《Sentinel-1 Level 1數(shù)據(jù)處理的詳細(xì)算法定義》文檔定義和描述了Sentinel-1實(shí)現(xiàn)的Level 1處理算法和方程，以便生成Level 1產(chǎn)品。這些算法適用于Sentinel-1的Stripmap、Interferometric Wide-swath (IW)、Extra-wide-swath (EW)和Wave模式。

今天介紹的內(nèi)容如下：

4. 預(yù)處理算法

4.2.1.5 接收增益偏移

PG校準(zhǔn)脈沖是使用模式中第一個(gè)子條帶的啁啾參數(shù)和增益設(shè)置生成的。在將儀器漂移校正應(yīng)用于數(shù)據(jù)時(shí)，必須考慮第一個(gè)子條帶與隨后每個(gè)子條帶之間的增益偏移。為此，每個(gè)子條帶n的平均接收增益功率是按照以下方式根據(jù)圖像校準(zhǔn)數(shù)據(jù)計(jì)算的：

4.2.1.6 儀器漂移推導(dǎo)

IPF應(yīng)執(zhí)行儀器相位和增益漂移校正。實(shí)現(xiàn)此校正有兩種選項(xiàng)：

• 基于PG產(chǎn)品的漂移校正
• 基于PG產(chǎn)品模型的漂移校正

4.2.1.6.1 基于PG產(chǎn)品的漂移補(bǔ)償

內(nèi)部校準(zhǔn)的目標(biāo)之一是測(cè)量發(fā)射功率和接收增益的乘積，這也被稱為PG產(chǎn)品。PG產(chǎn)品計(jì)算的詳細(xì)描述可以在[R-13]中找到。

PG產(chǎn)品可以從復(fù)制品中導(dǎo)出，而復(fù)制品又可以從校準(zhǔn)數(shù)據(jù)包中導(dǎo)出，如第4.2.1.3節(jié)所述，因此，在單次數(shù)據(jù)采集中將有特定數(shù)量的PG產(chǎn)品可用。

然后，將對(duì)可用的PG產(chǎn)品進(jìn)行插值，以獲得每個(gè)接收到的信號(hào)回波的復(fù)雜校正因子。PG增益的補(bǔ)償在原始數(shù)據(jù)校正之后、任何其他處理步驟之前，逐個(gè)回波執(zhí)行，如第9.4節(jié)所述。

算法的第一步是使用第4.2.1.3節(jié)中描述的重建復(fù)制品，并利用提取的第一個(gè)有效復(fù)制品進(jìn)行壓縮。

對(duì)應(yīng)于校準(zhǔn)數(shù)據(jù)包m的子條帶n的PG校正因子，然后可以通過(guò)將參考PG與壓縮復(fù)制品峰值相除，并應(yīng)用當(dāng)前子條帶的接收增益功率比來(lái)計(jì)算：

其中：
PGref是一個(gè)參考的絕對(duì)PG值，它將通過(guò)獲取數(shù)據(jù)的離線分析來(lái)定義。注意：共極化情況下的PGref將與交叉極化情況下的PGref不同。這兩個(gè)PGref都將存儲(chǔ)在輔助文件中。

是壓縮復(fù)制品的最大值（峰值）。

請(qǐng)注意，為了準(zhǔn)確確定壓縮復(fù)制品的最大值，結(jié)果首先通過(guò)FFT在更細(xì)的采樣間隔進(jìn)行重采樣。這個(gè)操作與第4.2.1.4節(jié)步驟2中描述的復(fù)制品提取操作相同。其他極化的漂移系數(shù)以類(lèi)似的方式計(jì)算。

每個(gè)漂移系數(shù)的時(shí)間戳被定義為位于相應(yīng)的校準(zhǔn)序列m的中心。這組漂移系數(shù)代表了一組有時(shí)間戳的PG值，這些值將按照第9.4節(jié)中的描述，稍后通過(guò)線性插值并應(yīng)用于每個(gè)回波源數(shù)據(jù)包。

4.2.1.6.2 基于PG產(chǎn)品模型的漂移補(bǔ)償

儀器的相位/增益漂移應(yīng)不斷監(jiān)控，并且在Sentinel-1的整個(gè)生命周期中應(yīng)提供長(zhǎng)期穩(wěn)定性分析。如果漂移呈現(xiàn)出預(yù)期的緩慢且可預(yù)測(cè)的時(shí)間變化，那么可以定義一個(gè)適當(dāng)?shù)钠颇Ｐ?#xff0c;并作為一個(gè)PG產(chǎn)品模型提供，這是一個(gè)可配置的輸入查找表（LUT）。PG產(chǎn)品模型的使用由一個(gè)可配置的輸入?yún)?shù)getDriftFromPGmodel控制。

