地理信息 遙感影像傳感器及數(shù)據(jù)的定標(biāo)與驗(yàn)證 第3部分：SAR-InSAR

ICS07.040;35.240.70

CCSA77

中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

GB/TXXXXX—XXXX/ISO/TS19159-3:2018

`

地理信息遙感影像傳感器及數(shù)據(jù)的定標(biāo)與

驗(yàn)證第3部分：SAR/InSAR

Geographicinformation—Calibrationandvalidationofremotesensingimagery

sensorsanddata–Part3:SAR/InSAR

(ISO/TS19159-3:2018,IDT)

（征求意見(jiàn)稿）

（本草案完成時(shí)間：2022年6月15日）

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實(shí)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(shù)語(yǔ)和定義.........................................................................1

4符號(hào)、縮略語(yǔ)及約定.................................................................6

4.1符號(hào)...........................................................................6

4.2縮略語(yǔ).........................................................................8

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

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

6通用SAR傳感器定標(biāo)模型.............................................................9

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

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

6.3雷達(dá)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(hào)處理...................................................................14

6.7大氣傳播與地球運(yùn)動(dòng)............................................................16

6.8SAR定標(biāo)場(chǎng).....................................................................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(yàn)證..........................................................................20

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

7InSAR傳感器定標(biāo)模型...............................................................20

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

7.2CA_InSARSensor類(lèi)..............................................................21

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

8PolSAR傳感器定標(biāo)模型..............................................................22

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

8.2CA_PolSARSensor類(lèi).............................................................23

I

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

附錄A（規(guī)范性）抽象測(cè)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(jù)字典............................................................26

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

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

B.3雷達(dá)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(hào)處理（圖6）...............................................................29

B.7大氣傳播和地球運(yùn)動(dòng)（圖7）.....................................................31

B.8SAR定標(biāo)場(chǎng)（圖8）.............................................................32

B.9SAR驗(yàn)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(biāo)用例....................................................38

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

C.2SAR幾何定標(biāo)...................................................................38

C.3InSAR定標(biāo).....................................................................40

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

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

D.2SAR輻射定標(biāo)...................................................................41

D.3PolSAR定標(biāo)....................................................................42

參考文獻(xiàn).............................................................................43

II

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引言

成像傳感器是獲取地理信息的主要數(shù)據(jù)源之一。

影像數(shù)據(jù)可用于獲取空間、波譜的測(cè)量信息，廣泛應(yīng)用于從城鎮(zhèn)/道路規(guī)劃到地質(zhì)制圖的各種領(lǐng)域。

典型的空間產(chǎn)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(chǎn)品的質(zhì)量都依賴于獲取數(shù)據(jù)的設(shè)備精度，其精度需要通過(guò)定標(biāo)來(lái)保證。

定標(biāo)通常是一個(gè)代價(jià)昂貴且耗時(shí)的過(guò)程，因而，通常在相鄰兩次定標(biāo)之間的較長(zhǎng)的時(shí)間間隔里，采

取其他簡(jiǎn)單的中間定標(biāo)過(guò)程來(lái)彌補(bǔ)，從而仍保證可控的產(chǎn)品質(zhì)量。

《地理信息遙感影像傳感器及數(shù)據(jù)的定標(biāo)與驗(yàn)證》(ISO/TS19159)是對(duì)遙感影像傳感器的定標(biāo)以

及定標(biāo)信息及過(guò)程的驗(yàn)證進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

遙感影像傳感器有很多類(lèi)型。除了不同的技術(shù)外，不同傳感器類(lèi)型對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化的需求也有不同的側(cè)重

點(diǎn)。為了滿足各類(lèi)需求，本文件將分為幾個(gè)部分。第1部分涵蓋光學(xué)傳感器。第2部分涵蓋機(jī)載激光雷達(dá)。

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

IV

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地理信息遙感影像傳感器及數(shù)據(jù)的定標(biāo)與驗(yàn)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(biāo)以及定標(biāo)信息的驗(yàn)證的定義。

本文件涉及遙感對(duì)地觀測(cè)，具體傳感器包括機(jī)載和星載SAR/InSAR傳感器。

本文件還規(guī)定了與定標(biāo)與驗(yàn)證相關(guān)的元數(shù)據(jù)的規(guī)范要求。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)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(duì)應(yīng)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(yǔ)言（Geographicinformation—Conceptualschemalanguage）

