ISOTS 19124-22025 地理信息 遥感数据和衍生产品的校准和验证 第2部分合成孔径雷达标准立项发展报告

地理信息遥感数据和衍生产品的校准和验证第2部分：合成孔径雷达标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Geographicinformation—Calibrationandvalidationofremotesensingdataandderivedproducts—Part2:Syntheticapertureradar(SAR)摘要随着全球对地观测技术的快速发展，合成孔径雷达（SyntheticApertureRadar，SAR）因其全天时、全天候成像能力，已成为自然资源监测、防灾减灾、海洋监管和国防安全等领域的核心遥感手段。然而，SAR数据的质量保障——特别是系统校准与产品验证——长期缺乏统一的国际技术规范，导致不同卫星任务和不同处理系统之间所获取的地表参数反演结果缺乏可比性和可追溯性。在此背景下，国际标准化组织地理信息技术委员会（ISO/TC211）制定了ISO/TS19124-2:2025《地理信息遥感数据和衍生产品的校准和验证第2部分：合成孔径雷达》。本报告围绕该标准的立项背景、编制历程、技术内容及实施价值展开系统阐述，重点分析了标准中关于SAR系统辐射定标、几何校准、极化校准、干涉测量相位校正及衍生产品精度验证等关键技术要求。该标准的发布填补了SAR遥感数据质量保障国际标准领域的空白，将在促进全球SAR数据互操作、支撑联合国可持续发展目标（SDGs）监测、推动商业遥感卫星产业健康发展等方面发挥重要的技术支撑作用。关键词：合成孔径雷达；校准与验证；地理信息标准；遥感质量保障；ISO/TC211；辐射定标；干涉测量Keywords:SyntheticApertureRadar(SAR);CalibrationandValidation;GeographicInformationStandard;RemoteSensingQualityAssurance;ISO/TC211;RadiometricCalibration;Interferometry1引言1.1研究背景合成孔径雷达是一种主动式微波成像传感器，通过发射脉冲信号并接收地物回波来获取高分辨率图像。与光学遥感传感器不同，SAR不受云雨天气和昼夜条件的限制，能够穿透云层甚至在一定程度上穿透地表覆盖物（如干沙、植被冠层），因而在地形测绘、地表形变监测、海洋溢油探测、洪水评估、冰川运动观测、城市基础设施健康诊断等领域具有不可替代的技术优势。近年来，全球SAR卫星星座发展极为迅速——从欧洲空间局的Sentinel-1系列、德国的TerraSAR-X/TanDEM-X、意大利的COSMO-SkyMed星座，到中国的高分三号（GF-3）及高分三号系列后续星、陆地探测一号（LT-1）双星系统，以及众多商业SAR星座（如Capella、ICEYE、Umbra等），SAR数据的获取能力已呈数量级增长。然而，SAR数据的科学应用高度依赖其数据质量。由于SAR系统的成像机理复杂，其信号强度、相位信息、极化特性和几何定位精度均可能受到系统硬件参数漂移、天线方向图变化、大气传播延迟、地形起伏等多种因素的干扰。如果不能对SAR系统进行定期的校准（Calibration）并对衍生产品进行系统的验证（Validation），将直接导致地表形变反演结果的系统性误差、地物分类精度的下降，以及跨任务数据集融合时的不一致性。这一问题已成为制约SAR遥感产业化应用和国际合作的瓶颈之一。1.2标准立项的必要性尽管国际对地观测组织和各航天机构均建立了各自内部的SAR定标验证流程，例如美国宇航局喷气推进实验室（NASAJPL）的Cal/Val方案、欧洲空间局（ESA）的SARCalibrationTeam工作机制，以及中国遥感卫星辐射校正场的业务化定标体系，但长期以来，国际上缺乏一套由权威标准化组织发布的、适用于全球各类SAR卫星系统的校准与验证通用标准。