本文介紹高分三號資料多時相處理。

高分三號多時相處理指的是對同一成像模式的多景資料進行處理，包括資料匯入、裁剪、多視、配準、多時相濾波、地裡編碼。本文所用的資料是10米精細條帶2雙極化（FSII）模式資料，時相為：2017年7月9日、9月17日、10月18日，3景，重疊區覆蓋湖南省安鄉縣及周邊耕作區域。所用軟體版本為SARscape5.4.1。

注：高分三號其他模式的資料多時相處理方法類似。

單一感測器獲取的多時相SAR影象的處理流程如下圖所示：

圖 單一感測器，單一模式，多時相雷達影象處理與應用流程圖

1.   系統設定

選擇/SARscape/Preferences。在開啟的介面中，選擇Load Preferences->HR（between 10m and 30m），設定General parameters中的：Cartographic Grid Size（m）：10，單擊OK。

圖 SARscape系統引數設定

選擇ENVI->Preferences，在ENVI系統引數設定介面，設定Directories選項卡中的輸入輸出預設路徑，注意路徑不要有中文字元。

圖 ENVI系統引數設定

2.   多時相高分三號資料匯入

這一步是將GF3 L1A級標準資料在SARscape中進行匯入，生成SARscape格式的資料，便於後續的處理。

開啟/SARscape/Import Data/SAR Spaceborne/GAOFEN-3工具。

• Input Files面板：依次輸入三個時相資料的.meta.xml檔案
• Parameters面板
  • Polarization：Copolarization Only，只輸出同極化的資料結果
  • Rename the File Using Parameters：True，對輸出結果自動命名；
• Output Files面板：預設即可。

點選Exec按鈕，執行資料匯入處理。

匯入之後的資料，生成了HH同極化的三景slc資料，開啟shp格式的地理座標系的資料外邊框檢視，這三個時相的資料覆蓋了一個重疊區。接下來裁剪出該重疊區。

圖 資料匯入之後的地理範圍

3.   研究區裁剪

這一步是將這三個時相覆蓋的重疊區裁剪出來。這一步可選，如果獲取到的多時相資料恰好是同一軌道同一位置拍攝的資料，覆蓋範圍一致，可以直接進行下一步多視和配準。

裁剪前先要確定研究區的範圍，本文手動繪製一個重疊區範圍的向量檔案，再進行裁剪。

第一步 繪製研究區向量範圍

• 點選File->New->Vector Layer，在建立向量的面板上，設定向量檔名，確定向量型別為Polygon，資料來源選擇任意一個shp，點選OK。

圖 建立向量檔案設定面板

• 按住滑鼠左鍵手動繪製重疊區範圍，點選右鍵accept確定，在新建的向量圖層上點選右鍵->Save As，將向量圖層儲存為shp檔案。繪製好的向量範圍如下圖所示：

圖 繪製研究區向量範圍

第二步 研究區裁剪

開啟工具/SARscape/General Tools/Sample Selections/Sample Selection SAR Geometry Data：

• Input Files面板：輸入3景匯入後的HH極化方式的slc資料
• Optional Files面板：輸入上一步生成的地理座標系的向量檔案
• Parameters面板：設定Geographical region為True，表示裁剪範圍提供的是地理座標範圍
• Output Files面板：預設輸出結果

點選Exec按鈕，進行裁剪。裁剪之後得到的是3景重疊區的slc資料。

4.   參考DEM下載

參考DEM資料選擇SRTM-1 Version3 30米DEM，在https://earthexplorer.usgs.gov/網站下載相應研究區範圍的DEM資料，選擇Digital Elevation->SRTM-> SRTM 1 Arc Second Global產品，下載geotiff格式，然後將下載下來的.tiff資料檔案都放到系統預設的存放SRTM-1 DEM資料的路徑下，再用SARscape的DEM自動下載工具進行DEM資料的匯入。

SARscape預設存放SRTM-1 Version3 30米DEM的地址為：C:\Users\Administrator \.idl\sarmap\sarscape-3-5_4_1-idl_8_7\sarscape_work\。

• 在該路徑下手動新建一個資料夾，命名為：SRTM1_DEM_DIR；
• 開啟/SARscape/Preferences面板，在Directories and batch面板上，SRTM-1 DEM directory一項，選擇路徑C:\Users\Administrator\.idl\sarmap\sarscape-3-5_4_1-idl_8_7\sarscape_work\ SRTM1_DEM_DIR；