注：GB/T35647-2017地理信息概念模式語(yǔ)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(dá)

和聲納（Geographicinformation—Imagerysensormodelsforgeopositioning—Part2:SAR,

InSAR,lidarandsonar）

ISO19157地理信息數(shù)據(jù)質(zhì)量（Geographicinformation—Dataquality）

ISO/TS19159-1:2014地理信息遙感圖像傳感器和數(shù)據(jù)的校準(zhǔn)和驗(yàn)證第1部分:光學(xué)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(jù)的校準(zhǔn)和驗(yàn)證第2部分:激光雷達(dá)（Geographic

information—Calibrationandvalidationofremotesensingimagerysensors—Part2:Lidar）

3術(shù)語(yǔ)和定義

下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

3.1

精度accuracy

測(cè)試結(jié)果或度量結(jié)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(lái)源：ISO35342:2006，3.3.1,已修改—?jiǎng)h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(chǎng)強(qiáng)度與其峰值方向上的電場(chǎng)強(qiáng)度的比例。

3.3

孔徑參考點(diǎn)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(biāo)系下以米為單位表示。

[來(lái)源：ISO/TS19130:2010，4.4]

3.4

姿態(tài)attitude

物體的指向，利用該物體坐標(biāo)軸和外部坐標(biāo)軸之間的角度描述。

[來(lái)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(yīng)來(lái)測(cè)量。它是合成孔徑大小或駐留時(shí)間的函數(shù)（例如:

孔徑越大→駐留時(shí)間越長(zhǎng)→分辨率越高）。

注2：沖激響應(yīng)的3dB寬度作為測(cè)量的標(biāo)稱值。

注3：距離橫向等同于沿軌方向1。

[來(lái)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(dá)散射截面。

注1：如果被觀測(cè)區(qū)域的雷達(dá)回波是由許多獨(dú)立的散射單元構(gòu)成的，則用后向散射系數(shù)來(lái)描述，而不是用針對(duì)點(diǎn)目

標(biāo)的雷達(dá)散射截面來(lái)描述。后向散射系數(shù)計(jì)算如下：

?

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

?

式中：

?為面積A的整體雷達(dá)散射截面；

?0為一個(gè)無(wú)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(shí)也稱為歸一化雷達(dá)散射截面。

3.7

定標(biāo)calibration

定量化地定義一個(gè)系統(tǒng)對(duì)已知可控的輸入信號(hào)的響應(yīng)的過(guò)程。

[來(lái)源：ISO/TS19101-2]

3.8

定標(biāo)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(dá)散射截面的比值。

3.9

校正correction

對(duì)估計(jì)的系統(tǒng)性影響的補(bǔ)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(cè)視情況下等同于沿軌方向。

2

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注2：補(bǔ)償可以采用不同形式，如加數(shù)或因子，也可以從表中推導(dǎo)。

[來(lái)源：ISO/IECGuide99]

3.10

串?dāng)_cross-talk

無(wú)意地影響另一信號(hào)或電路的任何信號(hào)或電路。

注：對(duì)PolSAR傳感器，若發(fā)射通道為水平（H）極化，則發(fā)射端的串?dāng)_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?dāng)_與發(fā)射端類(lèi)似。

3.11

數(shù)字高程模型digitalelevationmodel，DEM

按算法賦值到二維坐標(biāo)上的高程值數(shù)據(jù)集。

[來(lái)源：ISO/TS19101-2:2008,4.5]

3.12

高程height，h，H

某一點(diǎn)到選擇的參考平面的距離，通過(guò)沿垂直于該平面向上的一條線測(cè)量。

注1：在參考平面以下的高程為負(fù)值。

注2：術(shù)語(yǔ)elevation和height同義。

[來(lái)源：ISO19111:2007,4.29—已修改:增加了注2]

3.13

入射角incidentangle

從探測(cè)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(lái)源：ISO/TS19130:2010，4.57]

3.14

干涉基線interferometricbaseline

在給定散射體的成像時(shí)刻，兩個(gè)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(diǎn)目標(biāo)沖激響應(yīng)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(guò)對(duì)適當(dāng)區(qū)域的沖激響應(yīng)功率進(jìn)行積分得到?？梢员硎緸?/p>

