Arbeitskreis Radarfernerkundung und Flugzeuglaserscanning

Radarfernerkundung und Flugzeuglaserscanning

Arbeitsgebiete - Terms of Reference

      ·         Synthetic Aperture Radar (SAR)
·         SAR-Interferometrie und -Polarimetrie
·         3D Objekterkennung aus Laserdaten
·         Vegetationsanalyse anhand Laserdaten

Hintergrund und geplante Aktivitäten

Traditionelle Fernerkundungssensoren erfassen die von der Erdoberfläche reflektierte Sonnenstrahlung passiv. In jüngster Zeit treten aktive Systeme hinzu, die auch nachts betrieben werden können. Zwei solche Sensortypen sollen im Fokus dieses neu etablierten Arbeitskreises stehen: bildgebendes Radar und Flugzeuglaserscanning.

Beide Techniken fußen auf der Messung der Laufzeit kohärenter und schmalbandiger Pulse. Ein wesentlicher Unterschied liegt im genutzten Teil des Spektrums. Radarsensoren arbeiten mit Zentimeterwellen, was den Vorteil einer weitgehenden Wetter-unabhängigkeit mit sich bringt, Laser hingegen im Mikrometerbereich. Für gegebene Apertur und Entfernung ist daher beugungsbedingt die Winkelauflösung von Radar erheblich schlechter als bei Laser. Um auch aus größerer Entfernung Bilder hoher Auflösung zu erhalten, ist bei Radar eine überlappende Beleuchtung in Schrägsicht quer zur Flugrichtung und eine spezielle Prozessierung der Rohdaten (Synthetic Aperture Radar Prinzip, SAR) erforderlich. Moderne Satellitensysteme, wie etwa TerraSAR-X (DLR) oder die SAR-Lupe (Bundeswehr), erzielen in den feinsten Modi eine geometrische Auflösung im Meterbereich.

Da Reflexionen die Signalpolarisation beeinflussen, erlaubt die Auswertung der Streumatrix Rückschlüsse auf die Bodenbedeckung. Die bekannteste Radaranwendung ist sicher die Gewinnung von Höhenmodellen durch SAR-Interferometrie: SRTM-Daten (2000) haben mittlerweile weite Verbreitung gefunden und mit der künftigen deutschen TanDEM-Mission wird eine nochmalige Verfeinerung angestrebt. Ein weiterer aktueller Forschungsschwerpunkt ist die Beobachtung langsamer Geländedeformationen, etwa infolge von Bergbautätigkeit, aus Zeitreihen von SAR-Bildern.

Flugzeuglaserscanning hat sich mittlerweile als Methode zur Gewinnung dichter und genauer Höhendaten etabliert, die als Grundlage etwa zur Erzeugung von Geländemodellen in Wäldern und 3D-Stadtmodellen dienen. Auch hier ist ein bedeutender technischer Fortschritt zu beobachten: Beschränkten sich solche Daten früher auf den Ort des ersten, letzten oder beider Echos, so liefern neuere Sensoren weitere Information, zum Beispiel Maximalamplitude und Breite jedes Echos. Die modernsten Systeme digitalisieren den zeitlichen Verlauf des Sendepulses sowie der empfangenen Echos. Durch geeignete Verarbeitung der Signalform sind Rückschlüsse auf die Struktur der beleuchteten Objekte möglich, dies ist insbesondere zur Analyse von Vegetationsbereichen von Interesse.

Zur effizienten Informationsgewinnung aus Radar- und Laserdaten ist ein gewisses Verständnis der zugrundeliegenden Sensoreigenschaften sowie der wellenphysikalischen Reflexions- und Streuvorgänge unabdingbar. Aufgrund der im Kern sehr ähnlichen Sensorprinzipien bietet sich eine Integration beider Sensoren in einem Arbeitskreis an.

Aktivitäten

ISPRS-Projekt zur Validierung von DEM aus hochaufgelösten SAR_Satellitenbildern. Das DLR stellt hierzu bis zu 60 Bilder des
Satelliten TerraSAR-X zur Verfügung, die von einer internationalen Forschergruppe untersucht werden
(Link: http://sss.terrasar-x.dlr.de/ --> Proposals General)