圖 SARscape系統引數設定

• 登入https://earthexplorer.usgs.gov/網站，在資料集中選擇Digital Elevation->SRTM-> SRTM 1 Arc Second Global產品，搜尋研究區範圍，下載對應的Geotiff格式的資料，放到……\sarscape_work\ SRTM1_DEM_DIR資料夾；

圖 下載的TIFF格式的資料

• 開啟工具/SARscape/General Tools/DEM Extraction/SRTM-1 Version 3，輸入上一步裁剪得到的強度資料，設定DEM的座標系為GEO GLOBAL WGS84，其他引數按照預設，輸出結果。

得到SARscape標準格式的DEM資料。

5.   多視處理

多視處理是將SAR影象距離和方位向做平均，得到多視的SAR強度資料。

點選/SARscape/Basic/Intensity Processing/Multilooking工具，

• Input Files面板：依次輸入三個時相裁剪後的_cut_slc檔案，自動根據系統引數中設定的解析度算出視數為4：1，並計算出距離向和方位向的多視後的解析度；
• Parameters面板
  • Range Multilook：4；
  • Azimuth Multilook：1，SARscape計算視數是取整而不是四捨五入，使用者可以自行改為2，這樣更接近10米；
  • Grid Size for Suggested Looks：10
• Output Files面板：預設即可。

點選Exec按鈕，執行資料匯入處理。

得到三景強度資料_cut_pwr。

6.   強度資料配準

開啟配準工具/SARscape/Basic/Intensity Processing/Coregistration，

• Input Files面板：
  • Input Reference Files：輸入第一時相的強度資料；
  • Input File List：輸入後面兩個時相的強度資料；
• Optional Files面板：輸入參考DEM檔案；
• Parameters面板：預設即可
  • Always Compute shift：True；
  • Compute Shift Parameters：True
• Output Files面板：設定輸出路徑，檔名預設即可。

配準之後三個時相強度資料假彩色合成的結果：

圖 配準結果假彩色合成效果

7.   多時相濾波

開啟多時相濾波工具：/SARscape/Basic/Intensity Processing/Filtering/De Grandi Spatio-Temporal Filtering。

• Input Files面板：輸入三個時相配準之後的強度資料_pwr_rsp；
• Parameters面板：預設即可；
  • Do differential：False，會根據多時相資料的最大公共區域進行計算
  • Keep incremental：True，支援後續增加時相
  • Apply Constraints：False，使用標準的DeGrandi Multi-temporal 濾波
• Output Files面板：預設即可。

圖 濾波後的多時相假彩色合成效果

8.   地理編碼和輻射定標

開啟工具/SARscape/Basic/Intensity Processing/Geocoding/Geocoding and Radiometric Calibration。

• Input file：輸入上一步得到的濾波之後的3景資料_pwr_rsp_fil。
• Optional Files面板，Geometry GCP File和Area File這兩個檔案是可選項，這裡不使用這兩個檔案。
• DEM/Cartographic System面板，輸入DEM檔案或投影資訊。若是輸入DEM資料，最後輸出結果預設以DEM投影引數為準。如果不輸入DEM資料，則設定Output Projection。這裡輸入之前準備好的參考DEM檔案
• Parameters面板，主要引數（Principal Parameters）
  • 像元大小（X Grid Size）：10
  • 像元大小（Y Grid Size）：10
  • 輻射定標（Radiometric Calibration）：Ture
  • 散射面積（Scattering Area）：Local Incidence Angle
  • 輻射歸一化（Radiometric Normalization）：False
  • 輻射歸一化方法（Normalization Method）：預設
  • 區域性入射角校正（Local Incidence Angle）：False
  • 疊掩/陰影處理（Layover/Shadow）：False
  • 生成原始幾何（Additional Original Geometry）：False
  • 輸出型別（Output type）：Linear
• Output files面板，輸出路徑和檔名按照預設，自動添加了_geo字尾。

圖 地理編碼後的後向散射係數結果

9.   多時相分析

可以使用多時相分析工具，對地物像元進行多時相後向散射係數曲線的繪製。

開啟多時相分析工具：/SARscape/General Tools/Time Series Analyzer/Raster，滑鼠定位到某個感興趣的地物像元，點選Plot按鈕，繪製出該像元在各個時相上的後向散射係數變化。橫座標代表時相，縱座標代表後向散射係數，單位為linear。

使用多時相的地理編碼的後向散射係數結果，結合多時相分析，可以藉助ENVI的資訊提取功能，提取需要的資訊。

圖 多時相分析