地理信息 遙感影像傳感器及數(shù)據的定標與驗證 第3部分：SAR-InSAR

ICS07.040;35.240.70

CCSA77

中華人民共和國國家標準

GB/TXXXXX—XXXX/ISO/TS19159-3:2018

`

地理信息遙感影像傳感器及數(shù)據的定標與

驗證第3部分：SAR/InSAR

Geographicinformation—Calibrationandvalidationofremotesensingimagery

sensorsanddata–Part3:SAR/InSAR

(ISO/TS19159-3:2018,IDT)

（征求意見稿）

（本草案完成時間：2022年6月15日）

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實施

GB/TXXXXX—XXXX/ISO/TS19159-3:2018

目次

前言................................................................................III

引言.................................................................................IV

1范圍...............................................................................1

2規(guī)范性引用文件.....................................................................1

3術語和定義.........................................................................1

4符號、縮略語及約定.................................................................6

4.1符號...........................................................................6

4.2縮略語.........................................................................8

4.3約定...........................................................................8

5一致性.............................................................................9

6通用SAR傳感器定標模型.............................................................9

6.1引言...........................................................................9

6.2頂層模型......................................................................10

6.3雷達系統(tǒng)......................................................................12

6.4天線系統(tǒng)......................................................................13

6.5天線相位中心..................................................................13

6.6SAR信號處理...................................................................14

6.7大氣傳播與地球運動............................................................16

6.8SAR定標場.....................................................................17

6.8.1引言......................................................................17

6.8.2CA_SARCalibrationField....................................................18

6.8.3CA_SARCalibrationNaturalField.............................................19

6.8.4CA_SARCalibrationManmadeField.............................................19

6.8.5CA_SARCalibrationEquipment................................................19

6.8.6CA_CornerReflectorAndTransponder..........................................19

6.8.7CA_GroundReceiver.........................................................19

6.8.8CA_ScatteringMatrix.......................................................19

6.9驗證..........................................................................20

6.10SAR要求......................................................................20

7InSAR傳感器定標模型...............................................................20

7.1概述..........................................................................20

7.2CA_InSARSensor類..............................................................21

7.3InSAR要求.....................................................................22

8PolSAR傳感器定標模型..............................................................22

8.1概述..........................................................................22

8.2CA_PolSARSensor類.............................................................23

I

GB/TXXXXX—XXXX/ISO/TS19159-3:2018

8.3PolSAR要求....................................................................24

附錄A（規(guī)范性）抽象測試套件........................................................25

A.1SAR傳感器.....................................................................25

A.2InSAR傳感器...................................................................25

A.3PolSAR傳感器..................................................................25

附錄B（規(guī)范性）數(shù)據字典............................................................26

B.1引言..........................................................................26

B.2SAR傳感器概述（圖2）.........................................................26

B.3雷達系統(tǒng)（圖3）...............................................................27

B.4天線系統(tǒng)（圖4）...............................................................28

B.5天線相位中心（圖5）...........................................................29

B.6信號處理（圖6）...............................................................29

B.7大氣傳播和地球運動（圖7）.....................................................31

B.8SAR定標場（圖8）.............................................................32

B.9SAR驗證（圖9）...............................................................34

B.10InSAR傳感器（圖11）.........................................................34

B.11PolSAR傳感器（圖12）........................................................35

B.12代碼列表.....................................................................35

B.12.1SARAcquisitionMode(圖2).................................................35

B.12.2PolarimetryLayer(圖4)...................................................35

B.12.3SARWaveform(圖6)........................................................36

B.12.4ImagingAlgorithm(圖6)...................................................36

B.12.5CalibrationFieldType(圖8)...............................................36

B.12.6CalibrationEquipmentType(圖8)...........................................36

B.12.7CalibrationNaturalFieldType(圖8)........................................36

附錄C（資料性）SAR幾何定標用例....................................................38

C.1概述..........................................................................38

C.2SAR幾何定標...................................................................38

C.3InSAR定標.....................................................................40

附錄D（資料性）SAR輻射定標用例....................................................41

D.1概述..........................................................................41

