随着定量遥感技术的发展，SAR数据的定量化应用需求日益迫切——从地物后向散射系数反演到地表参数估算，均要求SAR影像像素值与地物实际散射特性建立精确的定量关系。辐射定标作为实现这一转化的核心技术，其本质是将传感器接收的原始数字信号（DN值）转换为具有物理意义的辐射度量参数（如后向散射系数σ⁰），而绝对校准则是辐射定标的关键环节，直接决定了定标结果的绝对精度和数据可比性。本文将从基本原理、技术分类、核心方法、应用验证及发展趋势等方面，系统解析
SAR数据采集过程中的辐射定标与绝对校准技术。
1. 物理基础
SAR系统的能量传输过程可通过雷达方程定量描述：
P_r=(P_t*G_r*G²(θ,φ)*λ²*σ)/(4π)³*S⁴
其中，P_r为接收信号功率，P_t为发射功率，G_r为接收增益，G(θ,φ)为天线方向图增益，λ为雷达波长，S为地距，σ为目标雷达截面积（RCS）。对于分布式地物目标，雷达截面积与后向散射系数的关系为：
σ=σ⁰*A_c
式中，σ⁰为单位面积后向散射系数（表征地物散射能力的核心参数），A_c为雷达地面分辨单元面积。辐射定标的核心任务，就是通过校准消除系统误差，建立DN值与σ⁰的精确映射关系。
2. 定标分类与核心目标
根据校准对象和目的，SAR辐射定标分为相对定标和绝对定标两类：
（1）相对定标：旨在消除同一影像内的辐射不均匀性（如天线方向图、距离衰减等影响），保证影像内部辐射一致性，为跨区域、跨时段对比提供基础。
（2）绝对定标：通过与已知RCS的标准目标或参考面比对，确定系统的绝对辐射响应系数，将相对定标后的信号转换为绝对物理量（如σ⁰），要求定标精度通常优于1dB。
辐射定标的最终目标包括：①消除传感器硬件漂移（如温度变化、器件老化）导致的辐射偏差；②实现不同传感器、不同观测模式、不同时间序列SAR数据的可比；③为地物参数反演提供定量基础。
二、绝对校准核心技术与方法
绝对校准是辐射定标的关键环节，其技术路线可分为内部校准、外部校准及混合校准三类，各类方法在技术原理、适用场景和精度表现上各具特点。
1. 内部校准技术
内部校准通过监测SAR系统内部信号传输链路的特性变化，实现系统误差的实时补偿。其核心思路是在传感器内部注入已知特性的校准信号，通过测量信号在发射-接收链路中的传输响应，反演链路增益、相位等参数，进而修正原始数据的辐射偏差。
传统内部校准方案多在数据采集前后进行，易受时序漂移影响，尤其不适用于长时段数据采集任务。为此，DLR提出一种并发式内部校准技术，在数据采集过程中注入低功率编码校准信号，该信号对影像质量影响微小，且可通过相关信号处理技术从原始数据中分离提取。TerraSAR-X卫星采用该技术，通过监测发射/接收模块（TRM）的传输函数，有效补偿了温度漂移和硬件老化导致的辐射偏差，其内部校准系统可实现对多个TRM的精准表征，为影像聚焦和辐射校正提供关键参数。
内部校准的优势在于无需依赖外部参考目标，可实现实时校准，但其精度受校准信号稳定性和链路建模准确性限制，通常需与外部校准结合使用。
2. 外部校准技术
外部校准利用地面已知RCS的参考目标或自然稳定场景，通过实测SAR影像响应反推系统定标常数，是目前应用最广泛的绝对校准方法。
（1）人工校准目标法
人工校准目标以角反射器（CR）为代表，其RCS值可通过几何尺寸精确计算，具有辐射特性稳定、散射强度高的特点。在定标实验场布设角反射器阵列后，通过SAR影像获取目标响应信号，结合雷达方程反演定标常数。该方法定标精度高（可达0.3dB），但存在布设受限、运输成本高、维护困难等问题，且在SAR卫星全生命周期内使用次数有限。
针对角反射器的局限性，武汉大学提出一种基于通讯信号塔的绝对校准方法。利用通讯信号塔分布广泛、结构稳定、金属散射强的特点，通过物理光学法建立信号塔等效几何模型，求解其整体RCS，再结合SAR影像中信号塔的脉冲响应能量反推定标常数。实验表明，该方法与FEKO软件仿真结果一致性良好，且定标结果与标称定标常数偏差较小，为无角反射器场景提供了高效可行的校准方案。
（2）自然参考目标法
自然参考目标利用地表具有稳定后向散射特性的大面积均匀区域，主要包括：
1）亚马逊热带雨林：作为方位各向同性的分布目标，其C波段后向散射系数标准偏差小于0.3dB，是国际公认的SAR定标参考面，但受地理位置限制，观测频率受限。
2）沙漠区域：地表地形和土壤湿度相对稳定，后向散射特性稳定，适用于大范围定标，但需避开植被覆盖和降水影响区域。