各国、各机构在定标场布设、定标频率、精度评估指标、产品验证方法等方面各不相同，导致SAR数据产品的质量标识不统一、测试报告不可比。这严重制约了多源SAR数据在跨国界、跨任务环境下的综合应用与互操作。因此，由国际标准化组织（ISO）牵头，制定面向SAR遥感数据和衍生产品的校准与验证国际标准，具有重要的战略意义和迫切的实际需求。1.3与ISO/TC211标准体系的关联ISO/TS19124-2:2025由国际标准化组织地理信息技术委员会（ISO/TC211）负责制定。ISO/TC211成立于1994年，是地理信息领域最权威的国际标准化技术委员会之一，负责制定地理信息/地球空间信息领域的系列国际标准。ISO/TS19124系列标准是ISO/TC211中“遥感数据校准与验证”系列标准的重要组成部分，其中第1部分针对光学遥感传感器，第2部分即为本报告所论述的合成孔径雷达部分。该系列标准的制定，标志着国际地理信息标准化工作从传统的空间数据基础设施领域，进一步延伸至遥感数据质量保障这一关键环节。2标准编制概况2.1标准基本信息-标准编号：ISO/TS19124-2:2025-正式名称：Geographicinformation—Calibrationandvalidationofremotesensingdataandderivedproducts—Part2:Syntheticapertureradar(SAR)-中文译名：地理信息遥感数据和衍生产品的校准和验证第2部分：合成孔径雷达-发布日期：2025年12月16日-发布机构：国际标准化组织（ISO）-技术委员会：ISO/TC211（地理信息技术委员会）-标准状态：现行（Published）-国际标准分类号（ICS）：信息技术在自然科学中的应用-文件格式：电子版加密PDF-定价：1465元人民币（约合200瑞士法郎）2.2标准定位本文件属于ISO技术规范（TechnicalSpecification，TS）类别。技术规范是ISO发布的一种标准化交付物，通常在标准尚未完全成熟或需要更快发布以引导行业发展时采用。选择ISO/TS而非ISO国际标准（IS）的形式，反映了SAR校准验证领域技术仍处于快速演进阶段，需要在实践中不断积累经验后再升格为完整国际标准。该定位使得标准能够及时回应产业界的需求，同时保留了后续基于实施反馈进行修订完善的灵活性。2.3编制背景与历程回顾ISO/TS19124系列标准的工作项目最早可追溯至2018年前后。随着Sentinel-1等大型SAR卫星系统进入业务化运行阶段，以及全球范围内商业SAR卫星的密集发射，ISO/TC211内部关于遥感数据质量保障标准的讨论日趋深入。在2019年ISO/TC211全体大会上，多国代表提出制定SAR数据校准与验证国际标准的提案，得到了包括中国、加拿大、德国、日本、美国、意大利等国专家的响应和支持。标准编制工作启动后，工作组系统梳理了各主要航天机构和国际组织已有的技术文档，包括：-欧洲空间局（ESA）的Sentinel-1MissionPerformanceCentre（MPC）定标验证文档体系；-德国宇航中心（DLR）在TerraSAR-X/TanDEM-X任务中积累的定标方法与经验；-日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）在ALOS-2/PALSAR-2任务中的定标验证规程；-中国高分三号卫星在轨测试与业务化定标的技术流程；-国际摄影测量与遥感学会（ISPRS）在SAR数据处理与分析方面的指南性文件；-IEEE地球科学与遥感学会（GRSS）在SAR定标方面的专题技术报告。