D.2SAR輻射定標...................................................................41

D.3PolSAR定標....................................................................42

參考文獻.............................................................................43

II

GB/TXXXXX—XXXX/ISO/TS19159-3:2018

引言

成像傳感器是獲取地理信息的主要數(shù)據源之一。

影像數(shù)據可用于獲取空間、波譜的測量信息，廣泛應用于從城鎮(zhèn)/道路規(guī)劃到地質制圖的各種領域。

典型的空間產品有矢量地圖、數(shù)字高程模型、三維城市模型等。

在各情形下，最終產品的質量都依賴于獲取數(shù)據的設備精度，其精度需要通過定標來保證。

定標通常是一個代價昂貴且耗時的過程，因而，通常在相鄰兩次定標之間的較長的時間間隔里，采

取其他簡單的中間定標過程來彌補，從而仍保證可控的產品質量。

《地理信息遙感影像傳感器及數(shù)據的定標與驗證》(ISO/TS19159)是對遙感影像傳感器的定標以

及定標信息及過程的驗證進行標準化。

遙感影像傳感器有很多類型。除了不同的技術外，不同傳感器類型對標準化的需求也有不同的側重

點。為了滿足各類需求，本文件將分為幾個部分。第1部分涵蓋光學傳感器。第2部分涵蓋機載激光雷達。

本文件為第3部分涵蓋合成孔徑雷達（SAR）和干涉合成孔徑雷達（InSAR）。

IV

GB/TXXXXX—XXXX/ISO/TS19159-3:2018

地理信息遙感影像傳感器及數(shù)據的定標與驗證第3部分：

SAR/InSAR

1范圍

本文件規(guī)定了SAR/InSAR傳感器的定標以及定標信息的驗證的定義。

本文件涉及遙感對地觀測，具體傳感器包括機載和星載SAR/InSAR傳感器。

本文件還規(guī)定了與定標與驗證相關的元數(shù)據的規(guī)范要求。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

ISO19103,地理信息概念模式語言（Geographicinformation—Conceptualschemalanguage）

注：GB/T35647-2017地理信息概念模式語言（ISO19103:2015,IDT）

ISO/TS19130:2010地理信息用于地理定位的成像傳感器模型（Geographicinformation—

Imagerysensormodelsforgeopositioning）

ISO/TS19130-2:2014地理信息用于地理定位的成像傳感器模型.第2部分:SAR、InSAR、激光雷達

和聲納（Geographicinformation—Imagerysensormodelsforgeopositioning—Part2:SAR,

InSAR,lidarandsonar）

ISO19157地理信息數(shù)據質量（Geographicinformation—Dataquality）

ISO/TS19159-1:2014地理信息遙感圖像傳感器和數(shù)據的校準和驗證第1部分:光學傳感器

（Geographicinformation—Calibrationandvalidationofremotesensingimagerysensorsand

data—Part1:Opticalsensors）

ISO/TS19159-2地理信息遙感圖像傳感器和數(shù)據的校準和驗證第2部分:激光雷達（Geographic

information—Calibrationandvalidationofremotesensingimagerysensors—Part2:Lidar）

3術語和定義

下列術語和定義適用于本文件。

3.1

精度accuracy

測試結果或度量結果與其真值的接近程度。

注：本文件中，真值可以是可接受為真值的參照值。

[來源：ISO35342:2006，3.3.1,已修改—刪除了注1，2，3。增加了新的注。]

3.2

天線方向圖antennapattern

波束在某一輻射方向θ上的電場強度與其峰值方向上的電場強度的比例。

3.3

孔徑參考點aperturereferencepoint，ARP

1

GB/TXXXXX—XXXX/ISO/TS19159-3:2018

合成孔徑中心的三維位置。

注：通常在ECEF坐標系下以米為單位表示。

[來源：ISO/TS19130:2010，4.4]

3.4

姿態(tài)attitude

物體的指向，利用該物體坐標軸和外部坐標軸之間的角度描述。

[來源：ISO19116:2004，4.2]

