《Sentinel-1 Level 1数据处理的详细算法定义》文档定义和描述了Sentinel-1实现的Level 1处理算法和方程，以便生成Level 1产品。这些算法适用于Sentinel-1的Stripmap、Interferometric Wide-swath (IW)、Extra-wide-swath (EW)和Wave模式。
今天介绍的内容如下：
Sentinel-1 Level 1数据处理的详细算法定义（十）
- 8.2 内部信号数据切片定义
- 8.2.1 Stripmap情况
- 8.2.2 TOPSAR情况
- 8.3 输出切片定义
- 8.3.1 Stripmap SLC案例
- 8.3.2 TOPSAR SLC案例
- 8.3.3 Stripmap GRD案例
- 8.3.4 TOPSAR GRD案例
- 9 通用和支持算法
- 9.1 原始数据解码
- 9.1.1 原始数据解码概述
8.2 内部信号数据切片定义
为了保持最终拼接切片的连续性，内部信号数据切片需要与以下内容对齐：
• 对于Stripmap模式，需要与方位处理块对齐。
• 对于TOPSAR模式，需要与突发周期时间对齐。
因此，L0输入切片不能完整使用，必须定义为L0切片的子集的内部信号数据切片。
- Stripmap情况在第8.2.1节中介绍。
- TOPSAR情况在第8.2.2节中介绍。
8.2.1 Stripmap情况
在Stripmap情况下，信号数据必须与方位处理块对齐，因此内部输入信号数据切片将取决于：
• 方位处理块的长度。块的长度以秒为单位， Tblk（可能是最后一个块除外）
由以下公式给出：
其中 𝑀fft 是方位FFT长度，并且是一个可配置的输入参数。
• 方位处理块的重叠。方位块重叠 T b l k o v T_{blkov} Tblkov可以如第9.12节所述进行计算，并作为一个可配置的输入参数提供。请注意，块重叠对所有切片都是通用的。
• 所有切片共同的（并且已知的）时间原点 t s t a r t t^{start} tstart。特别是，这个原点将被设置为在作业订单感知开始时间参数 t s t a r t t^{start} tstart之后的段中第一条回波线感知时间。
由于切片与块的对齐，整个段中任何方位块的开始时间对所有IPF实例都是已知的，并且可以使用以下公式计算：
内部输入切片的感知开始和停止时间可以按以下方式计算：
-
计算切片中第一个块的绝对块号， p i s t a r t p_i^{start} pistart:
-
计算切片的获取开始时间：
-
计算切片中的块数量：
-
计算切片的获取停止时间：
请注意，如果 N b l o c k , i ≤ 0 N_{block,i}\leq0 Nblock,i≤0,这意味着输入的L0切片太短（即短于( T b l k − T b l k O v T_{blk}-T_{blkOv} Tblk−TblkOv)加上一定的余量），这将导致处理失败。
请注意，由于切片与方位块的对齐，连续内部切片之间的重叠必然是以下形式：
其中 m是重叠中的块数（一个正整数）。
m参数可以通过以下方式计算：
8.2.2 TOPSAR情况
为了连续性，每个内部TOPSAR信号数据切片的长度必须是突发周期的整数倍。因此，TOPSAR内部输入切片的定义将取决于：
• 突发周期时间，定义为：
其中 T b , k T_{b,k} Tb,k是条带的突发时间，即给定条带的一个突发在方位上持续的时间。
• 所有切片共同的（并且已知的）时间原点 t s t a r t t^{start} tstart 。特别是，这个原点将被设置为在作业订单感知开始时间参数 t ~ s t a r t \widetilde{t}^{start} t start 之后的第一个突发的开始时间。该第一个突发所在的条带随后被用作段内每个后续周期的起始点。
由于需要将切片与突发周期对齐，整个段中任何突发周期的开始时间对所有IPF实例都是已知的，并且可以使用以下公式计算：
内部输入切片的感知开始和停止时间由8-3至8-10方程定义，其中 T b l k T_{blk} Tblk被替换为 T c y c l e T_{cycle} Tcycle ，且 T b l k O v T_{blkOv} TblkOv被设置为零。类似地，切片重叠中的周期数可以从8-12方程计算得出。
8.3 输出切片定义
输出切片的定义将取决于成像模式类型（条带图或TOPSAR）和产品类型（SLC或GRD）：
- 条带图SLC情况在第8.3.1节中介绍。