4.2.1.7 圖像復(fù)制品系數(shù)生成

提取的圖像復(fù)制品通常含有噪聲，在使用提取的圖像復(fù)制品進(jìn)行距離壓縮之前，應(yīng)該進(jìn)行去噪處理。去噪可以通過(guò)擬合提取復(fù)制品的幅度和相位的多項(xiàng)式系數(shù)來(lái)完成。在本節(jié)中，我們提出了一種算法來(lái)計(jì)算提取復(fù)制品的多項(xiàng)式系數(shù)。

提出的算法所涉及的主要步驟在圖4-2中表示。

請(qǐng)注意，該算法是獨(dú)立于每個(gè)極化通道執(zhí)行的，因此在后續(xù)章節(jié)中，脈沖表示中將省略極化符號(hào)。

4.2.1.7.1 振幅系數(shù)

復(fù)制品振幅的向量定義為：

如圖4-2左側(cè)流程圖所示，執(zhí)行以下操作，并涉及以下步驟：

1. 計(jì)算復(fù)制品的振幅。

2. 振幅向量通過(guò)多項(xiàng)式函數(shù)

進(jìn)行擬合，該函數(shù)在相同的網(wǎng)格上采樣。多項(xiàng)式的階數(shù)是一個(gè)可配置的輸入?yún)?shù)。
在生成范圍參考函數(shù)（RRF）時(shí)，振幅會(huì)被反轉(zhuǎn)，以便經(jīng)過(guò)距離壓縮后的輸出將具有平坦的頻譜。反轉(zhuǎn)后的振幅函數(shù)可以表示為：

4.2.1.7.2 相位系數(shù)

計(jì)算復(fù)制品相位系數(shù)的步驟在圖4-2的右側(cè)流程圖中展示。
1.通過(guò)將復(fù)制品與標(biāo)稱啁啾的共軛相乘，計(jì)算標(biāo)稱啁啾和提取復(fù)制品之間的相位差：

注意：提取的復(fù)制品已經(jīng)與標(biāo)稱啁啾在時(shí)間上對(duì)齊，如第4.2.1.4節(jié)所述。

2.按照第5.3節(jié)中描述的FFT方法，對(duì)相位差進(jìn)行展開(kāi)。

3.對(duì)展開(kāi)后的相位擬合多項(xiàng)式。多項(xiàng)式的階數(shù)是一個(gè)可配置的輸入?yún)?shù)。

4.將展開(kāi)后的相位多項(xiàng)式系數(shù)與標(biāo)稱系數(shù)結(jié)合，以獲得提取的復(fù)制品相位系數(shù)。

4.2.1.8 PG產(chǎn)品驗(yàn)證

對(duì)PG產(chǎn)品執(zhí)行兩種類(lèi)型的驗(yàn)證（每種通道獨(dú)立執(zhí)行驗(yàn)證；因此將省略極化索引）：

• 相對(duì)驗(yàn)證。這種驗(yàn)證包括確定PG產(chǎn)品值是否在所有PG產(chǎn)品值的平均值的給定閾值內(nèi)。

為此，計(jì)算PG產(chǎn)品幅度和相位的平均值

以及標(biāo)準(zhǔn)偏差

如果PG產(chǎn)品值Pm 滿足以下條件，則被視為無(wú)效：

其中pgAmpStdFraction和pStdFraseStdFraction是可配置的輸入?yún)?shù)。

• 絕對(duì)驗(yàn)證。這種驗(yàn)證包括確定PG產(chǎn)品值是否在PG產(chǎn)品模型對(duì)應(yīng)值的給定閾值內(nèi)。然后，如果PG產(chǎn)品值 Pm 滿足以下條件，則被視為無(wú)效：

其中Pmodm 是PG產(chǎn)品模型的值，而maxPgAmpError和maxPgPhaseError 是可配置的輸入?yún)?shù)。

如果無(wú)效PG產(chǎn)品的比例不超過(guò)由可配置輸入?yún)?shù)invalidPgMaxFraction給定的某個(gè)閾值，那么無(wú)效的PG值將被丟棄（只有有效值將被用于對(duì)數(shù)據(jù)的線性插值和應(yīng)用）。否則，所有計(jì)算出的PG產(chǎn)品值將被丟棄，并替換為相應(yīng)的PG產(chǎn)品模型值。

