1. SAR 数据的“原始坐标系”是什么?
大多数星载 SAR(例如 Sentinel-1、ALOS PALSAR 等)的成像几何可以概括为 斜视雷达坐标(Slant Range Geometry),也可称 距离-方位坐标系 (range-azimuth coordinate system)。对于脉冲式侧视雷达,一般包含以下两个方向:
距离向 (Range)
沿着雷达波传播的斜距方向。换言之,SAR 通过测量发射脉冲到目标反射回波的往返时间来确定目标在距离向上的像素位置。
因此,像素的列数通常对应从近距离(near range)到远距离(far range)。
方位向 (Azimuth)
沿着卫星/飞机飞行方向。回波信号在时间序列上被处理成一条条方位线,所以像素的行数对应飞行轨迹方向上的像素位置。
由于这种“距离-方位”本身并不直接对应于真实世界中的 经纬度 或 投影坐标系 (UTM、WGS84/CGCS2000 等),因此需要额外的几何变换才能和地理信息(如 DEM、矢量数据、行政区划)对齐。
2. 为什么要把地理/投影坐标数据转换到雷达成像坐标?
在 InSAR 流程里,常见的例子就是将 DEM(通常是地理坐标或投影坐标系,例如 WGS84、UTM 投影等)经过 geo2rdr 转换到与 SAR 影像的雷达坐标匹配,对应原因如下:
用于几何校正与配准
干涉测量需要将参考影像、次要影像、DEM 等都放在同一个(或严格配准的)坐标体系下,才能正确地模拟相位、减去地形相位、生成干涉图等。
因为 SAR 本身的图像是“斜视”的,若想在雷达坐标下做配准,需要把地面 DEM 或另一幅地理坐标下的影像先转换成与参考影像一致的雷达几何。
精确模拟相位
InSAR 需要用 DEM 来模拟地形相位,如果 DEM 仍然是地理坐标,就需要先弄清每个地理网格在雷达斜视坐标里所对应的距离向、方位向采样位置,才能计算雷达到地面像素的距离(用来估计相位)。
geo2rdr 可以自动完成这种坐标变换,并将 DEM 的高程值插到雷达影像的对应位置上,方便后续进行相位模拟和地形校正。
确保每个像素严格对应
在 InSAR 干涉图(range-azimuth 网格)中,每个像素都有唯一的距离向与方位向索引;若需要与地理数据(DEM 或其他遥感影像)逐像素对齐,就得进行投影变换,来保证一一对应。
3. 若想在地理坐标下做所有处理,为什么还要回到雷达坐标?
在一些工作流中,人们会将 SAR 数据先地理编码 (rdr2geo),直接把原始雷达图像投影到地理坐标或地图投影坐标下,然后再做配准或叠加分析。但在 Sentinel-1 TOPS 等高精度 InSAR 处理时,许多软件(如 ISCE2、GAMMA、GMTSAR 等)倾向于先在雷达坐标下完成干涉图的生成与相位处理,再做解缠和滤波,最后才做一次性 geo-coding。主要原因有:
减少插值误差
在生成干涉图时,需要对“参考-次要”影像进行高精度配准,若在地理坐标系下配准,两幅影像都需要从雷达坐标转换过去,并且要针对多波束(TOPS)可能进行多次插值,这往往会加大失配和误差。
在雷达坐标系下直接对齐参考-次要影像,避免了额外的插值步骤,干涉相位的保真度更高。
处理速度和效率
雷达坐标下计算干涉和几何配准时,更符合SAR数据的原始采样方式,一些算法在这种原始坐标系下实现会更高效。
因此,geo2rdr 和 rdr2geo 这两个方向的坐标转换是 InSAR 流程中常见的“双向操作”,目的是在需要的时候,把地理坐标或 DEM 转换到雷达坐标做干涉处理,或者在结果生成后再把解缠的干涉相位或形变结果投影回到地理坐标做可视化和应用分析。