz脉冲采样频率，ESD利用约5kHz的多普勒中心频率差，能提高约1.25倍的配准精度。Prats-Iraola等的研究进一步证实了ESD在TerraSAR-X TOPS模式中的优势。 迪杰斯特拉算法在这种精配准过程中起到关键作用，它是一种解决最短路径问题的图论算法。在哨兵卫星的TOPS模式影像配准中，迪杰斯特拉算法可以寻找从起始点到各个目标点的最短路径，以此最小化配准误差，实现高精度的影像对齐。通过迭代优化，该算法能逐步更新配准参数，确保每个像素位置的配准误差最小，从而提高整体的配准质量。 基于迪杰斯特拉算法的精配准方法结合哨兵卫星Sentinel-1A的特性，能够有效地处理TOPS模式下的方位向配准问题，尤其是在复杂地形条件下，提供更精确的影像配准结果，这对于地球表面变化监测、地形测绘、灾害响应等应用具有重要意义。