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

??????=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(yīng)寬度的α倍，其中α為一個(gè)預(yù)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(dá)interferometricsyntheticapertureradar，InSAR

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

3.17

視角lookangle

從平臺(tái)下視向到斜距向的角度，通常在孔徑參考點(diǎn)(ARP)處測(cè)量。

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

[來(lái)源：ISO/TS191302:2014,4.42,已修改—新的注替代了原注1]

3

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3.18

元數(shù)據(jù)metadata

描述某種資源的信息。

[來(lái)源：ISO191151:2014，4.10]

3.19

峰值旁瓣比peaksideloberatio，PLSR

SAR圖像中點(diǎn)目標(biāo)沖激響應(yīng)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(jì)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(dá)polarimetricsyntheticapertureradar，PoISAR

通過(guò)不同的極化組合進(jìn)行收發(fā)的先進(jìn)SAR傳感器。

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

極化信號(hào)，形成同一成像場(chǎng)景的四個(gè)極化通道。本文件涉及了全極化SAR的定標(biāo)。

3.21

極化通道不平衡polarizationchannelimbalance

對(duì)兩個(gè)相干數(shù)據(jù)通道中同一像素的散射矩陣元素之間的比例的估計(jì)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(fù)頻率pulserepetitionfrequency

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

[來(lái)源：ISO/TS19130-2:2014，4.53]

3.23

雷達(dá)散射截面radarcrosssection

目標(biāo)對(duì)發(fā)射雷達(dá)功率的散射能力的度量。

注1：雷達(dá)散射截面的計(jì)算方法為

2

2|??|

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

|??|

式中：

?為雷達(dá)散射截面；

為入射波的電場(chǎng)強(qiáng)度；

為距離目標(biāo)R處的雷達(dá)散射波的電場(chǎng)強(qiáng)度。

注2：雷達(dá)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(duì)數(shù)形式表示，單位為dBsm:

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

3.24

距離range

<SAR>天線與遠(yuǎn)處目標(biāo)之間的距離，等同于斜距。

[來(lái)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(dá)回波。

[來(lái)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(lái)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(duì)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(yīng)來(lái)測(cè)量。它是脈沖帶寬的函數(shù)。

注2：沖激響應(yīng)的3dB寬度作為測(cè)量的標(biāo)稱值。

[來(lái)源：ISO/TS19130:2010,4.71—已修改:增加了注2。]

3.28

遙感remotesensing

通過(guò)非接觸方式獲取物體信息并進(jìn)行解譯的過(guò)程。

[來(lái)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(gè)均勻照射的目標(biāo)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(biāo)）的能力。

注3：分辨率也可指波譜分辨率和時(shí)間分辨率。

[來(lái)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(huà)極化SAR在感興趣目標(biāo)處的散射過(guò)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(chǎng)矢量；

()

?

?

()為散射波電場(chǎng)矢量；

?

為照射波的波數(shù)；

?為目標(biāo)和雷達(dá)天線之間的距離。

3.31

傳感器sensor

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

5

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注：存在主動(dòng)或被動(dòng)的傳感器。通常兩個(gè)或多個(gè)傳感器組合成一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)。

[來(lái)源：ISO/IECGuide99:2007，3.8—已修改:示例和注釋用注代替。]

3.32

不確定性u(píng)ncertainty

與測(cè)量結(jié)果相關(guān)的參數(shù)，表現(xiàn)合理量測(cè)值的離差特性。

注1：例如，該參數(shù)可以是標(biāo)準(zhǔn)差（或其給定倍數(shù)），或?yàn)榫哂幸?guī)定置信水平的區(qū)間的半寬度。

注2：一般來(lái)說(shuō)，測(cè)量的不確定性有很多部分組成。有些部分可以通過(guò)一系列測(cè)量結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分布進(jìn)行評(píng)估，且能

用試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)表征。其他部分，也能用標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)表征，但是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或其他信息利用假設(shè)的概率分布進(jìn)

行評(píng)估的。

注3：通常認(rèn)為測(cè)量結(jié)果是被測(cè)值的最佳估計(jì)，所有不確定度分量都能引起測(cè)量結(jié)果的偏差，包括由系統(tǒng)效應(yīng)引起