3.5

方位分辨率azimuthresolution

<SAR>距離橫向的分辨率。

注1：方位分辨率通常利用SAR傳感器和處理系統(tǒng)的沖激響應來測量。它是合成孔徑大小或駐留時間的函數(shù)（例如:

孔徑越大→駐留時間越長→分辨率越高）。

注2：沖激響應的3dB寬度作為測量的標稱值。

注3：距離橫向等同于沿軌方向1。

[來源：ISO/TS19130:2010，4.7，已修改—增加了注2和3。]

3.6

后向散射系數(shù)backscatteringcoefficient

單位面積的平均雷達散射截面。

注1：如果被觀測區(qū)域的雷達回波是由許多獨立的散射單元構成的，則用后向散射系數(shù)來描述，而不是用針對點目

標的雷達散射截面來描述。后向散射系數(shù)計算如下：

?

?0=················································································(1)

?

式中：

?為面積A的整體雷達散射截面；

?0為一個無量綱的參數(shù)，通常用分貝(dB)表示如下：

00

????=10log10?······································································(2)

注2：后向散射系數(shù)有時也稱為歸一化雷達散射截面。

3.7

定標calibration

定量化地定義一個系統(tǒng)對已知可控的輸入信號的響應的過程。

[來源：ISO/TS19101-2]

3.8

定標常數(shù)calibrationcoefficient

在不考慮加性噪聲，且處理器增益歸一化、距離向天線方向圖、距離衰減和大氣衰減均校正的情況

下，SAR圖像像素的功率與雷達散射截面的比值。

3.9

校正correction

對估計的系統(tǒng)性影響的補償。

注1：“系統(tǒng)性影響”的解釋參看ISO/IECGuide98-3:2008，3.2.3。

1編者注：距離橫向在正側視情況下等同于沿軌方向。

2

GB/TXXXXX—XXXX/ISO/TS19159-3:2018

注2：補償可以采用不同形式，如加數(shù)或因子，也可以從表中推導。

[來源：ISO/IECGuide99]

3.10

串擾cross-talk

無意地影響另一信號或電路的任何信號或電路。

注：對PolSAR傳感器，若發(fā)射通道為水平（H）極化，則發(fā)射端的串擾定義為垂直（V）極化的發(fā)射功率和水平（H）

極化發(fā)射功率的比值，以分貝(dB)表示。接收端串擾與發(fā)射端類似。

3.11

數(shù)字高程模型digitalelevationmodel，DEM

按算法賦值到二維坐標上的高程值數(shù)據集。

[來源：ISO/TS19101-2:2008,4.5]

3.12

高程height，h，H

某一點到選擇的參考平面的距離，通過沿垂直于該平面向上的一條線測量。

注1：在參考平面以下的高程為負值。

注2：術語elevation和height同義。

[來源：ISO19111:2007,4.29—已修改:增加了注2]

3.13

入射角incidentangle

從探測單元到傳感器的視線和局部表面法向（切面法向）之間的角度。

[來源：ISO/TS19130:2010，4.57]

3.14

干涉基線interferometricbaseline

在給定散射體的成像時刻，兩個天線相位中心矢量之間的距離。

3.15

積分旁瓣比integratedsideloberatio，ISLR

SAR圖像中點目標沖激響應的旁瓣功率和主瓣功率之間的比值。

注1：積分旁瓣比（ISLR）可通過對適當區(qū)域的沖激響應功率進行積分得到。可以表示為

????????????

??????=10log10{}····························································(3)

?????

式中：

為總功率；

為主瓣功率。

注2：主瓣寬度可以峰值為中心，取沖激響應寬度的α倍，其中α為一個預定義的常數(shù)，通常取2到2.5之間。

3.16

干涉合成孔徑雷達interferometricsyntheticapertureradar，InSAR

利用兩幅或多幅SAR圖像，通過雷達回波的相位差生成地表形變或數(shù)字高程圖的技術。

3.17

視角lookangle

從平臺下視向到斜距向的角度，通常在孔徑參考點(ARP)處測量。

注：“Off-nadirangle”與“l(fā)ookangle”的定義相同。

[來源：ISO/TS191302:2014,4.42,已修改—新的注替代了原注1]

3

GB/TXXXXX—XXXX/ISO/TS19159-3:2018

3.18

元數(shù)據metadata

描述某種資源的信息。

[來源：ISO191151:2014，4.10]

3.19

峰值旁瓣比peaksideloberatio，PLSR

SAR圖像中點目標沖激響應的第一旁瓣峰值功率和主瓣峰值功率之間的比值。

注：峰值旁瓣比通常用分貝（dB）表示，計算方法如下:

?????????