工作组经过多轮全体会议讨论、专家评审和意见征询，充分考虑了不同类型SAR传感器（星载、机载）、不同工作模式（条带、扫描、聚束）、不同频段（X、C、L、P波段）以及不同极化方式（单极化、双极化、全极化）之间的技术差异，力求使标准具有广泛适用性。经过多轮委员会草案（CD）、技术规范草案（DTS）等阶段的投票和修改，最终于2025年12月16日正式发布。2.4主要参与单位与专家该标准的制定汇聚了全球SAR遥感领域的顶尖专家。标准编制工作由ISO/TC211工作组——具体由负责遥感与传感器模型相关标准的工作组WG6（遥感与传感器模型工作组）牵头推进。各国标准化机构和科研机构深度参与了标准编制，包括中国（全国地理信息标准化技术委员会）、加拿大（加拿大标准协会）、德国（德国标准化协会）、日本（日本工业标准调查会）、美国等国家的标准化机构和来自各国主要航天机构、科研院所及高校的技术专家。3标准技术内容解析3.1标准框架结构ISO/TS19124-2:2025在技术框架上遵循通用的校准验证逻辑链，即“系统描述—参数定义—校准方法—产品验证—质量报告”。其章节安排大体涵盖：范围与规范性引用文件部分界定了标准适用的SAR数据类型和衍生产品范围，明确了与ISO19101-1（地理信息参考模型）、ISO19115-1（元数据）、ISO19157（数据质量）等基础标准之间的衔接关系。术语与定义部分统一了SAR校准验证领域的关键术语，为全球各机构之间的技术交流建立了共同语言。SAR系统校准与验证的总体框架部分确立了校准验证工作的分层架构：从系统层面到产品层面，从辐射、几何等基本参数到极化、相位等高级参数。该框架强调校准与验证是一体化的持续过程，而非一次性的发射前测试。同时明确了在SAR数据价值链中传感器运营商、数据处理机构、产品验证机构及终端用户各自在质量保障环节中的角色定位。SAR系统校准技术部分分别从辐射校准、几何校准、极化校准和干涉测量相位校准四个方面做出了详细规定：-辐射校准要求通过部署在定标场的角反射器（CornerReflector，CR）和主动雷达定标器（ActiveRadarCalibrator，ARC）等人工点目标，建立SAR图像像元值与地物后向散射系数之间的定量关系。标准推荐采用多级定标策略，包括内部定标（基于仪器内置的噪声源和参考信号）、外部定标（基于地面人工目标或均匀自然地物）和交叉定标（基于另一已定标卫星的同一地区观测数据），以提高定标结果的稳健性。在精度指标方面，标准建议星载SAR系统的辐射定标精度优于1dB（1σ），并要求在每次卫星任务的生命周期内定期进行在轨辐射定标监测，系统增益的短期稳定性和长期漂移趋势均需实现可追踪的记录。-几何校准涉及SAR图像的定位精度、距离向和方位向分辨率、斜距误差等。标准详细规定了基于角反射器和人工布设地面控制点的几何定标场布设方法，以及利用交叉定标和全球数字高程模型进行无控制点几何精校正的技术路线。标准建议现代星载SAR系统在无地面控制点条件下的平面定位精度优于10米（1σ），在采用高精度轨道和地形辅助校正后，联合定位精度应达到亚像元级水平。-极化校准针对全极化SAR系统的极化串扰（Crosstalk）和通道不平衡（ChannelImbalance）进行校正。标准推荐采用分布式目标（如热带雨林区）与人工点目标相结合的方式提取极化畸变参数，采用Quegan算法或Ainsworth算法等经典极化定标方法进行参数反演与修正。标准强调，对于需要开展极化分解（如Freeman-Durden分解、Yamaguchi分解等）的高级应用，极化通道间的隔离度应优于−30dB，通道幅度不平衡应控制在0.2dB以内、相位不平衡应控制在2°以内。-干涉测量相位校准针对InSAR和差分干涉（DInSAR）应用对相位信息的高精度要求，规范了基线估计、相位解缠精度验证和大气延迟改正等关键环节的质量控制方法。标准对InSAR系统在理想条件下的相位误差预算提出了参考建议，并强调了利用永久散射体（PS）和分布式散射体（DS）进行长时间序列干涉测量的精度验证方法。