高分辨率合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星—TerraSAR—X

摘 要：本文介紹了德國的高分辨率星載SAR衛(wèi)星-TerraSAR-X，重點(diǎn)介紹了其系統(tǒng)特性、成像模式和基本產(chǎn)品，并對(duì)其應(yīng)用前景進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：TerraSAR-X；TanDEM-X；高分辨率；多極化.

中圖分類號(hào)：TN955 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2014） 18-0000-01

星載合成孔徑雷達(dá)SAR（Synthetic Aperture Radar）是一種現(xiàn)代高分辨率側(cè)視成像雷達(dá)，能夠適合于民事和軍事應(yīng)用的有效監(jiān)視工具，具有全天候、全天時(shí)、穿透力強(qiáng)、大面積的成像探測能力，空間分辨率可達(dá)米級(jí)甚至亞米級(jí)的全球地表信息。德國的高分辨率星載SAR衛(wèi)星-TerraSAR-X攜帶一顆高頻率的X波段合成孔徑雷達(dá)傳感器，不僅影像分辨率高，而且具有多種成像模式和多種極化方式，以其獨(dú)特的優(yōu)勢在測繪、資源探測、災(zāi)害相應(yīng)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

一、TerraSAR-X的系統(tǒng)特性

TerraSAR-X衛(wèi)星在距地524km高的極地軌道上圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)，太陽同步軌道，軌道周期為94.8分鐘，能進(jìn)行左右側(cè)視。該衛(wèi)星具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：靈活的分辨率（1m/3m/18.5m）和覆蓋區(qū)域、任何其他的商業(yè)星載傳感器都無法比擬的幾何精度、極高的輻射精度、高度的重訪周期、獨(dú)特的敏捷性、成像和極化模式的快速切換。

二、成像模式

高分辨率聚束式高分辨率聚束式（High Resolution SpotLight，HS），最高分辨率達(dá)1m，一景影像大小為5到10km（寬）×5km（長）。聚束式（SpotLight Mode，SL）：分辨率高達(dá)2m，一景大小為10km（寬）×10km（長）。這兩種成像模式具有可變的距離向分辨率和景幅大小，這兩種成像模式利用電磁波在方位向上的延遲來提高成像時(shí)間，例如，雷達(dá)直徑越大，方位向分辨率越高，但是景幅的方位向越小[1]。

SAR影像的基本拍攝模式為條帶成像模式（Stripmap Mode，SM）。通過固定天線指向來實(shí)現(xiàn)，天線在衛(wèi)星運(yùn)行時(shí)照射的區(qū)域表面形成一個(gè)條帶。單極化方式最高分辨率約為3m，雙極化為6m，景幅寬約為30km×長50km。以入射角固定的波束沿飛行方向推掃成像，主要特點(diǎn)是幾何分辨率高、覆蓋范圍較大、入射角可選。其數(shù)據(jù)產(chǎn)品加上精密軌道數(shù)據(jù)，也可以用于重復(fù)軌道干涉測量，并獲得觀測目標(biāo)區(qū)域的數(shù)字高程模型。

寬掃描成像模式（ScanSAR，SC），天線（雷達(dá)波束）在成像時(shí)沿距離向掃描，使觀測范圍加寬，同時(shí)也將降低方位向分辨率，可應(yīng)用與大面積紋理分析。這種模式的主要特點(diǎn)是中等幾何分辨率、覆蓋率高、入射角可選。其極化方式為單極化方式（HH或VV），成像分辨率約為16m，數(shù)據(jù)采集范圍為15°～60°，全效率范圍為20°～45°，景幅大小約為100km×150km[2]。

三、TerraSAR-X產(chǎn)品

TerraSAR-X的有4種標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)產(chǎn)品1b級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品（CEOS Level 1 date Products）單視斜距復(fù)影像（Single look Slant range Complex，SSC）、多視地距影像（Multilook Ground range Detected，MGD）、橢球校正地理編碼產(chǎn)品（Geocoded Ellipsoid Corrected，GEC）和增強(qiáng)型橢球改正產(chǎn)品（Enhanced Ellipsoid Corrected，EEC）[3]。