3）海洋表面：通过建立后向散射系数与风速的经验模型，利用同步气象数据反推定标常数。ERS-2卫星采用该方法实现了0.5dB精度的定标，但需大量影像数据拟合模型参数，准确性受数据集质量影响较大。
此外，永久散射体（PS）校准技术作为新兴自然目标校准方法，通过提取时序SAR影像中辐射特性稳定的永久散射体（如建筑物角点、桥梁构件），利用多期影像的相对校准常数反推绝对定标结果。CEOS的研究表明，该方法在ASAR数据上的校准结果与角反射器定标偏差小于0.4dB，且无需人工布设目标，适用于长时间序列定标，但对影像配准精度和散射体稳定性要求较高。
（3）混合校准技术
混合校准结合内部校准和外部校准的优势，通过内部校准监测系统短期漂移，外部校准提供绝对参考基准，实现优势互补。例如，Sentinel-1卫星的校准流程中，首先通过内部校准补偿链路增益波动，再利用亚马逊热带雨林和人工角反射器的观测数据进行绝对校准，最终实现优于0.7dB的绝对定标精度。其一级产品头文件中包含校准查找表（LUT），涵盖距离相关增益和绝对校准常数，用户可通过双线性插值实现DN值到σ⁰的快速转换。
三、典型SAR传感器绝对校准实现
不同SAR传感器因波段、分辨率、极化方式等差异，其绝对校准方法各具特色。表1列出5种典型新型SAR传感器的核心参数及校准方案：
传感器
|
波段
|
分辨率
|
极化方式
|
主要校准方法
|
定标精度
|
ENVISAT ASAR
|
C
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10m
|
单/双极化
|
角反射器+内部校准
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<0.8 dB
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Radarsat-2
|
C
|
3m
|
单/双/全极化
|
人工目标+亚马逊雨林
|
<0.7dB
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Cosmoskymed
|
X
|
1m
|
单/双极化
|
角反射器阵列+内部校准
|
|
TerraSAR-X
|
X
|
1m
|
单/双极化
|
并发式内部校准+外部目标
|
<0.5 dB
|
Sentinel-1
|
C
|
5m
|
单/双极化
|
校准LUT+自然参考面
|
<0.7dB
|
以Sentinel-1的L-1 DGRP产品为例，其绝对校准流程如下：
1. 从产品头文件中提取天线增益、入射角、定标常数等元数据；
2. 对原始DN值进行辐射校正，消除距离衰减和天线方向图影响；
3. 利用校准LUT进行双线性插值，计算后向散射系数σ⁰；
4. 与S1 ToolBox处理结果比对，验证定标准确性。
杜伟娜等人采用C++语言实现了该流程，实验表明，其处理结果与S1 ToolBox的σ⁰值基本一致，证实了该方法的有效性。
四、误差来源与精度控制
1. 主要误差来源
绝对校准的误差主要来源于以下方面：
（1）参考目标误差：人工目标RCS计算偏差、自然目标散射特性时空变化；
（2）系统误差：天线方向图建模误差、发射功率波动、接收链路噪声；
（3）观测误差：影像配准误差、入射角测量偏差、大气衰减影响；
（4）数据处理误差：校准模型简化、插值算法精度限制。
2. 精度控制措施
为提升校准精度，需采取以下控制措施：
（1）优化参考目标设计：采用高精度角反射器，建立复杂自然目标的散射模型；
（2）加强系统稳定性监测：利用并发式内部校准技术，实时补偿硬件漂移；
（3）改进数据处理算法：采用高精度插值方法，优化天线方向图修正模型；
（4）多方法交叉验证：结合人工目标、自然参考面和内部校准结果，降低单一方法的不确定性。
辐射定标是
SAR数据采集从定性应用走向定量分析的关键桥梁，而绝对校准作为辐射定标的核心环节，直接决定了定标结果的绝对精度和数据可比性。本文系统阐述了SAR辐射定标的物理基础，详细分析了内部校准、外部校准及混合校准三类核心技术，介绍了典型SAR传感器的校准实现方案，并探讨了误差控制方法与发展趋势。
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