- TOPSAR SLC情况在第8.3.2节中介绍。
- 条带图GRD情况在第8.3.3节中介绍。
- TOPSAR GRD情况在第8.3.4节中介绍。
8.3.1 Stripmap SLC案例
每个输出切片将被定义以确保切片之间的无缝拼接。为此，每个输出切片的开始和结束时间将位于一个公共网格上，时间间隔均匀地恰好为一个脉冲重复间隔（PRI）。
- 每个IPF实例计算第一个切片的零多普勒开始时间（也称为“锚定时间”），如下所示：
其中：
- t s t a r t t^{start} tstart= 段开始时间
- η c , n o m \eta_{c,nom} ηc,nom= 名义直流时间偏移（基于所有范围值中的最大直流值，从起始时间 t s t a r t t^{start} tstart的轨道和姿态计算得出）。它可以被计算为多普勒中心和多普勒速率值之间的比率。它表示为了从获取几何（以一定的斜视角执行）转换到用于聚焦的零多普勒几何所需的数据方位移动。
- T m f T_{mf} Tmf = 方位匹配滤波器持续时间（见第9.12节） - T Δ O v T_{\Delta Ov} TΔOv= 额外的方位块重叠时间（可配置的输入参数；另见第9.12节）
时间 t z d , 1 s t a r t t^{start}_{zd,1} tzd,1start进一步被量化到下一个脉冲重复间隔（PRI）；不失一般性，符号不变。
- 每个IPF实例计算其输出切片 i 的零多普勒开始时间和结束时间，如下所示：
- 如果输出SLC切片是最终产品：
- 如果输出SLC切片进一步处理成GRD产品：
t z d , i s t a r t t^{start}_{zd,i} tzd,istart必须减去特定于GRD（地面范围检测）的块重叠 T g r d B l k O v T_{grdBlkOv} TgrdBlkOv,
其中 T g r d B l k O v T_{grdBlkOv} TgrdBlkOv是一个可配置的输入参数。
- 每个IPF搜索其应该处理的切片中的第一个方位块。这是通过搜索当前切片中可以生成输出切片的第一个输出范围线（即，零多普勒输出时间 t z d , i s t a r t t^{start}_{zd,i} tzd,istart的线）的方位块来完成的。搜索通过将输入切片中方位块的获取开始时间转换为零多普勒时间来完成：
其中最大值取自所有范围单元。
请注意，由于切片到方位块的量化， t b l k , p s t a r t t^{start}_{blk,p} tblk,pstart可以用类似于方程8-6的公式轻松计算。
当 t z d , i s t a r t t^{start}_{zd,i} tzd,istart位于 t z d , b l k , p i s t a r t t^{start}_{zd,blk,pi} tzd,blk,pistart和 t z d , b l k , p i + 1 s t a r t t^{start}_{zd,blk,pi+1} tzd,blk,pi+1start之间时，IPF找到它的第一方位块 p i p_i pi。
因此，在输出数据时，IPF将丢弃块 p i p_i pi的前 ( t z d , b l k , p i s t a r t − t z d , i s t a r t ) ⋅ F a (t^{start}_{zd,blk,pi}-t^{start}_{zd,i})\cdot Fa (tzd,blk,pistart−tzd,istart)⋅Fa行。
4. 每个IPF使用类似的计算步骤搜索其应该处理的切片中的最后一个方位块。搜索通过将输入切片中方位块的获取开始时间转换为零多普勒时间来完成：
其中最小值取自所有范围单元。
当 t z d , i s t o p t^{stop}_{zd,i} tzd,istop位于 t z d , b l k , p i s t a r t t^{start}_{zd,blk,pi} tzd,blk,pistart和 t z d , b l k , p i + 1 s t a r t t^{start}_{zd,blk,pi+1} tzd,blk,pi+1start之间时，IPF找到它的最后方位块 q i q_i qi。（因此，在输出数据时，IPF将丢弃块 q i q_i qi的最后 ( t z d , b l k , q i s t a r t − t z d , i s t o p ) ⋅ F a (t^{start}_{zd,blk,qi}-t^{stop}_{zd,i})\cdot Fa (tzd,blk,qistart−tzd,istop)⋅Fa行。）
