RADARSAT-2雷达卫星影像产品及其应用

一、雷达卫星遥感的优势及发展
1、大数据时代下多源遥感蓬勃发展、数据源选择多样化 搭载平台：机载、星载、车载 传感器：光学摄影机、CCD传感器、微波类传感器（合 成孔径雷达）
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熟悉光学的用户普遍对雷达遥感影像如何认知？
1、不受天气影响，获取快； 2、图像光谱信息单一，斑点噪声太多； 3、地物变形较大，很难识别； 4、处理效果不尽人意；
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雷达波段波长和频率
波段 Ka K Ku X C S L P 波长（cm） 频率（GHz） 0.75~1.18 1.18~1.67 1.67~2.40 2.40~3.75 3.75~7.5 7.5~15 15~30 77~136 40~26.5 26.5~18.0 18.0~12.5 12.5~8.0 8.0~4.0 4.0~2.0 2.0~1.0 0.39~0.22
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RADARSAT-2雷达卫星的优势及改进
特 点 优 点 高分辨率模式 （最高为1米） 四极化模式 （HH+HV+VV+VH） 新增宽模式 左右视功能 近实时编程服务 （4-12小时） 近实时交付能力 （2-4小时） 对于小面积，更精细的目标检测、识别，可以获 取最大信息量。 改进地物识别、变化监测及分类的能力，在农作 物监测、林业等方面应用更为有效。 新增五种宽模式影像模式，单次成像面积增大， 对于大面积的监测更为有效。 提高了对目标区域的重访频率，提高了监测效率。 在应急响应事件中，尽可能快速的提供影像获取， 以满足处理紧急情况的需要。 数据接收后2-4小时可以交付产品，对于灾害监测 等突发事态处理有较好的帮助。
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聚束模式成像原理
对某一特定兴趣区域进行方位向 的多次拍摄，以达到高的方位向 分辨率。
SpotLight mode
波束模式 产品 SLC SGX SpotLight SGF SSG,SPG 0.5*0.5 0.5*0.5
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像元大小（距 分辨率（距离* 幅宽 定标 离*方位）（m） 方位）（m） （km*km） 精度 1.3*0.4 1*1/3 18*8 4.6-2.0*0.8 <1dB 1.6*0.8
11Hale Waihona Puke Baidu
2、雷达卫星相比光学的优势： 雷达卫星搭载主动传感器，具有全天候、全天时探测能力 波长较长，穿透力强、无云覆盖 采用侧视方式，一次成像面积大、成本低 SAR能够获取地面物体纹理特性
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主流雷达卫星常用波段
波段 X 卫星 TerraSAR、TanDEM Cosmosky-Med ERS-1/2 C ENVISAT ASAR RADARSAT-2 Sentinel-1A L ALOS PALSAR ALOS-2 PALSAR-2 波长（cm） 频率（GHz） 3.1 3.1 5.6 5.6 5.6 5.6 23.6 25 9.65 9.65 5.33 5.33 5.40 5.40 1.27 1.20
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近距离亮，远距离暗
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透视收缩（Foreshortening）： 影像中斜面的长度被缩短，斜坡比较亮
叠掩（顶底位移）（Layover）： 由于坡度大，雷达波束先到坡顶，后到坡底 显示顶底倒移
阴影（Shadow）： 背向雷达的斜坡，信号达不到该区域
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入射角的影响
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关于极化（同极化:HH和VV；交叉极化：HV和VH）
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RADARSAT-2卫星地面站（Ground Station）
全球共计24个RADARSAT-2地面接收站，覆盖全球大部分区 域，可快速接收卫星数据，并及时提供给用户
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德清卫星地面接收站建设
拟接收半径2000km 将覆盖中国渤海、东 海、南海等重要海域及 中东部经济发达区域 同时兼顾海洋常规业 务监测及沉降农业应用 监测需求
定位 精度
<15m
单波束条带模式成像原理 条带模式—3米分辨率超精细模式
波束模式 产品 SLC Ultra-Fine SGX SGF SSG,SPG SLC Wide Ultra-Fine SGX SGF SSG,SPG 像元大小（距 分辨率（距离* 幅宽 定标 离*方位）（m） 方位）（m） （km*km） 精度 1.3*2.1 1.0*1.0 1.56*1.56 1.56*1.56 1.3*2.1 1.0*1.0 1.56*1.56 1.56*1.56
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不分昼夜均可成像
无论云雨均可成像
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无云覆盖
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铁路
铁路在雷达图像上一般表现为亮线，隧道路段断开。
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立交桥
机场
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雷达
光学
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建筑物
建筑群
平顶建筑物呈“L”型
城市建筑物群相对密集，排列多且整齐,这些目标一般具有较强的后向散射信号。 平顶建筑屋顶大多数形成镜面反射，屋顶呈暗色调，在雷达图像上呈现“L”形
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不同极化的差异
HH HV
HH
HV
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不同极化对于地物的识别效果各异
极化方式
地物后向散射强度取决于雷达波极化 状态，一般情况下： 对于表面散射VV>HH 对于体散射VV~HH 一般来说，交叉极化（HV、VH）后向 散射低于同极化（HH、VV），但是对 比度比较大
RADARSAT-2 UltraFine
COSMOSky-Med/Italy/2007 X-Band
ALOS2-JAXA/2014.5 L-Band
ALOS/PALSAR/NASDA/JADOS/2006 L-Band
RADARSAT-2/CSA/MDA/2007 C-Band
国产高分三号
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雷达卫星产品发展特点：
1、完成了从低分辨率到高分辨率的过渡（从最高30米到目前最高0.25米） 2、波长覆盖广（X-C-S-L） 3、完成了从单极化到全极化的突破性改善 4、模式、幅宽选择越来越多样化 5、ALOS-2及RADARSAT Constellation 新增加紧致极化
RADARSAT-2 2007年 2280 kg 7年 C波段，5.405 GHz 0.7 to 100 米 单极化、双极化 全极化 左视和右视 800 公里 24 天
RADARSAT卫星星座 2017年及2018年 <1300 kg 7年 C波段，5.405 GHz 0.7 to 100 米 单极化、双极化 全极化、紧致极化 右视 600 公里 12 天
•
The arrows indicate the location of the river channels. The river channel in Area 1 is about 20 m wide, and the river channel in Area 2 is about 17 m wide.