衍生产品验证部分是本标准的另一重要板块，针对SAR衍生产品——包括数字高程模型（DEM）、地表形变图、地物分类图、海洋动力参数产品等——提出了系统性的精度验证要求。标准规定产品验证应基于独立于校准数据的验证数据集，按照ISO19157所定义的数据质量元素（包括完整性、逻辑一致性、位置精度、时间精度和专题精度）逐项评估。SAR衍生产品的精度评估方法包括与地面实测数据对比、与光学高分辨率影像交叉验证、以及多源SAR产品之间的相互比对等。不确定度评估与报告部分引入了测量不确定度分析（GUM方法）的基本思想，要求SAR校准与验证活动中应定量评估各项误差来源贡献，并以不确定度区间形式表征校准参数的可靠程度。标准建议校准验证报告应遵循统一的模板格式，包含校准时间、定标场选择、气象条件、处理算法版本、主要不确定度来源等关键信息，确保校准验证过程的可追溯性和结果的可复现性。3.2标准的创新性ISO/TS19124-2:2025具有以下几方面的技术创新：首次建立面向SAR多工作模式的统一校准验证技术框架。此前的各机构定标方案通常针对单个卫星任务定制，而本标准从系统级视角提出了跨任务、跨模式通用校准方法论。标准中提出的“分层校准验证体系”，将传感器内部定标与外部定标（场地定标、交叉定标）有效衔接，使不同SAR系统在不同时间、不同观测条件下的数据质量具有可比性。对SAR衍生产品质量验证的系统化规范。以往大多数国标和行标主要聚焦于SAR图像本身的质量指标，而对基于SAR数据生成的高级产品的验证方法涉及较少。本标准首次在ISO框架下将衍生产品的验证纳入规范范围，建立了从“原始数据—图像产品—信息产品”全链路的完整性质量链。4标准实施价值与应用前景4.1推动全球SAR数据互操作通过统一的校准与验证规范，ISO/TS19124-2:2025有效解决了不同SAR卫星任务间数据不一致的问题。各国遥感数据提供机构如果在SAR数据的处理与发布环节遵循本标准的校准验证要求，将显著增强全球范围内SAR数据之间的可比性，降低多源数据融合的技术壁垒。这对于当前蓬勃发展的地面沉降监测、地震形变反演和极地冰盖变化追踪等全球性科学研究具有重要意义。4.2服务联合国可持续发展目标（SDGs）监测SAR数据在联合国可持续发展目标（SDGs）的监测与评估中发挥着日益重要作用，特别是在应对气候变化（SDG13）、保护陆地生态（SDG15）、粮食安全（SDG2）和水资源管理（SDG6）等方面。本标准的实施可显著提升上述领域基于SAR数据所生成指标产品的可靠性，为国际组织、各国政府和科研机构提供可追溯、可比较的监测信息。4.3助力商业遥感卫星产业发展当前全球商业SAR卫星产业已进入快速发展期，众多初创企业正在布局小型SAR星座。与大型政府卫星任务拥有完善的定标验证团队和设施不同，商业SAR企业通常在定标验证方面缺乏经验。ISO/TS19124-2:2025的发布为商业SAR卫星运营商提供了明确且权威的技术指引，帮助这些企业以经济高效的方式建立自身的校准验证体系，从而提升其数据产品的商业竞争力。5标准应用建议5.1加强标准宣贯与培训建议各遥感卫星数据生产机构和应用机构，尤其是商业SAR卫星运营商和数据处理服务提供商，安排专项培训以了解ISO/TS19124-2:2025的技术要求。全国地理信息标准化技术委员会等相关组织可通过组织标准解读会、技术研讨会等形式，推动标准在国内的有效实施。5.2鼓励建立我国SAR标准试验场与验证基地建议依托现有陆地遥感卫星辐射校正场和定标场资源，按照本标准的推荐技术指标（角反射器布设密度、ARC定标频次、长时序监测方案等），建设面向SAR系统校准的专业定标实验基地。同时推动国内各SAR任务在轨定标方案与国际标准接轨，提升国产SAR数据在国际合作中的信任度和竞争力。5.3推动标准升级为国际标准（IS）ISO/TS19124-2:2025作为技术规范，需要在使用中通过实践积累经