請(qǐng)注意，在PG驗(yàn)證期間不考慮當(dāng)前子條帶的接收增益功率比。

請(qǐng)注意，相對(duì)驗(yàn)證要求所有IPF實(shí)例對(duì)所有數(shù)據(jù)包執(zhí)行PG產(chǎn)品計(jì)算。

4.2.1.9 噪聲測(cè)量處理

在每次數(shù)據(jù)采集期間，作為初始和最終內(nèi)部校準(zhǔn)數(shù)據(jù)包的一部分，會(huì)獲取噪聲測(cè)量數(shù)據(jù)。這些測(cè)量是通過(guò)在噪聲測(cè)量前關(guān)閉TX信號(hào)足夠數(shù)量的TX脈沖來(lái)記錄的。每個(gè)子條帶的噪聲測(cè)量是分開(kāi)記錄的。

噪聲水平是通過(guò)計(jì)算每個(gè)子條帶可用噪聲數(shù)據(jù)包的平均功率來(lái)計(jì)算的。噪聲水平將用于確定輸出圖像的噪聲輪廓，如第9.17節(jié)所述。

通常的噪聲數(shù)據(jù)包將被指示為一個(gè)復(fù)數(shù)樣本數(shù)組：

噪聲數(shù)據(jù)的處理如下：

1. 按照第9.2.1節(jié)的描述應(yīng)用I/Q偏置校正。
2. 如第9.24.1節(jié)所述執(zhí)行來(lái)自噪聲測(cè)量的射頻干擾（RFI）檢測(cè)。
3. 按照第9.2.2節(jié)的描述應(yīng)用雜散信號(hào)校正。
4. 按照第9.2.3節(jié)的描述應(yīng)用接收機(jī)增益補(bǔ)償。
5. 計(jì)算平均功率如下：

對(duì)于噪聲數(shù)據(jù)，可能有不同的編碼選項(xiàng)（見(jiàn)第9.1.2節(jié)）。

在IPF 2.9.0之前，噪聲功率信息完全依賴于在前導(dǎo)碼和后導(dǎo)碼中進(jìn)行的噪聲測(cè)量。為了解釋數(shù)據(jù)采集期間的噪聲水平變化，這可能會(huì)持續(xù)幾分鐘，執(zhí)行了初始值和最終值之間的線性插值。

對(duì)噪聲功率估計(jì)的長(zhǎng)期分析顯示了雙峰分布。實(shí)際上，地球表面向太空輻射的能量被儀器記錄下來(lái)，它增加了噪聲測(cè)量的功率。雙峰分布是由于陸地上輻射的能量高于海洋上。由于測(cè)量的噪聲功率取決于儀器下面的景象，因此基于每個(gè)TopSAR突發(fā)的首次回波，制定了一種新的去噪策略。這些回波，稱為“等級(jí)回波”，是在每個(gè)突發(fā)的第一個(gè)傳輸脈沖的傳播時(shí)間內(nèi)記錄的，因此可以視為等同于噪聲脈沖。自IPF 2.9.0以來(lái)，使用“等級(jí)回波”估計(jì)噪聲功率可以以現(xiàn)實(shí)的方式跟蹤噪聲波動(dòng)。

不幸的是，并非所有的等級(jí)回波都可以用來(lái)估計(jì)噪聲，因?yàn)槠渲幸恍┦艿角皩?dǎo)碼中的穩(wěn)定脈沖和TxCal/TxHCalIso脈沖的影響。根據(jù)當(dāng)前的Sentinel-1時(shí)間線，處理器中實(shí)施了以下規(guī)則來(lái)選擇有效的等級(jí)回波：

等級(jí)回波在以下條件下必須被丟棄：

1. 如果采集模式既不是IW也不是EW，則始終丟棄；
2. 如果采集模式是EW：
   • 如果等級(jí)回波屬于數(shù)據(jù)采集的第一個(gè)突發(fā)；
   • 如果等級(jí)回波是EW1序列中的最后一個(gè)回波（可能存在法線回波）；
   • 如果等級(jí)回波是EW2的一部分；
3. 如果采集模式是IW：
   • 如果等級(jí)回波屬于數(shù)據(jù)采集的第一個(gè)突發(fā)；
   • 如果等級(jí)回波屬于奇數(shù)編號(hào)的突發(fā)（從數(shù)據(jù)采集開(kāi)始計(jì)數(shù)）。