????=10log10{}·····························································(4)

?????????

式中：

為主瓣的峰值功率；

??為第一旁瓣的峰值功率。

3.20

極化合成孔徑雷達polarimetricsyntheticapertureradar，PoISAR

通過不同的極化組合進行收發(fā)的先進SAR傳感器。

注：通過組合多種極化模式，可以更加清楚地刻畫目標。全極化SAR系統(tǒng)同時發(fā)射和接收正交（例如，水平和垂直）

極化信號，形成同一成像場景的四個極化通道。本文件涉及了全極化SAR的定標。

3.21

極化通道不平衡polarizationchannelimbalance

對兩個相干數(shù)據通道中同一像素的散射矩陣元素之間的比例的估計偏差。

注：極化通道不平衡包括幅度不平衡和相位不平衡。

3.22

脈沖重復頻率pulserepetitionfrequency

系統(tǒng)（如激光雷達）在給定時間段內發(fā)射脈沖的次數(shù)，通常以千赫（kHz）表示。

[來源：ISO/TS19130-2:2014，4.53]

3.23

雷達散射截面radarcrosssection

目標對發(fā)射雷達功率的散射能力的度量。

注1：雷達散射截面的計算方法為

2

2|??|

?=lim?→∞4??2··································································(5)

|??|

式中：

?為雷達散射截面；

為入射波的電場強度；

為距離目標R處的雷達散射波的電場強度。

注2：雷達散射截面具有面積的尺寸，單位為平方米。通常，它用如下的對數(shù)形式表示，單位為dBsm:

????=10log10?·····································································(6)

3.24

距離range

<SAR>天線與遠處目標之間的距離，等同于斜距。

[來源：ISO/TS191302:2014，4.54]

4

GB/TXXXXX—XXXX/ISO/TS19159-3:2018

3.25

距離單元rangebin

<SAR>具有相同距離的一組雷達回波。

[來源：ISO/TS19130-2:2014，4.69]

3.26

距離向，斜距向rangedirection，slantrangedirection

<SAR>距離矢量所在的方向。

[來源：ISO/TS19130:2010，4.70]

3.27

距離分辨率rangeresolution

距離向的空間分辨率。

注1：對于SAR傳感器，距離分辨率通常利用傳感器和處理系統(tǒng)的沖激響應來測量。它是脈沖帶寬的函數(shù)。

注2：沖激響應的3dB寬度作為測量的標稱值。

[來源：ISO/TS19130:2010,4.71—已修改:增加了注2。]

3.28

遙感remotesensing

通過非接觸方式獲取物體信息并進行解譯的過程。

[來源：ISO/TS19101-2:2008，4.33]

3.29

（圖像）分辨率resolution(ofimagery)

圖像中可分離的兩個均勻照射的目標之間的最小距離。

注1：這一定義是指空間分辨率。

注2：通常情況下，分辨率決定區(qū)分相鄰特征（目標）的能力。

注3：分辨率也可指波譜分辨率和時間分辨率。

[來源：ISO/TS191302:2014,4.61—已修改:增加了注1，2，3。]

3.30

散射矩陣scatteringmatrix

刻畫極化SAR在感興趣目標處的散射過程的矩陣。

注：散射矩陣按下式定義

?????

(?)=(????)(?)···························································(7)

?

????????

式中：

??

(????)為散射矩陣；

??????

?為散射體的入射波電場矢量；

()

?

?

()為散射波電場矢量；

?

