高分三号ScanSAR &TopSAR数据处理

高分三号卫星是中国首颗分辨率达到1米的C频段多极化合成孔径雷达（SAR）成像卫星，于2016年8月10日在太原卫星发射中心用长征四号丙运载火箭成功发射升空。高分三号B/C（也称为1米C-SAR 01星和02星）分别于2021年11月23日和2022年4月7日成功发射，相比于高分三号卫星，1米C-SAR采用了TOPSAR模式替代传统扫描模式（ScanSAR）。两星与高分三号卫星形成三星组网，单侧视情况下平均重访周期由单星3天缩短至三星小于1天。

本文介绍GF3B/C的L1A级TopSAR成像数据的处理，GF3 ScanSAR数据类似操作。在SARscape5.7下完成，包括数据导入、多视处理、滤波处理、地理编码，这些处理步骤可根据应用需求来选择。

SARscape5.7下载与试用：https://envi.geoscene.cn/sar_license

补丁下载： https://pan.baidu.com/s/1LIHP3rbI3CFUmv-CNQlX9g?pwd=ENVI

高分三号卫星概述

高分三号TOPSAR模式三种成像模式，如下表所示。从文件名上很难区分具体是哪种成像模式，可打开.meta.xml文件，找到以下属性来判断。

        <NominalResolution>50</NominalResolution>

        <WidthInMeters>300</WidthInMeters>

L1A级TopSAR数据有三个分片图像组成，以_Strip_0、_Strip_1、_Strip_2后缀标识。

成像模式名称		分辨率/m	幅宽/km	极化方式
TOPSAR模式	窄幅	50	300	双极化
	宽幅	100	500	双极化
	全球观测	500	650	双极化

高分三号数据导入

1. 在Toolbox中，双击/SARscape/Import Data/SAR Spaceborne/GAOFEN-3工具，打开Import Gaofen-3面板。
2. 数据输入（Input Files）：点击，输入高分三号数据.meta.xml文件
3. 参数设置（Parameters）：主要参数（Principal Parameters），设置如下参数。
4. 极化方式（Polarization）：ALL，输出所有的极化数据；

注：若不需要所有极化的数据，可以选择只输出同极化或者交叉极化的数据；

• 对数据重命名（Rename the File Using Parameters）：True。软件会自动在输入文件名的基础上增加几个标识字母，如增加“_VV_slc”。

注：软件自动识别GF-3数据的模式。

      5.数据输出（Output Files）

输出文件（Output file list）：自动读取ENVI默认的数据输出目录以及输入面板中的数据文件名。

注：1、如果要修改输出文件名，在需要修改行中右键选择Edit，输入文件名；

2、如果要修改输出的路径，在需要修改行中右键选择Change Output Directories，选择新的路径。

      6.单击Exec按钮开始执行。

注：这个版本会弹出一个对话框提示目前只是初步支持TOPSAR数据格式，点击确定即可。

生成的结果除了图像文件外，还包括KML和Shapefile格式的图像轮廓线。

图1 高分三号数据导入面板

数据导入的结果包slc数据、地理坐标系的矢量范围shapefile文件以及kml文件，如下图是导入后的数据文件。

图2 导入列表

参数设置

本例使用的是50米分辨率的窄幅数据。

系统参数设置：在Toolbox中，双击/SARscape/Preferences/Preferences specific。在参数设置界面中，选择Load Preferences->LR(coarser than 30m)，再点击General parameters选项，设置Cartographic Grid Size（m）：50。

选做：在Toolbox中，双击/SARscape/Preferences/Preferences common。选择General parameters选项，设置Generate Quick Look：False。不生成结果快视图，节约时间和硬盘空间。

多视

单视复数（SLC）SAR图像产品包含很多的斑点噪声，为了得到最高空间分辨率的SAR图像，SAR信号处理器使用完整的合成孔径和所有的信号数据。多视处理是在图像的距离向和方位向上的分辨率做了平均，目的是为了抑制SAR图像的斑点噪声。多视的图像提高了辐射分辨率，降低了空间分辨率，同时也从SLC产品中得到雷达强度图像。

高分三号数据在数据导入后生成的数据类型为复合数据类型（Complex），默认显示的是雷达强度图像（magnitude值）。因此该多视处理为选做步骤。

1. 在Toolbox中，双击/SARscape/Basic/Intensity Processing/Multilooking工具，打开Multilooking面板。
2. 数据输入（Input Files）：单击按钮，选择上一步导入的*_slc_list数据，如果导入2种极化的slc数据可以同时选择，软件根据元数据文件和设置的制图分辨率自动算出距离向视数（Range Looks）和方位向视数（Azimuth Looks）。
3. 参数设置（Parameters）：主要参数（Principal Parameters）中，参数按照默认。
4. 数据输出（Output Files）：输出路径及文件名按照默认，结果自动添加_pwr后缀。
5. 单击Exec按钮执行。

图3 多视处理参数面板

图4 多视后结果

单通道强度数据滤波

1. Toolbox中，双击/SARscape/Basic/Intensity Processing/Filtering/Filtering Single Image，打开Filtering Single Image面板。
2. 数据输入（Input Files）:点击，输入上一步得到的强度数据。
3. 参数设置（Parameters）：主要参数设置（Principal Parameters）:

• 滤波方法（Filter Method）：提供了八种滤波方法，本例选择Frost方法。
• 方位向窗口大小（Azimuth Window Size）：5
• 距离向窗口大小（Range Window Size）：5
• 等值视数（Equivalent Number of Looks）：-1

注：1、窗口设置越大，滤波效果越平滑，需要的时间越长。

2、不同的滤波方法会激活不同的参数。

      4.数据输出（Output Files）：输出路径和文件名按照默认，自动添加了_fil的后缀。

      5.单击Exec执行。

图5 滤波结果（左-滤波前，右-滤波后）

地理编码&辐射定标

1. Toolbox中，双击/SARscape/Basic/Intensity Processing/Geocoding/Geocoding and Radiometric Calibration，打开Geocoding and Radiometric Calibration面板：
2. 数据输入（Input Files）：选择上一步得到的滤波结果。
3. 可选文件（Optional Files）：Geometry GCP File文件是可选项，这里不使用。
4. 投影参数（DEM/Cartographic System）：DEM为可选项。如果输入了DEM数据，则输出的结果的投影以DEM为准。输入DEM数据可以提高几何定位精度。

注：如果需要输入dem数据，推荐使用SARscape/Import Data/DEM Extraction/ALOS World 3D 30m工具自动下载30米DEM数据。

     5.参数设置（Parameters）：主要参数（Principal Parameters）

• 像元大小（X Grid Size）：50
• 像元大小（Y Grid Size）：50
• 辐射定标（Radiometric Calibration）：Ture（默认）

注：如不进行辐射定标，得到的为无量纲的Beta值，即雷达亮度值。如进行辐射定标处理，得到的是Sigma计量单位后向散射系数。

• 散射面积（Scattering Area）：Local Incidence Angle。
• 辐射归一化（Radiometric Normalization）：Ture（默认）。

注：辐射归一化后得到的为Gamma计量单位。

• 局部入射角校正（Local Incidence Angle）：False
• 输出类型（Output type）：Linear （默认）

注：输出类型linear和Db的关系为：∂^0 (Db)=10*log∂^0

     6.数据输出（Output Files）：输出路径和文件名按照默认，自动添加了_geo后缀。

     7.单击Exec执行。

图6 地理编码后结果