的不確定度分量，如與校正和參考標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的部分。

注4：當(dāng)要定量描述測(cè)量值（例如坐標(biāo)）的精度時(shí)，質(zhì)量參數(shù)是對(duì)測(cè)量結(jié)果不確定性的估計(jì)。因?yàn)榫仁且粋€(gè)定性

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

注5：測(cè)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(cè)標(biāo)準(zhǔn)分配的數(shù)量值以及定義的不確定性相

關(guān)的部分。有時(shí)估計(jì)的系統(tǒng)性影響沒(méi)有被糾正，而是被合并到測(cè)量不確定性部分中。

注6：該參數(shù)可以是，如標(biāo)準(zhǔn)差，相應(yīng)的稱為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量不確定度（或指定多個(gè)），或?yàn)榫哂袠?biāo)稱覆蓋概率區(qū)間寬度

的一半。

注7：一般來(lái)說(shuō)，測(cè)量的不確定性有很多部分組成。有些部分可以通過(guò)一系列測(cè)量值的統(tǒng)計(jì)分布所得的A類(lèi)測(cè)量不確

定度來(lái)評(píng)估，且能用標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)表征。另一部分，由B類(lèi)測(cè)量不確定度來(lái)評(píng)估，也能用標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)表達(dá)，由基于經(jīng)

驗(yàn)或其它信息的概率密度函數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)。

注8：一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于給定的一組信息，測(cè)量不確定度可認(rèn)為是與被測(cè)物標(biāo)稱的數(shù)量值相關(guān)。對(duì)這一數(shù)值的修改會(huì)

導(dǎo)致相關(guān)不確定性的變化。

[來(lái)源：ISO19116:2004，定義4.26已修改:增加了注1-8。2]

3.33

驗(yàn)證validation

采用獨(dú)立手段，評(píng)估從系統(tǒng)輸出所得到的數(shù)據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量的過(guò)程。

注：在本文件中，驗(yàn)證這一術(shù)語(yǔ)僅在有限意義上使用，僅涉及定標(biāo)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，以便控制定標(biāo)數(shù)據(jù)隨時(shí)間的變化。

[來(lái)源：ISO/TS19101-2:2008，4.41]

4符號(hào)、縮略語(yǔ)及約定

本文件中，概念模式用統(tǒng)一建模語(yǔ)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(hào)

下列符號(hào)適用于本文件。

：地面分辨單元的面積。

：干涉基線矢量的長(zhǎng)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(dá)意思重復(fù)。（該術(shù)語(yǔ)引用自ISO/TS19159-1，ISO/TS19159-1有同

樣問(wèn)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(dá)接收機(jī)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(duì)于參考平面的高度。

：目標(biāo)相對(duì)于參考平面的高度。

：定標(biāo)常數(shù)。

：雷達(dá)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(zhǎng)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(dá)接收機(jī)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(duì)于參考平面的高度。

：目標(biāo)相對(duì)于參考平面的高度。

：定標(biāo)常數(shù)。

：雷達(dá)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(fù)頻率。

：InSAR數(shù)據(jù)采集模式標(biāo)志，p=1針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模式，p=2針對(duì)乒乓模式。

?：天線相位中心到目標(biāo)的距離。

：描述PolSAR傳感器雷達(dá)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(shí)間。

0：方位向成像起始時(shí)刻。

：測(cè)量的散射矩陣。

：干涉基線相對(duì)于參考水平面的角度。

1：接收端從通道H到通道V的串?dāng)_。

2：接收端從通道V到通道H的串?dāng)_。

：發(fā)射端從通道H到通道V的串?dāng)_。

：發(fā)射端從通道V到通道H的串?dāng)_。

：視角。

：雷達(dá)波長(zhǎng)。

?：雷達(dá)散射截面積。

?0：后向散射系數(shù)。

0：雷達(dá)到第一個(gè)斜距采樣點(diǎn)的時(shí)間延遲。

：干涉相位。

??：天線相位中心位置矢量。

??：目標(biāo)位置矢量。

??：天線相位中心速度矢量。

4.2縮略語(yǔ)

下列縮略語(yǔ)適用于本文件。

ARC：有源雷達(dá)定標(biāo)器（Activeradarcalibrator）

CRS：參考坐標(biāo)系（Referencecoordinatesystem）

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

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

GCP：地面控制點(diǎn)（Groundcontrolpoints）

GNSS：全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GlobalNavigationSatelliteSystem）