為照射波的波數(shù)；

?為目標和雷達天線之間的距離。

3.31

傳感器sensor

測量系統(tǒng)的元件，直接受含有被測量的現(xiàn)象、物體或物質的影響。

5

GB/TXXXXX—XXXX/ISO/TS19159-3:2018

注：存在主動或被動的傳感器。通常兩個或多個傳感器組合成一個測量系統(tǒng)。

[來源：ISO/IECGuide99:2007，3.8—已修改:示例和注釋用注代替。]

3.32

不確定性uncertainty

與測量結果相關的參數(shù)，表現(xiàn)合理量測值的離差特性。

注1：例如，該參數(shù)可以是標準差（或其給定倍數(shù)），或為具有規(guī)定置信水平的區(qū)間的半寬度。

注2：一般來說，測量的不確定性有很多部分組成。有些部分可以通過一系列測量結果的統(tǒng)計分布進行評估，且能

用試驗的標準差來表征。其他部分，也能用標準差來表征，但是根據經驗或其他信息利用假設的概率分布進

行評估的。

注3：通常認為測量結果是被測值的最佳估計，所有不確定度分量都能引起測量結果的偏差，包括由系統(tǒng)效應引起

的不確定度分量，如與校正和參考標準相關的部分。

注4：當要定量描述測量值（例如坐標）的精度時，質量參數(shù)是對測量結果不確定性的估計。因為精度是一個定性

概念，不能用于需要與數(shù)字關聯(lián)的定量表達；數(shù)字需要與測量不確定性關聯(lián)。

注5：測量不確定度包括由系統(tǒng)性影響引起的部分，比如與改正量、量測標準分配的數(shù)量值以及定義的不確定性相

關的部分。有時估計的系統(tǒng)性影響沒有被糾正，而是被合并到測量不確定性部分中。

注6：該參數(shù)可以是，如標準差，相應的稱為標準測量不確定度（或指定多個），或為具有標稱覆蓋概率區(qū)間寬度

的一半。

注7：一般來說，測量的不確定性有很多部分組成。有些部分可以通過一系列測量值的統(tǒng)計分布所得的A類測量不確

定度來評估，且能用標準差來表征。另一部分，由B類測量不確定度來評估，也能用標準差來表達，由基于經

驗或其它信息的概率密度函數(shù)來評價。

注8：一般來說，對于給定的一組信息，測量不確定度可認為是與被測物標稱的數(shù)量值相關。對這一數(shù)值的修改會

導致相關不確定性的變化。

[來源：ISO19116:2004，定義4.26已修改:增加了注1-8。2]

3.33

驗證validation

采用獨立手段，評估從系統(tǒng)輸出所得到的數(shù)據產品質量的過程。

注：在本文件中，驗證這一術語僅在有限意義上使用，僅涉及定標數(shù)據的驗證，以便控制定標數(shù)據隨時間的變化。

[來源：ISO/TS19101-2:2008，4.41]

4符號、縮略語及約定

本文件中，概念模式用統(tǒng)一建模語言（UML）描述。GB/T35647-2017給出了這里所使用的UML的具

體情況。

4.1符號

下列符號適用于本文件。

：地面分辨單元的面積。

：干涉基線矢量的長度。

??：多普勒中心頻率。

：采樣頻率。

2編者注：刪除注6和注7，與注1和注2表達意思重復。（該術語引用自ISO/TS19159-1，ISO/TS19159-1有同

樣問題）

6

GB/TXXXXX—XXXX/ISO/TS19159-3:2018

1：接收端H和V通道之間的幅相不平衡。

2：發(fā)射端通道H和V之間的幅相不平衡。

：成像處理器增益。

：雷達接收機增益。

?

：發(fā)射天線峰值增益。

?

：接收天線峰值增益。

?

：接收天線峰值歸一化距離向方向圖。

?