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三、 MDA及RADARSAT系列卫星情况介绍
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RADARSAT-1 发射时间 重量 设计寿命 频率 空间分辨率 极化方式 视向 轨道高度 重访周期 1995年 2013年进入安全模式 2750 kg 5年 C波段， 5.3 GHz 10 to 100 米 HH 右视 800 公里 24 天
RADARSAT-2 产品级别
产品级别 基本说明
单视复型产品。它采用单视处理，保留了SAR相应信息，以32bit SLC（Single Look Complex） 复数形式记录图像数据。只有单波束模式的数据可以生成SLC产 品，该产品面向于具有相当处理水平和处理条件的用户。 SAR地理参考精细分辨率产品。只有单波束模式的数据可以生成 SGF产品。对标准模式、宽模式、超低和超高模式均采用 SGF（SAR Georeferenced Fine Resolution） 12.5m×12.5m的象元尺寸和4视处理；对于精细模式，采用 6.25m×6.25m的象元尺寸和单视处理。 SGX（SAR Georeferenced Extra Fine Resolution） SCN（ScanSAR Narrow Beam） SCW（ScanSAR Wide Beam） SSG（SAR Systematically Geocoded） SAR地理参考超精细分辨率产品。该产品与SGF产品相仿，唯一 的区别是SGX采用更小的象元尺寸，因而产品的数据量较大。 窄幅ScanSAR产品。图像为25m×25m的象元尺寸。 宽幅ScanSAR产品。图像为50m×50m的象元尺寸。 SAR地理编码系统校正产品。该产品在SGF产品的基础上进行了 地图投影校正。只有单波速模式数据可以生成SSG产品。 SAR地理编码精校正产品。该产品与SSG产品相仿，不同之处在 于采用地面控制点对几何校正模型进行修正，从而大大提高了产 品的几何精度。
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波长越长，穿透性越强
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雷达遥感卫星的发展阶段
过去 现在
SIR-C NASA/JPL(USA)/1994 L,C-Band
TerraSAR/DLR/Airbus/2007 X-Band
Sentinel-1-ESA/2014.4 C-Band
ENVISAT/ASR/ESA(EU)/2002 C-Band
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路灯等信息清晰可见
R：HH极化；G：HV极化；B：VV极化 高分辨率全极化SAR数据RGB合成
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二、雷达影像的成像原理及典型地物特征
1、主动传感器 2、侧视成像 3、叠掩 4、阴影 5、顶底位移（透视收缩）
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SAR图像几何成像特征
斜距显示近距离压缩： 斜距影像上，相同长度的目标，近距端比远距端影像短，近距被压 缩，比较亮， 这导致近距端影像分辨率低，远距端影像分辨率高
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SPG（SAR Precision Geocoded）
Ground Range SQ11 SGF (HV)
Slant Range SQ11 SLC (HV)
SGF、SSG、SLC产品对比
SSG和SGF相仿，但是SSG有地图投影， 每个象元有精确的地理坐标
Ground Range SQ11 SSG (HV)
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四、 RADARSAT-2产品体系及产品级别
波束模式
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波束模式范围示意
• • • •
SLA
QP
• • •
Fine/ML Standard Wide
ScanSAR Narrow
ScanSAR Wide
•
扫描宽模式 – 500 km x 500 km – 100 m res 扫描窄模式 – 300 km x 300 km – 50 m res 宽 – 150 km x 150 km – 30 m res 标准 – 100 km x 100 km – 25 m res 精细/多视精细 – 50 km x 50 km – 10 m res 标准全极化 – 25 km x 25 km – 25 m res 精细全极化 – 25 km x 25 km – 10 m 聚束模式 – 18km x 8 km – .8m x 2.2 m res
RADARSAT雷达卫星影像 产品体系及其应用优化
北京揽宇方圆信息技术有限公司
提纲
一、雷达卫星遥感的优势及发展 二、雷达影像的成像原理及典型地物特征 三、MDA及RADARSAT系列卫星情况介绍 四、RADARSAT-2产品体系及产品级别 五、RADARSAT-2产品应用优化 六、常用SAR处理软件 七、总结
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RADARSAT-2 SpotLight B subscene (HH)
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不同分 辨率的 成像细 节能力 差异
1米分辨率
3米分辨率
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水体
RADARSAT-2多视精细HH极化
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入射角和分辨率的影响
• Due to a larger incidence angle (and better resolution), the river channel is more discernable in the FQ 19 (~ 8 m resolution) image versus the FQ 7 (~12 m resolution) image.
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RADARSAT-2雷达卫星相关
RADARSAT-1 1995年发射，于2013年4月进入安全模式。 在海洋、国土等领域持续发挥着重要作用。
RADARSAT-2 2007年发射，凭借其精准的轨道定位、优质的图 像质量及多种成像模式，在国土、农业、林业、海 洋、地质及水文等领域得到较为广泛的应用。 RADARSAT卫星星座 在RADARSAR-1和RADARSAT-2发展基础上开展 由三颗卫星组成，提供昼夜覆盖，大大缩短了重 访周期 ，极大地提高监测频率。