IMU：慣性測(cè)量單元（Inertialmeasurementunit）

InSAR：干涉合成孔徑雷達(dá)（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(dá)（Polarizedsyntheticapertureradar）

PRF：脈沖重復(fù)頻率（Pulserepetitionrate）

PSLR：峰值旁瓣比（Peakparavalvularratio）

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

SAR：合成孔徑雷達(dá)（syntheticapertureradar）

UML：統(tǒng)一建模語(yǔ)言（Unifiedmodelinglanguage）

4.3約定

GB/T35647-2017要求除了基本的數(shù)據(jù)類(lèi)型類(lèi)之外，UML類(lèi)的名稱應(yīng)包括一個(gè)雙字母的前綴，來(lái)標(biāo)識(shí)

定義類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn)以及UML包。表1列出了本文件用到的前綴、定義前綴的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)及前綴標(biāo)識(shí)的包。本文件

定義的UML類(lèi)屬于定標(biāo)驗(yàn)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(lèi)前綴

前綴國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)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(xì)化了三個(gè)一致性類(lèi)。一致性類(lèi)的詳細(xì)內(nèi)容在附錄A的抽象測(cè)試套件中給出。SAR、InSAR或

PolSAR傳感器的任何定標(biāo)和驗(yàn)證信息集，聲明與本文件一致，需要分別符合抽象測(cè)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(biāo)模型

6.1引言

本文件涉及SAR/InSAR傳感器的定標(biāo)以及定標(biāo)信息的驗(yàn)證。本文件包括對(duì)SAR傳感器性能，以及SAR

幾何定標(biāo)和輻射定標(biāo)相關(guān)的參數(shù)集的詳細(xì)描述，可用于SAR圖像的精細(xì)化處理。

圖1描述了本文件制定時(shí)，ISO/TS19159標(biāo)準(zhǔn)所有部分的包圖結(jié)構(gòu)。

pkgCalVal

CalibrationValidation

OpticsLidarSAR/InSAR

圖1CalibrationValidation包圖

SAR是一種成像雷達(dá)。作為一種主動(dòng)的傳感器，SAR自身提供輻射源而不依賴于太陽(yáng)光。此外，根據(jù)

頻率的不同，微波可穿透云、霧、雨。因此，SAR具備全天時(shí)、全天候?qū)Φ赜^測(cè)的能力。

SAR發(fā)射連續(xù)的雷達(dá)脈沖照射目標(biāo)場(chǎng)景，并利用安裝在移動(dòng)平臺(tái)上的側(cè)視天線接收回波脈沖，從而

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

9

GB/TXXXXX—XXXX/ISO/TS19159-3:2018

持。因此，SAR通過(guò)將真實(shí)的傳感器天線沿飛行方向移動(dòng)，并綜合處理合成的天線長(zhǎng)度內(nèi)的一系列接收

脈沖的信息，來(lái)形成一個(gè)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(shù)來(lái)達(dá)到高分辨率和高信噪比。SAR系統(tǒng)通常采用Chirp脈沖信號(hào)，

即在脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)的線性調(diào)頻信號(hào)。接收到的脈沖利用匹配濾波器進(jìn)行處理，將脈沖壓縮到很短的持

續(xù)時(shí)間內(nèi)。

InSAR是將不同位置或不同時(shí)間獲取的多幅SAR復(fù)圖像進(jìn)行結(jié)合。圖像對(duì)中同名點(diǎn)的路程差可根據(jù)干

涉相位確定，達(dá)到亞波長(zhǎng)量級(jí)的精度。因此，InSAR可作為傳統(tǒng)立體攝影測(cè)量技術(shù)的一種替代方式，用

于地形測(cè)繪。此外，InSAR還可以用于速度測(cè)繪和地表形變監(jiān)測(cè)。

雷達(dá)極化涉及極化雷達(dá)波的全矢量特性，能夠用于從目標(biāo)散射波中提取目標(biāo)特性。PolSAR將相干的

極化相位和幅度與SAR信號(hào)結(jié)合，使SAR在土地利用分類(lèi)、森林測(cè)繪、生物量估計(jì)、目標(biāo)識(shí)別、應(yīng)急響應(yīng)