在使用噪聲功率估計(jì)來(lái)生成噪聲向量（如第9.17節(jié)所述）之前，會(huì)執(zhí)行一個(gè)驗(yàn)證步驟：比較連續(xù)噪聲估計(jì)之間的差異與一個(gè)閾值，如果超出閾值，則丟棄噪聲測(cè)量。數(shù)據(jù)采集的第一個(gè)和最后一個(gè)測(cè)量值（依賴于前導(dǎo)碼和后導(dǎo)碼）始終被接受。

4.2.2 算法實(shí)現(xiàn)

本節(jié)介紹了內(nèi)部校準(zhǔn)的算法步驟。請(qǐng)注意，為了簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，這里只指定了HH通道的情況，如果其他通道以相同的方式處理：

1. 處理PG校準(zhǔn)數(shù)據(jù)：
   • 根據(jù)第4.2.1.1.2節(jié)中描述的方法，從下行鏈路啁啾參數(shù)生成標(biāo)稱PG啁啾。這個(gè)標(biāo)稱啁啾將用于復(fù)制品提取、時(shí)間延遲估計(jì)和PG產(chǎn)品計(jì)算。
   • 對(duì)于每個(gè)PG校準(zhǔn)序列m，執(zhí)行以下操作：
   • 根據(jù)第4.2.1.2節(jié)的描述，提取重建復(fù)制品所需的校準(zhǔn)脈沖。
   • 按照第4.2.1.3節(jié)的描述，重建PG復(fù)制品。
   • 按照第4.2.1.4節(jié)的描述，提取復(fù)制品并估計(jì)內(nèi)部時(shí)間延遲，并報(bào)告結(jié)果。
   • 按照第4.2.1.6.1節(jié)的描述，計(jì)算PG產(chǎn)品。
   • 計(jì)算估計(jì)的內(nèi)部時(shí)間延遲的平均值，并將其傳遞給SLC處理器，以便在RRF生成期間對(duì)啁啾進(jìn)行時(shí)間偏移。
   • 按照第4.2.1.8節(jié)的描述，計(jì)算PG產(chǎn)品值的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。

• 對(duì)于每個(gè)PG校準(zhǔn)序列m，驗(yàn)證PG產(chǎn)品并報(bào)告結(jié)果，如第4.2.1.8節(jié)所述。這意味著，如果以下任一條件失敗，則將isPgProductValid(m)設(shè)置為FALSE：
  相對(duì)驗(yàn)證失敗
  絕對(duì)驗(yàn)證失敗
• 計(jì)算無(wú)效PG產(chǎn)品值的百分比（占總校準(zhǔn)序列數(shù)的比例）。
• 確定用于漂移補(bǔ)償?shù)腜G產(chǎn)品來(lái)源：
  如果無(wú)效PG產(chǎn)品值的百分比超過(guò)invalidPgMaxFraction或者getDriftFromPGmodel=TRUE ，使用PG產(chǎn)品模型進(jìn)行漂移補(bǔ)償。 模型如下：

其中m=0,1,…M-1
否則
從復(fù)制品（第5步）動(dòng)態(tài)派生的PG產(chǎn)品設(shè)置漂移補(bǔ)償

其中m=0,1,…M-1
注意：只有當(dāng)isPgProductValid(m)=TRUE時(shí)，其值才會(huì)線性插值并用于漂移補(bǔ)償。
結(jié)束
2. 處理圖像校準(zhǔn)數(shù)據(jù)：

• 根據(jù)第4.2.1.1.1節(jié)中描述的方法，從提供的系數(shù)生成標(biāo)稱圖像啁啾。這個(gè)標(biāo)稱啁啾將用于復(fù)制品提取和復(fù)制品系數(shù)生成。
• 對(duì)于每個(gè)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)包m，執(zhí)行以下操作：
• 根據(jù)第4.2.1.1節(jié)的描述，提取重建復(fù)制品所需的校準(zhǔn)脈沖。
• 按照第4.2.1.3節(jié)的描述，重建圖像復(fù)制品。
• 按照第4.2.1.4節(jié)的描述，提取復(fù)制品并移動(dòng)復(fù)制品。
• 按照第4.2.1.5節(jié)的描述，計(jì)算接收增益功率偏移。
• 設(shè)置復(fù)制品系數(shù)：
  • 如果RRF將使用提取的復(fù)制品生成，則按照第4.2.1.7節(jié)的描述，從第一個(gè)提取的復(fù)制品估計(jì)復(fù)制品系數(shù)，并將復(fù)制品系數(shù)傳遞給SLC處理器；否則，
  • 如果RRF將使用標(biāo)稱啁啾生成，則將標(biāo)稱啁啾系數(shù)傳遞給SLC處理器。
• 提取復(fù)數(shù)增益：
  • 如果RRF將使用標(biāo)稱啁啾生成，則從配置文件中提取標(biāo)稱啁啾的通道間復(fù)數(shù)增益；否則，
  • 如果RRF將使用提取的啁啾生成，則從配置文件中提取提取的復(fù)制品的通道間復(fù)數(shù)增益，并將其實(shí)傳遞給SLC處理器。

