1. 概述

Sentinel-1工作在C波段，能以高分辨率对全球陆地、海岸线和欧洲重要航线进行高分辨率成像，并定期覆盖全球海洋。Sentinel-1针对陆地场景有一种主要工作模式，针对开阔海域也有一种主要工作模式，这两种模式可以通过预编程实现无冲突操作。该星的主要工作模式的幅宽为250km，且定位精度和辐射分辨率较高，可以满足大多数应用的需求。

Sentinel-1有四种主要工作模式：

标准条带（StripMap， SM）：经典条带模式；
干涉宽幅 (Interferometric Wide, IW) ：TOPS模式，3子带，是 SENTINEL-1 在照射陆地时的主要工作模式。
超宽幅 (Extra Wide, EW)： TOPS模式，5子带。与IW模式相对，EW 模式以牺牲空间分辨率为代价增大了测绘带宽，是照射海洋场景时的主要工作模式。
波模式(Wave, WV) ：在条带模式沿着轨道，交替获取若干个小片段。WV 是 SENTINEL-1 照射远海的主要运行模式。

ESA 分发的 SENTINEL-1 数据产品包括：

原始 Level-0 数据（用于特定用途）；
SLC图像（系统分发仅限于特定相关区域）；
地距投影的L1级多视图像（Ground Range Detected， GRD），系统分发；
级海洋 (Ocean，OCN) 数据，用于检索的海洋地球物理参数，系统分发；

1.1 地球物理测量

与需要外部光源照射的无源光学传感器不用，SAR可以以一定的角度向地球自主发射电磁波，并接收地面返回的回波信号。对接收到的信号进行成像处理操作，即可获取信号的亮度幅值和相位信息，以构建场景图像。

SAR可以根据后向散射测量形结构和表面粗糙度。通常地面越粗糙、结构越多，发射的能量越多，在SAR图像上呈现为明亮的部分；平坦的路径主要发生镜面反射，将雷达信息反射到别的方向，在SAR图像上呈现为较暗的部分；结构复杂的目标（例如森林）会更亮，因为树叶、树枝和树干的信号会相互作用，进而导致更多的能量被反射会传感器。

物体材料的介电常数也会影响SAR图像的特征，介电常数反映材料的反射率和导电率。大多数天然材料在干燥时的介电常数在3到8之间，而水的介电常数为80，因此植被和土壤中水分的存在，会明显改变SAR图像的反射特性。

上述特性使得SAR非常适合地质和地貌、土壤水分、土地覆盖、海洋学和海洋等领域的应用，特别是关于 SAR 极化和干涉特性的应用。

1.2 极化

Sentinel-1 是一种保相双极化 SAR 系统，它可以以水平 (H) 或垂直 (V) 极化发射信号，然后以 H 和 V 极化同时接收。双极化 Level-1 单视复 (SLC) 产品包含复数值，除了可以从每个单极化图像中获取后向散射强度外，多极化通道间的相位信息还可以对后向散射特性进行一些增强分析。

地面目标具有独特的偏振特性，目标在SAR图像上的不同强度，反映了不同的偏振（或将一种偏振转换成另一种偏振）特性。例如，体散射目标（如森林树冠）和面散射目标（如海面）具有不用的偏振也行。使用极化技术，如极化分解，可以分离不同计划的贡献，并提取散射过程相关的信息。

1.3 干涉

2. 产品级别和产品类型

Sentinel-1的SM、IW和EW模式的数据由PDGS自动生成，包含3个产品级别：

Level-0
Level-1
Level-2

Level-1产品包含两种数据类型：单视复图产品（SLC）和地距投影产品（GRD）。Level-2 OCN产品包含的产品文件会随着观测模式变化。产品是由观测模式、产品类型和L1地距投影产品的分辨率来指定的。所有的产品都是在L0产品的基础上生产而来的。除WV模式外，每一种模式都可以生产L1 SLC、L1 GRD和L2 OCN产品，如下图所示。

2.1 Level-0

Level-0指的是被压缩过的成像聚焦前的回波数据，是生产其他高级产品的数据源。Level-0 数据使用灵活动态块自适应量化 (FDBAQ) 算法进行压缩，使用可变比特率进行编码，对强散射目标分配更多的比特数。为了使数据可用，必须使用成像处理软件对齐进行解压缩和成像处理。

0级数据包含了噪声、内定标数据、雷达回波数据和卫星姿轨信息。地面系统对0级数据进行长期存储，保证在卫星生命周期内和退役后的25年内，随时加工成任意类型的产品。仅SM、IW 和 EW 模式下，用户可以获得0级数据。

2.2 Level-1

L1聚焦数据是面向绝大多数用户的产品类型，是地面IPF系统使用各种处理算法在L0产品的基础上获得的。这些 Level-1 产品构成了 Level-2 产品的基准产品。

L1产品生产涉及的处理步骤包括预处理、多普勒中心估计、单视复图像聚焦和构造SLC/GRD产品需要的处理插件。处理过程如下图所示。

为了对SLC产品进行辐射校正，即将像素亮度值校正为后向散射，需要的所有参数均可在产品中找到。定标矢量作为注释文件包含早产品中，可以将图像强度值简单地转换为sigma或gamma辐射类型的产品，相关过程可参考文档“Radiometric Calibration of S-1 Level-1 Products Generated by the S-1 IPF”。

1级产品可以被处理成单视复图像SLC和地距投影图像GRD。其中SLC产品保留的相位信息，并以标准采样像素进行处理；GRD产品仅包含幅度信息，且经过多视处理，以减小相干斑的影响。

2.1.1 SLC

Level-1 Single Look Complex (SLC) 产品包括聚焦的 SAR 数据和卫星的姿轨数据，且图像最终聚焦在斜距平面上。 SLC产品使用完整的信号带宽进行成像，没有在方位向或距离向上进行多视处理，且一复数的形式存储图像数据，保留了图像的相位信息。图像使用卫星姿轨数据进行地理参考，且进行了方位向收发延迟校正、距离向天线方向图校正和距离衰减校正。

SM模式的SLC产品，每个极化方式都对应一幅图像；IW模式的SLC产品包含了3个子带，因此单极化模式下有3幅图像，双极化模式下有6幅图像；EW模式的SLC产品包含了5个子带，因此单极化模式下有5幅图像，双极化模式下有10幅图像。

对于IW和EW模式，每个子带包含了一系列的burst，这些burst按照方位时间进行了拼接，如果有数据缺失，则用黑色条带补充。在IW模式下，每个burst的持续时间约为2.75s，相邻burst之间的时间重叠度约为0.4s；在EW模式下，每个burst的持续时间约为3.19s，相邻burst之间的时间重叠度约为0.1s。子带间的重叠度略有增加。这种重叠区足以保证对地面的连续覆盖。

IW和EW产品的每个burst都经过了重采样，使每个采样单元的物理尺寸都相等，以保证后续进行的干涉相关的处理。

SLC 产品中的 Swath Timing记录包含每个burst的信息，包括可用于将这些burst合并在一起的维度、时间和位置。