SSC產(chǎn)品是聚焦雷達(dá)信號(hào)的單視基本產(chǎn)品，在斜距向和方位向上有相等的像素分辨率，數(shù)據(jù)由復(fù)數(shù)表示。每個(gè)像素點(diǎn)被處理成零多普勒坐標(biāo)即垂直衛(wèi)星飛行方向，沒有地理編碼，具有全寬帶和相位信息，數(shù)據(jù)格式為DLR COSAR的二進(jìn)制格式。主要用于科學(xué)研究，例如：SAR干涉測量和全極化測量。

MGD產(chǎn)品是對(duì)SSC數(shù)據(jù)進(jìn)行多視處理，影像上的距離比率與實(shí)際地點(diǎn)間的距離比率一致，將WGS-84模型和平均地形高程投影到地面。低相干斑噪聲和近似正方分辨單元的多視產(chǎn)品，影像中沒有地理坐標(biāo)信息，沒有插值和影像旋轉(zhuǎn)校正，像素定位精度低于地理編碼類產(chǎn)品，并且只有角點(diǎn)和中心點(diǎn)附帶坐標(biāo)說明，不能用于干涉計(jì)算，數(shù)據(jù)格式為XML+GeoTiff，與ERS衛(wèi)星的PRI數(shù)據(jù)格式相近。

GEC產(chǎn)品采取多視處理，利用WGS-84模型和平均高程重采樣，沒有地形改正。投影種類有UTM和UPS。像素定位精度的變化取決于地形，山區(qū)、丘陵地區(qū)等高差變化較大的區(qū)域，引起的誤差比較明顯。可選者空間增強(qiáng)或輻射增強(qiáng)產(chǎn)品（SE或RE），山區(qū)地形產(chǎn)生的變形值較大，可適用于幾何校正，數(shù)據(jù)格式為XML+GeoTiff。

EEC產(chǎn)品采取多視處理，利用外部的DEM數(shù)據(jù)（目前使用的DEM數(shù)據(jù)為90m網(wǎng)格的SRTM數(shù)據(jù)）對(duì)影像進(jìn)行糾正，有效地克服了透視縮進(jìn)現(xiàn)象。采用WGS-84模型進(jìn)行重采樣，使用UTM和UPS投影，可現(xiàn)實(shí)地面的陰影和遮蔽部分。采用像素地位準(zhǔn)確（達(dá)到米級(jí)，但效果取決于DEM質(zhì)量），該產(chǎn)品為基本產(chǎn)品中最高幾何校正級(jí)別產(chǎn)品，能夠快速解譯并與其他信息融合，數(shù)據(jù)格式為XML+GeoTiff。

四、應(yīng)用領(lǐng)域和前景

至2007年6月15日發(fā)射成功以來，TerraSAR-X成功回傳了超過45000個(gè)數(shù)據(jù)集。TanDEM-X于2010年6月21日成功發(fā)射，它與TerraSAR-X近距離編隊(duì)飛行，構(gòu)成一個(gè)高精度雷達(dá)干涉測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)傳回的數(shù)據(jù)經(jīng)處理后得到的影像產(chǎn)品質(zhì)量非常高，為水文地理學(xué)、地質(zhì)學(xué)、氣候?qū)W、海洋學(xué)、制圖學(xué)、環(huán)境或?yàn)?zāi)害監(jiān)測、干涉測量研究等領(lǐng)域提供多模式X波段高分辨率SAR數(shù)據(jù)，為今后星載SAR任務(wù)制定了新標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]http：//www.dlr.de/tsx/documentation/Satellite.pdf[OL].

[2]倪維平，邊輝.TerraSAR-X 雷達(dá)衛(wèi)星的系統(tǒng)特性與應(yīng)用分析[J].雷達(dá)科學(xué)技術(shù)，2009（01）：29-34.

[3]侯瑞，譚志祥，黃國滿.新型高分辨率星載SAR衛(wèi)星-TerraSAR-X[J].中國科技論文在線，2009（02）：1475-1480.

[作者簡介]侯瑞（1982-），女，河南鄭州人，教師，碩士研究生，研究方向：遙感影像處理，工程測量；鄧艷芬（1982-），女，山東鄆城人，碩士研究生，研究方向：地理信息。

[基金項(xiàng)目]國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：40772191）；“十一五”國家科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2006BAC09B01）。