：發(fā)射天線峰值歸一化距離向方向圖。

：天線相對于參考平面的高度。

：目標相對于參考平面的高度。

：定標常數(shù)。

：雷達系統(tǒng)的整體增益。

??：大氣傳播衰減。

??：系統(tǒng)損耗。

：描述PolSAR傳感器加性噪聲特性的矩陣。

：地面分辨單元的面積。

：干涉基線矢量的長度。

??：多普勒中心頻率。

：采樣頻率。

1：接收端H和V通道之間的幅相不平衡。

2：發(fā)射端通道H和V之間的幅相不平衡。

：成像處理器增益。

：雷達接收機增益。

?

：發(fā)射天線峰值增益。

?

：接收天線峰值增益。

?

：接收天線峰值歸一化距離向方向圖。

?

：發(fā)射天線峰值歸一化距離向方向圖。

：天線相對于參考平面的高度。

：目標相對于參考平面的高度。

：定標常數(shù)。

：雷達系統(tǒng)的整體增益。

??：大氣傳播衰減。

??：系統(tǒng)損耗。

：描述PolSAR傳感器加性噪聲特性的矩陣。

：圖像像素功率。

：加性噪聲功率。

：發(fā)射峰值功率。

?：脈沖重復頻率。

：InSAR數(shù)據采集模式標志，p=1針對標準模式，p=2針對乒乓模式。

?：天線相位中心到目標的距離。

：描述PolSAR傳感器雷達接收端特性的矩陣。

?：地球赤道半徑。

?：地球極半徑。

7

GB/TXXXXX—XXXX/ISO/TS19159-3:2018

：理想的散射矩陣。

：描述PolSAR傳感器發(fā)射端特性的矩陣。

：方位向成像時間。

0：方位向成像起始時刻。

：測量的散射矩陣。

：干涉基線相對于參考水平面的角度。

1：接收端從通道H到通道V的串擾。

2：接收端從通道V到通道H的串擾。

：發(fā)射端從通道H到通道V的串擾。

：發(fā)射端從通道V到通道H的串擾。

：視角。

：雷達波長。

?：雷達散射截面積。

?0：后向散射系數(shù)。

0：雷達到第一個斜距采樣點的時間延遲。

：干涉相位。

??：天線相位中心位置矢量。

??：目標位置矢量。

??：天線相位中心速度矢量。

4.2縮略語

下列縮略語適用于本文件。

ARC：有源雷達定標器（Activeradarcalibrator）

CRS：參考坐標系（Referencecoordinatesystem）

DEM：數(shù)字高程模型（Digitalelevationmodel）

DInSAR：差分干涉合成孔徑雷達（Differentialinterferencesyntheticapertureradar）

GCP：地面控制點（Groundcontrolpoints）

GNSS：全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)（GlobalNavigationSatelliteSystem）