8.3.2 TOPSAR SLC案例
所有TOPSAR突发在所有条带中已经被重采样（与切片无关）到一个共同的输出方位像素间距（见第6.4.1.3节）。为了确保所有切片之间的共同网格，重采样步骤中选择的时间原点必须对所有切片相同；为了方便，时间原点将被设置为 t s t a r t t^{start} tstart。然后，TOPSAR切片将自动与共同网格对齐。
此外：
- 如果最终产品是SLC产品，对于每个条带，除了切片末端重叠区域中的突发外，所有切片中的突发将构成输出切片。
- 如果输出SLC切片进一步处理成GRD产品，保留一个重叠的突发并丢弃其余的（如果有）。
8.3.3 Stripmap GRD案例
所有的Stripmap切片都通过方位插值被重采样到一个共同的方位方向网格。这个共同网格将由一个对所有切片共同的原点定义，为了方便可以设置为 t z d , 0 s t a r t t^{start}_{zd,0} tzd,0start（见方程8-15），以及固定的输出方位像素间距。
第一个输出GRD切片的开始时间将是时间 t z d , 1 , g r d s t a r t t^{start}_{zd,1,grd} tzd,1,grdstart ，四舍五入到下一个整数输出像素，其中：
所有切片的开始和停止时间将由方程8-16和8-17定义，四舍五入到下一个整数输出像素，因为额外的切片重叠（见8.3.1步骤2）将被丢弃。
8.3.4 TOPSAR GRD案例
所有切片中的所有突发在方位向上通过插值被重新采样到一个共同的网格上。这个共同的网格由所有切片共有的原点和固定的输出方位像素间隔来定义。
这些切片将在切片重叠区域的中间被切割，该区域包含一个突发周期的输出。
9 通用和支持算法
本节介绍一些较低级别的算法以及多个模块通用的算法。特别是，以下算法被介绍：
- 如第9.1节所述的原始数据解码。
- 如第9.2节所述的原始数据校正。
- 如第9.3节所述的名义复现。
- 如第9.4节所述的PG增益补偿。
- 如第9.5节所述的仰角天线模式校正向量库。
- 如第9.6节所述的距离扩散损耗校正。
- 如第9.7节所述的加权窗口。
- 如第9.8节所述的方位向频率向量。
- 仅TOPSAR适用，如第9.9节所述的通用展开和重采样（UFR）。
- 如第9.10节所述的有效雷达速度。
- 如第9.11节所述的方位调频率。
- 仅条带图适用，如第9.12节所述的聚焦方位向块重叠。
- 仅条带图适用，如第9.13节所述的聚焦方位向块长度。
- 仅TOPSAR适用，如第9.14节所述由于转向导致的天线转向率和直流率。
- 如第9.15节所述的方位天线模式。
- 如第9.16节所述的GR/SR查找表库。
- 如第9.17节所述的热噪声估计向量库。
- 如第9.18节所述的应用缩放。
- 如第9.19节所述的绝对校准向量。
- 如第9.20节所述的傅里叶变换和信号的能量。
- 如第9.21节所述的视场提取。
- 如第9.22节所述的重采样插值器。
- 如第9.23节所述的方位时间校正。
9.1 原始数据解码
本节提供了Sentinel-1原始数据的编码类型及其相应解码算法的摘要。Sentinel-1数据解码的详细描述可以在[A-6]的第4节找到。
9.1.1 原始数据解码概述
由IPF处理的输入原始Sentinel-1数据在Sentinel-1卫星上进行编码，以便在卫星存储容量和下行数据速率的限制下，优化SAR仪器获取的数字化数据的动态范围。用于Sentinel-1数据的主要编码算法是灵活动态块自适应量化（FDBAQ）算法，这是一种应用于已经BAQ编码的数据的霍夫曼编码算法。反过来，BAQ是一种基于最小均方误差量化原理的数据缩减算法。
请注意，由于FDBAQ编码，数据中引入了量化噪声形式的失真。该算法的目标是将量化噪声的均方误差降至最低。
FDBAQ解码作为以下处理阶段的一部分执行：
• 预处理：为了执行原始数据分析（见第4.1节），只解码Level 0数据的一个子集。
• 多普勒中心频率估计：在进行精细直流频率估计之前，逐行解码Level 0数据（见第5.2.2节）。
• SLC处理：在距离压缩之前，逐行解码Level 0数据（见第9.1节）。
请注意，解压缩是一个快速操作，只占总SAR处理计算时间的一小部分。因此，为了最小化信号数据文件所需的存储空间（特别是对于处理长条数据时特别要求），BAQ解码由DCE和SLC处理器同时在线执行。