Verfahren & Systeme der Mikrowellenfernerkundung

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1 Verfahren & Systeme der Mikrowellenfernerkundung Vorlesung am Departement I, Geographie Studiengang: Natürliche Systeme und Nachhaltigkeit - Monitoring, Modellierung & Management Wolfgang Keydel DLR Oberpfaffenhofen, Institut für Hochfrequenztechnik & Radarsysteme D Wessling, Germany Korrespondenz Addresse: Mittelfeld 4., D Hechendorf, Germany Tel.: , Fax: wolfgang@keydel.com; Web:

2 Verfahren & Systeme der Mikrowellenfernerkundung 1.Einführung Inhalte, Lernziele & Literatur, Historie, Anwendung Inhalte Eigenschaften Elektromagnetischer Wellen: Amplitude, Phase, Frequenz, Polarisation, Kohärenz, Reflexion, Eindringtiefe etc. & Messmöglichkeiten zur Anwendung in der Fernerkundung 2. Basiswissen & Terminologie der Fernerkundungstechnik: Auflösung, Spektrum, Bandbreite, dezi-bel, Slant-, Ground-Range etc. 3. Verfahren & -Systeme: Mikrowellenradiometrie, Radar, GPS-Reflektometrie, Funktionsweise & Messgenauigkeiten 4. Besonderheiten in Mikrowellenbildern: Mehrdeutigkeiten, Verzerrungen, Speckle, Bewegungsfehler, Perspektive, Plastiziät, Pixelstruktur etc. 5. Eigenschaften aktueller Fernerkundungssysteme:ERS-Familie, SRTM, ENVISAT/ASAR, TerraSAR, Tandem-X, S-MOS, E-SAR 6. Anwendungsmöglichkeiten von Radar- & Mikrowellenradiometriesystemen: Objektklassifizierung, Digitale Geländemodelle, Wasser-Strömungen, tektonische Veränderungen etc. 2

3 Lernziele Vermittlung grundlegender Kenntnisse, Verbesserung der Qualifikation der Hörer Neueste Literatur zur der Mikrowellen-Fernerkundung verstehen Mit Verständnis den Präsentationen auf einschlägigen internationalen Konferenzen folgen & diese beurteilen Ein Praktikum in entsprechenden Organisationen und Firmen zum Nutzen sowohl des Praktikanten als auch der Organisation absolvieren Basis für eine optimale & geringe Einarbeitungszeit bei Eintritt ins Berufsleben Grundlagen für eigene wissenschaftliche Arbeiten schaffen 3

4 Voraussetzung: Prof. Wolfram Mausers Internetvorlesung 4

5 Literatur zur Vorlesung WSS 2010/11 Floyd M. Henderson, Antony J. Lewis, (Edit.): Principles & Applications of Imaging Radar, Manual of Remote Sensing 3rd. Ed. Vol.2 John Wiley & Sons, Inc Helmut Klausing & G.HoIpp (Herausgeber): Radar mit realer & synthetischer Apertur, Oldenburg 1999 Ein großer Teil der verwendeten Abbildungen und Beispiele resultiert aus E-SAR - Messungen, den X-SAR- Shuttle-Missionen des DLR sowie aus neuen TerraSAR-X & Tandem-X Ergebnissen aus den Instituten des DLR in Oberpfaffenhofen: Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme (IHR), Institut für Methodik der Fernerkundung (IMF) Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum (DFD). Ich danke allen für die Überlassung dieses wertvollen Materials. Mehr dazu in bzw. hr

6 Mikrowellen - Fernerkundung (Remote sensing) Berührungslose Messaktivitäten zur Ermittlung von Qualität, Zustand, Verhalten & Position von Objekten in Raum und Zeit mittels aktiver & passiver Mikrowellen-Sensoren & - Systeme Abstand zwischen Objekt und Sensor Submillimeter Lichtjahre Mikrowellen Teil des elektromagnetischen Spektrums Strahlung hervorgerufen durch schnell veränderliche elektrische Stöme 6