IMU：慣性測量單元（Inertialmeasurementunit）

InSAR：干涉合成孔徑雷達（Interferometricsyntheticapertureradar）

ISLR：積分旁瓣比（Integralparavalveratio）

NESZ：噪聲等效散射系數(shù)（Noiseequivalentscatteringcoefficient）

PolSAR：極化合成孔徑雷達（Polarizedsyntheticapertureradar）

PRF：脈沖重復頻率（Pulserepetitionrate）

PSLR：峰值旁瓣比（Peakparavalvularratio）

RCS：雷達散射截面積（Radarscatteringcross-section）

SAR：合成孔徑雷達（syntheticapertureradar）

UML：統(tǒng)一建模語言（Unifiedmodelinglanguage）

4.3約定

GB/T35647-2017要求除了基本的數(shù)據類型類之外，UML類的名稱應包括一個雙字母的前綴，來標識

定義類的標準以及UML包。表1列出了本文件用到的前綴、定義前綴的國際標準及前綴標識的包。本文件

定義的UML類屬于定標驗證包，與ISO/TS19159-1和ISO/TS19159-2具有相同的雙字母前綴CA。

8

GB/TXXXXX—XXXX/ISO/TS19159-3:2018

表1UML類前綴

前綴國際標準包

ISO/TS19159-1,ISO/TS19159-2和

CACalibrationValidation

ISO/TS19159-3（本文件）

MDISO19115Metadata

SDISO/TS19130SensorData

SEISO/TS19130-2SensorDataExtensions

SCISO19111SpatialCoordinates

DQISO19157Dataquality

TMISO19108TemporalSchema

5一致性

本文件細化了三個一致性類。一致性類的詳細內容在附錄A的抽象測試套件中給出。SAR、InSAR或

PolSAR傳感器的任何定標和驗證信息集，聲明與本文件一致，需要分別符合抽象測試套件A.1、A.2或A.3

中描述的要求。

6通用SAR傳感器定標模型

6.1引言

本文件涉及SAR/InSAR傳感器的定標以及定標信息的驗證。本文件包括對SAR傳感器性能，以及SAR

幾何定標和輻射定標相關的參數(shù)集的詳細描述，可用于SAR圖像的精細化處理。

圖1描述了本文件制定時，ISO/TS19159標準所有部分的包圖結構。

pkgCalVal

CalibrationValidation

OpticsLidarSAR/InSAR

圖1CalibrationValidation包圖

SAR是一種成像雷達。作為一種主動的傳感器，SAR自身提供輻射源而不依賴于太陽光。此外，根據

頻率的不同，微波可穿透云、霧、雨。因此，SAR具備全天時、全天候對地觀測的能力。

SAR發(fā)射連續(xù)的雷達脈沖照射目標場景，并利用安裝在移動平臺上的側視天線接收回波脈沖，從而

利用回波生成圖像。與真實孔徑雷達不同，SAR是一個相干系統(tǒng)，其回波脈沖的幅度和相位均能得到保

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持。因此，SAR通過將真實的傳感器天線沿飛行方向移動，并綜合處理合成的天線長度內的一系列接收