及災(zāi)害評(píng)估等多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的監(jiān)測(cè)能力得到進(jìn)一步提升。

極化干涉SAR（PolInSAR）是將InSAR和PolSAR的優(yōu)勢(shì)結(jié)合的一項(xiàng)技術(shù)。它為散射機(jī)制的垂直分布提

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

分重要的價(jià)值。

定標(biāo)是將系統(tǒng)對(duì)可控輸入信號(hào)的響應(yīng)進(jìn)行量化定義的過(guò)程。SAR定標(biāo)主要包括兩個(gè)方面：幾何定標(biāo)

和輻射定標(biāo)。

對(duì)于地形測(cè)繪、土地調(diào)查等諸多應(yīng)用，SAR數(shù)據(jù)產(chǎn)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(guò)幾何定標(biāo)來(lái)測(cè)量系統(tǒng)的各種誤差源。

SAR輻射定標(biāo)的目的是通過(guò)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(dǎo)出地面目標(biāo)

真實(shí)的輻射參數(shù)，即雷達(dá)散射截面積或后向散射系數(shù)。

然而，SAR定標(biāo)通常是一個(gè)耗力、耗時(shí)的過(guò)程。因而通常會(huì)采取一些簡(jiǎn)單的中間標(biāo)定過(guò)程，來(lái)彌補(bǔ)

相鄰兩次定標(biāo)過(guò)程之間的時(shí)間間隔，從而保證SAR數(shù)據(jù)質(zhì)量長(zhǎng)期的置信度。

對(duì)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(biāo)外，還需要對(duì)額外的一些參

數(shù)進(jìn)行定標(biāo)，從而保證其產(chǎn)品的質(zhì)量。

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

條款8進(jìn)行描述。本文件不涉及PolInSAR傳感器的定標(biāo)和驗(yàn)證。

6.2頂層模型

圖2描述了本文件的頂層類(lèi)圖。圖2所示的類(lèi)及其屬性和關(guān)聯(lián)應(yīng)按照數(shù)據(jù)字典B.2，B.12.1以及ISO/TS

19130-2中的描述使用。

10

GB/TXXXXX—XXXX/ISO/TS19159-3:2018

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(lèi)圖模型

CA_SARSensor類(lèi)是一個(gè)關(guān)于SAR傳感器定標(biāo)和驗(yàn)證所有信息的頂層類(lèi)。它集成了CA_RadarSystem，

CA_AntennaSystem，CA_AntennaPhaseCentre，CA_SignalProcessing，

CA_AtmosphericPropagationAndEarthMotion，CA_SARCalibrationField和CA_SARValidation七個(gè)類(lèi)。

雷達(dá)系統(tǒng)、天線系統(tǒng)、天線相位中心、信號(hào)處理、大氣傳播和地球運(yùn)動(dòng)、定標(biāo)場(chǎng)、SAR驗(yàn)證各個(gè)部分的

詳細(xì)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(lèi)包含兩個(gè)子類(lèi)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(jù)的方法。

acquisitionMode屬性根據(jù)CA_SARAcquisitionMode類(lèi)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(hào)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(gè)通道是指一個(gè)發(fā)射和接收

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

個(gè)天線接收回波的標(biāo)準(zhǔn)模式下也是如此。全極化SAR包含四個(gè)通道，極化模式分別為HH，HV，VH和VV。

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GB/TXXXXX—XXXX/ISO/TS19159-3:2018

6.3雷達(dá)系統(tǒng)

雷達(dá)發(fā)射機(jī)產(chǎn)生脈沖并通過(guò)天線向空間輻射，部分雷達(dá)信號(hào)經(jīng)目標(biāo)反射后返回雷達(dá)方向，通過(guò)天線

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

達(dá)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(dá)系統(tǒng)的類(lèi)圖。圖3所示的類(lèi)及其屬性和關(guān)聯(lián)應(yīng)按照數(shù)據(jù)字典B.3的描述使用。

classCA_RadarSystem

CA_SARSensor

+radarSystemtransmitAndReceiveChannelNumber

CA_RadarSystem

+transmitterPower:Real

+samplingDelay:Real

+samplingFrequency:Real

+pulseStartTime:DateTime