7 Fernerkundung Erhaltung, Optimierung, Erschließung unserer Lebensräume 7

8 Mikrowellen - Fernerkundundung ReSe steht für Remote Sensing, treibende Kräfte sind die Motore!! Im Cockpit aber sitzt und steuert der Nutzer!! 8

9 In Principo erat Verbum: Fiat Lux! λ/nm

10 Spektrum der Elektromagnetischen Wellen f c = f c = 3 x 108 m/s Mikrowellen Kommunikation Radar Navigation = pico = femto 10-9 = nano 10-6 = mikro 10-3 = milli 10-2 = centi 10-1 = dezi 1012 = Tera 109 = Giga 106 = Mega 103 = kilo 10

11 Das Spektrum der Elektromagnetischen Wellen MW-Fernerkundung 11

12 Spektrale Strahlungsdichte der Sonne Solarkonstante:1367 Wm -2 3,9 μm 7,9 μm 12

13 1858 Funkenentladungen Feddersen 1904 Radar Hülsmeyer 1836/37 Feldtheorie Faraday 1938 FFO (DLR) Dieckmann 1886 El.mag.Wellen Hertz 1820 Elektromagnetismus 1864/ Oerstedt 1935 Wellentheorie LVAG Fernsehen Maxwell (DLR) Berlin 1816 Dieckmann Lichtwellen 1923 Heinrich Hertz Fresnel Rundfunk in D James Clark Maxwell Michael Faraday

14 Heinrich Hertz /88 Dipolstrahlung.swf 14

15 Christian Hülsmeyer Experimente zur Ortung von Schiffen mittels Radarwellen Patent Meldung von Schiffen bis 3000 m Entfernung Vortragstitel 15

16 Sensoren: Radar & Mikrowellenradiometer Radar Sender Empfänger Monitor Radiometer 16

17 Radarkette an der Unterelbe 17

18 Mikrowellen sehen mehr!manchmal! 18

19 Multisensorik: E-SAR, DAIS, WAAC Digital Airborne Infrared Scanner, Wide Angle Airborne Camera Simultane Befliegung an Ätna (oben) & Stromboli (unten) DAIS E-SAR WAAC E-SAR WAAC, DEM Validation 19

20 Eindringtiefe Elektromagnetischer Wellen in Eis 20 MHz 0 km 1 km 2 km 3 km 4 km 5 km Goodmansen, P.: Persönliche Kommunikation. TU Kopenhagen,

21 Deichkontrolle 90 GHz 37 GHz 9,6 GHz Nach 36 h sickerte Wasser Peichl, Markus; Dill, Stephan (2005): Radiometrische MESSUNGEN IM Millimeterwellenbereich an einer künstlichen Deichanlage ohne & nach 35stüdigeer Wasserexposition DLR Project Report

22 Satellitenbeobachtung verschafft Übersicht & Einblick in Hintergründe 22

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24 Status Quo: Tandem-X TerraSAR-X TanDEM-X TerraSAR add-on for Digital Elevation Measurements 24

25 Erster TanDEM-X Kriseneinsatz: Überflutung von Ismail Kahn, Pakistan, Links: Radarhelligkeits-Statistik, helle Flecken Städte & reißende Wassermassen Mitte: Phase zw, TanDEM-X & TerraSAR-X, Inkohärenz Rauschen Rechts: Blau Gebiete mit niedriger Kohärenz Überflutung. Thomas Fritz, DLR25

26 Satelliten-Orbiteigenschaften Satellite Feature Formula Satellite Velocity gr2 V s R H Satellite Ground Velocity without Earth Rotation Satellite Revolution Periode Orbits/Day Ground Track Distance(Equator) R V V g R H s R H T 2 R H gr2 24 N T R D 2 N H=233 km H=800 km 7,76 km/sec 7,45 km/sec 7,49 km/sec 6,62 km/sec 1,49 h 1,41 h 16,2 14, km 2807 km R = 6370 km, g = 9,80 m/sec; Gower/Apel, UNESCO Tech. Paper, Marine Sciences 46,

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28 UAV s & HAV s geqwinnen zunehmend an Bedeutung Quelle: 28

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