哨兵-1雷达卫星TOPS模式干涉处理提升与精度优化

哨兵雷达卫星干涉处理是一项关键的遥感技术，特别是在 Sentinel-1 卫星系列中，它采用了划时代的C波段 Synthetic Aperture Radar (SAR) 成像模式——Terrain Observation by Progressive Scans (TOPS)。TOPS技术通过卫星在飞行过程中沿方位向逐步扫描，生成的成像区域大幅扩展，相较于ScanSAR模式，TOPS模式能提供信噪比一致、分辨率改善且无扇贝效应的图像，提升了影像质量。 TOPS模式的每个Burst持续时间较长，这有利于提高雷达回波的利用率，但同时也带来挑战，因为多普勒中心频率的变化可能导致高达5KHz，这对干涉处理中的配准精度要求极高，需要达到0.001像素级别，否则会显著影响干涉图的相位稳定性，造成相邻Burst间的相位跳跃。因此，论文深入探讨了针对哨兵卫星TOPS模式的影像干涉处理，包括精确的几何配准、影像相关配准算法、点目标配准以及增强谱分集配准，以优化方位向系统配准误差。 在精配准过程中，增强谱分集方法是关键，但它易受形变如方位向形变和电离层闪烁的影响。论文分析了这些干扰的原理，并提出了干扰排除策略，确保配准信息的准确性。哨兵卫星的快速重访周期使得监测地面沉降能力增强，论文利用StaMPS软件进行PSInSAR处理，提出平滑样条滤波作为改进方法，提高大气效应分离的精度和抗解缠错误的能力。 论文的创新点在于：首先，开发了一种TOPS影像级配准方法，通过结合多组Burst的相关配准结果来校正方位向偏移，避免增强谱分集相位的缠绕，显著提高了配准的精度。其次，优化了Burst增强谱分集精配准方法，有效抑制了电离层闪烁和地表方位向形变的干扰，最终实现千分之一像素级别的高精度。最后，论文还讨论了TOPS时序干涉测量中的挑战及其解决方案，确保了在复杂环境下数据的准确分析和解释。 总结来说，这项研究不仅深化了对Sentinel-1卫星TOPS模式影像干涉处理的理解，还为实际应用提供了高效和精确的算法，对于地球观测和环境监测等领域具有重要意义。