3. 執(zhí)行第4.2.1.9節(jié)中描述的噪聲水平估計(jì)。該結(jié)果稍后將用于推導(dǎo)噪聲向量，如第9.17節(jié)所述。

請(qǐng)注意，在切片情況下，每個(gè)IPF實(shí)例將執(zhí)行相同的計(jì)算，以確定整個(gè)段的唯一參考復(fù)制品和PG產(chǎn)品值。

4.3 下行鏈路頭驗(yàn)證

IPF的Sentinel-1預(yù)處理組件將驗(yàn)證下行鏈路內(nèi)的字段。此驗(yàn)證的目的是：

• 確定后期處理階段所需的下行鏈路字段值；
• 驗(yàn)證單個(gè)字段值是否正確，是否受到比特錯(cuò)誤的影響；
• 檢測(cè)缺失的行和間隙；
• 檢查下行鏈路的傳輸模式是否遵循Sentinel-1 IPF預(yù)期的模式，例如子條帶的順序、突發(fā)的長(zhǎng)度以及回波與校準(zhǔn)與噪聲數(shù)據(jù)包的序列。

通常，將采用兩種驗(yàn)證策略：

1. 大多數(shù)投票，預(yù)期在整個(gè)數(shù)據(jù)采集、子條帶或脈沖類(lèi)型中具有恒定值的字段會(huì)在一組數(shù)據(jù)包中進(jìn)行監(jiān)控，大多數(shù)時(shí)間使用的值被視為正確值。然后使用這個(gè)多數(shù)值來(lái)檢查整個(gè)數(shù)據(jù)采集過(guò)程中該字段的錯(cuò)誤。

   在某些情況下（例如SWST字段），這個(gè)值在一段時(shí)間內(nèi)是恒定的，但在某個(gè)點(diǎn)會(huì)切換到一個(gè)新值。在這種情況下，使用大多數(shù)投票來(lái)區(qū)分比特錯(cuò)誤和值的真實(shí)變化。

2. 時(shí)間線一致性檢查，利用對(duì)預(yù)期數(shù)據(jù)包序列和時(shí)間線內(nèi)不同字段相對(duì)變化方式的基本理解。例如，可以相互交叉檢查計(jì)數(shù)字段和數(shù)據(jù)包類(lèi)型字段，以確定它們是否符合預(yù)期的時(shí)間線。

Sentinel-1 IPF將對(duì)每個(gè)字段執(zhí)行的驗(yàn)證的初步描述列在表4-1中。這些Sentinel-1下行鏈路字段在[A-6]中描述。此表包含以下信息：

• 每個(gè)字段的名稱和層次結(jié)構(gòu)；
• 字段值是否在軌道周?chē)?#xff08;在特定模式/子條帶內(nèi)）恒定；
• 字段值是否在一次數(shù)據(jù)采集內(nèi)恒定；
• 字段值是否在子條帶內(nèi)（對(duì)于特定的數(shù)據(jù)采集/模式）恒定；
• 字段值是否對(duì)于特定數(shù)據(jù)包類(lèi)型（無(wú)論是回波、噪聲還是校準(zhǔn)）恒定；
• 是否需要來(lái)自雷達(dá)數(shù)據(jù)庫(kù)的額外信息以解釋該字段（例如，為了使用仰角波束地址，還必須向IPF提供雷達(dá)數(shù)據(jù)庫(kù)中的仰角波束模式）；
• 是否需要查找表或轉(zhuǎn)換法則來(lái)解釋字段值（例如，下行鏈路中的BAQ模式代碼需要使用查找表進(jìn)行翻譯）；
• 要應(yīng)用于每個(gè)字段的驗(yàn)證策略。

Table 4-1 Sentinel-1 IPF Downlink Header Validation可自行查看原始文檔。