脈沖的信息，來形成一個虛擬的大天線，稱為合成孔徑。這一方法在不增加天線的物理尺寸的情況下，

極大地提高了方位向分辨率。

在距離向，SAR利用脈沖壓縮技術來達到高分辨率和高信噪比。SAR系統(tǒng)通常采用Chirp脈沖信號，

即在脈沖持續(xù)時間內的線性調頻信號。接收到的脈沖利用匹配濾波器進行處理，將脈沖壓縮到很短的持

續(xù)時間內。

InSAR是將不同位置或不同時間獲取的多幅SAR復圖像進行結合。圖像對中同名點的路程差可根據干

涉相位確定，達到亞波長量級的精度。因此，InSAR可作為傳統(tǒng)立體攝影測量技術的一種替代方式，用

于地形測繪。此外，InSAR還可以用于速度測繪和地表形變監(jiān)測。

雷達極化涉及極化雷達波的全矢量特性，能夠用于從目標散射波中提取目標特性。PolSAR將相干的

極化相位和幅度與SAR信號結合，使SAR在土地利用分類、森林測繪、生物量估計、目標識別、應急響應

及災害評估等多個應用領域的監(jiān)測能力得到進一步提升。

極化干涉SAR（PolInSAR）是將InSAR和PolSAR的優(yōu)勢結合的一項技術。它為散射機制的垂直分布提

供聯(lián)合的敏感度,具有優(yōu)化高程估計質量的能力。在物理參數(shù)反演和遮蔽地表或目標成像等領域具有十

分重要的價值。

定標是將系統(tǒng)對可控輸入信號的響應進行量化定義的過程。SAR定標主要包括兩個方面：幾何定標

和輻射定標。

對于地形測繪、土地調查等諸多應用，SAR數(shù)據產品的幾何保真度是非常重要的。為了獲取高的幾

何定位精度，必須通過幾何定標來測量系統(tǒng)的各種誤差源。

SAR輻射定標的目的是通過建立SAR系統(tǒng)端到端的傳輸特性，從而可以從SAR圖像中推導出地面目標

真實的輻射參數(shù)，即雷達散射截面積或后向散射系數(shù)。

然而，SAR定標通常是一個耗力、耗時的過程。因而通常會采取一些簡單的中間標定過程，來彌補

相鄰兩次定標過程之間的時間間隔，從而保證SAR數(shù)據質量長期的置信度。

對于特殊的SAR獲取模式如InSAR和PolSAR，除了常規(guī)的幾何和輻射定標外，還需要對額外的一些參

數(shù)進行定標，從而保證其產品的質量。

本條款描述常規(guī)的SAR傳感器定標以及定標信息驗證的模型。InSAR和PolSAR傳感器分別在條款7和

條款8進行描述。本文件不涉及PolInSAR傳感器的定標和驗證。

6.2頂層模型

圖2描述了本文件的頂層類圖。圖2所示的類及其屬性和關聯(lián)應按照數(shù)據字典B.2，B.12.1以及ISO/TS

19130-2中的描述使用。

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classCA_SARSensors

19159::CA_CalibrationValidation

+calibrationType:CA_CalibrationType

CA_InSARSensor

CA_SARSensor

+collectionMode:SE_SARCollectionMode

+acquisitionMode:CA_SARAcquisitionMode

+centreFrequency:RealCA_PolSARSensor

+bandwidth:Real

+atennaNumber:Integer

+transmitAndReceiveChannelNumber:Integer

?CodeList?

SE_SARCollectionMode

+SARValidation0..1+scan

+spotlight

CA_SARValidation+signalProcessing1+stripmap

CA_SignalProcessing

+antennaPhaseCentreantennaNumber

transmitAndReceiveChannelNumber

+calibrationField1..*

+antennaSystem

CA_AntennaPhaseCentreCA_SARCalibrationField

CA_AntennaSystem

transmitAndReceiveChannelNumber

+radarSystem

?CodeList?

CA_RadarSystemCA_SARAcquisitionMode

+SAR

+atmosphericPropagationAndEarthMotion0..1+InSAR

+PolSAR

CA_AtmosphericPropagationAndEarthMotion+other

圖2頂層UML類圖模型

CA_SARSensor類是一個關于SAR傳感器定標和驗證所有信息的頂層類。它集成了CA_RadarSystem，

CA_AntennaSystem，CA_AntennaPhaseCentre，CA_SignalProcessing，

CA_AtmosphericPropagationAndEarthMotion，CA_SARCalibrationField和CA_SARValidation七個類。

雷達系統(tǒng)、天線系統(tǒng)、天線相位中心、信號處理、大氣傳播和地球運動、定標場、SAR驗證各個部分的

詳細描述分別在圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8和圖9中給出。

CA_SARSensor類包含兩個子類CA_InSARSensor和CA_PolSARSensor，分別在圖11和圖12中給出。

collectionMode屬性定義SAR系統(tǒng)采集數(shù)據的方法。

acquisitionMode屬性根據CA_SARAcquisitionMode類中的代碼列表定義SAR系統(tǒng)的獲取模式。

centreFrequency屬性定義SAR傳感器的中心頻率。

bandwidth屬性定義發(fā)射信號的帶寬。

antennaNumber屬性定義SAR系統(tǒng)的天線數(shù)目。

transmitAndReceiveChannelNumber屬性定義SAR系統(tǒng)的通道數(shù)目。一個通道是指一個發(fā)射和接收

組合的數(shù)據通道。常規(guī)SAR包含一個通道。雙天線InSAR則包含兩個通道，即使工作在一個天線發(fā)射、兩

個天線接收回波的標準模式下也是如此。全極化SAR包含四個通道，極化模式分別為HH，HV，VH和VV。

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6.3雷達系統(tǒng)

雷達發(fā)射機產生脈沖并通過天線向空間輻射，部分雷達信號經目標反射后返回雷達方向，通過天線

接收回波并利用接收機放大。SAR是一種成像雷達。本條款描述與SAR定標相關的，除天線參數(shù)以外的雷

達系統(tǒng)參數(shù)。天線參數(shù)將在條款6.4中描述。

圖3給出了雷達系統(tǒng)的類圖。圖3所示的類及其屬性和關聯(lián)應按照數(shù)據字典B.3的描述使用。

classCA_RadarSystem

CA_SARSensor

+radarSystemtransmitAndReceiveChannelNumber

CA_RadarSystem

+transmitterPower:Real

+samplingDelay:Real

+samplingFrequency:Real

+pulseStartTime:DateTime