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Verfahren & Systeme der Mikrowellenfernerkundung

Vorlesung am Departement I, Geographie

Studiengang:

Natürliche Systeme und Nachhaltigkeit - Monitoring, Modellierung & Management

Wolfgang KeydelDLR Oberpfaffenhofen, Institut für Hochfrequenztechnik & Radarsysteme

D-82230 Wessling, GermanyKorrespondenz Addresse:

Mittelfeld 4., D-82229 Hechendorf, GermanyTel.:+49-8152-980 523, Fax:+49-8152-980 525

E-mail: [email protected]; Web: http://www.keydel.com

2Microwaves and Radar Institute, Wolfgang Keydel

Verfahren & Systeme der Mikrowellenfernerkundung

EinführungInhalte, Lernziele & Literatur, Historie, Anwendung

Inhalte

1. 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,Interferometrie, 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- & F-SAR

6. Anwendungsmöglichkeiten von Radar- & MW-Radiometriesystemen:Objektklassifizierung, Digitale Geländemodelle, Wasser-Strömungen,tektonische Veränderungen, Katastrpohen-Management etc.


Neueste Literatur zur der Mikrowellen-Fernerkundung verstehen

Mit Verständnis den Präsentationen auf einschlägigen internationalenKonferenzen folgen & diese beurteilen

Ein Praktikum in entsprechenden Organisationen und Firmen zum Nutzensowohl des Praktikanten als auch der Organisation absolvieren

Basis für eine optimale & geringe Einarbeitungszeit bei Eintritt insBerufsleben

Grundlagen für eigene wissenschaftliche Arbeiten schaffen

Lernziele

Vermittlung grundlegender Kenntnisse,Verbesserung der Qualifikation der Hörer


Voraussetzung: Prof. Wolfram Mausers Internetvorlesung

http://www.geographie.uni-muenchen.de/internetvorlesung/index.php


Literatur zur Vorlesung Floyd M. Henderson, Antony J. Lewis, (Edit.):

Principles & Applications of Imaging Radar, Manual of RemoteSensing 3rd. Ed. Vol.2 John Wiley & Sons, Inc. 1998

Uwe Sörgel: Radarfernerkundung, http://tlc.unipv.it/earsel_sig_radar/Downloadables/Radarfernerkundung2008.pdf

http://www.keydel.com Helmut Klausing & G.HoIpp (Herausgeber):

Radar mit realer & synthetischer Apertur, Oldenburg 1999

Ein großer Teil der verwendeten Abbildungen und Beispiele resultiert ausE- & F- SAR - Messungen, den X -SAR- Shuttle-Missionen des DLR sowie ausneuen TerraSAR-X & Tandem-X Ergebnissen aus den Instituten des DLR inOberpfaffenhofen:

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 http://www.dlr.de bzw. http://www.dlr.de/ hr

http://tlc.unipv.it/earsel_sig_radar/


Mikrowellen - Fernerkundung (Remote sensing)

Berührungslose Messaktivitäten

zur Ermittlung von Qualität, Zustand, Verhalten & Positionvon

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


FernerkundungErhaltung, Optimierung, Erschließung unserer Lebensräume


ReSe steht für „Remote Sensing“, treibende Kräfte sind die Motore

!! Im Cockpit aber sitzt und steuert der Nutzer !!

Mikrowellen - Fernerkundundung


In Principo erat Verbum: Fiat Lux!

↑ λ/nm400

500

600

700


Spektrum der Elektromagnetischen Wellen

KommunikationRadar

Navigation

f

SI-Präfixe10-24 = yokto10-21 = zepto10-18 = yokto10-15 = atto10-12 = pico10-9 = nano10-6 = mikro10-3 = milli10-2 = centi10-1 = dezi100 = 1

101 = Deka102 = Hekto103 = Kilo106 = Mega109 = Giga1012= Tera1015 = Peta1018 = Exa1021 = Zetta1024 = Yotta

c = f ∙

c = 3 x 108 m/s

Mikrowellen

103 HZ = KHz

106 Hz = MHz

109 Hz = GHz

1012 Hz =THz


Das Spektrum der Elektromagnetischen Wellen

MW-Fernerkundung

10-12

10-8


Spektrale Strahlungsdichte der Sonne

3,9 μm ≤ ≤ 7,9 μm

Solarkonstante:1367 Wm -2


1820Elektromagnetismus

Oerstedt

1836/37Feldtheorie

Faraday1886

El.mag.WellenHertz

1938FFO (DLR)Dieckmann

1864/65Wellentheorie

Maxwell

1800 1820 1840 1860 1880 1900 1920 1940

Heinrich Hertz 1857-1894

1858Funkenentladungen

Feddersen

James Clark Maxwell 1831-1865

1923Rundfunk

in D

1908LVAG(DLR)

Dieckmann

1904Radar

Hülsmeyer

Michael Faraday 1791-1865

1816Lichtwellen

Fresnel

1935Fernsehen

Berlin


Heinrich Hertz

Dipolstrahlung.swf

1857 - 1894

1887/88

Vortragstitel 15

1903Experimente zur Ortung vonSchiffen mittels Radarwellen

30.04.1904 Patent

Meldung von Schiffen bis 3000

m Entfernung

Christian Hülsmeyer1881 - 1957


Sensoren: Radar & Mikrowellenradiometer

Sender

Monitor

Empfänger

Radiometer

Radar


Radarkette an der Unterelbe


Mikrowellen sehen mehr

!Manchmal!


Multisensorik: E-SAR, DAIS, WAACDigital Airborne Infrared Scanner, Wide Angle Airborne

CameraSimultane Befliegung an Ätna (oben) & Stromboli (unten)

E-SARWAAC,

DEM Validation

E-SARDAIS

WAAC


Goodmansen, P.: Persönliche Kommunikation. TU Kopenhagen, 1978

Eindringtiefe Elektromagnetischer Wellen in Eis20 MHz

0 km

1 km

2 km

3 km

4 km

5 km


90GHz

37GHz

9,6 GHz

Deichkontrolle

Nach 36 hsickerte Wasser

Peichl, Markus; Dill, Stephan (2005):

Radiometrische MESSUNGEN IMMillimeterwellenbereich an einerkünstlichen Deichanlage ohne & nach 35-stüdigeer WasserexpositionDLR Project Report 2005


Satellitenbeobachtungverschafft Übersicht & Einblick in Hintergründe

www.kopf-beratung.de/kopf-methodik/unscharf.jpg


TerraSAR-X

TanDEM-X

TerraSAR add-on for Digital Elevation Measurements

Status Quo: Tandem-X


Erster TanDEM-X Kriseneinsatz: Überflutung von Ismail Kahn, Pakistan, 6.08.2010

Links: Radarhelligkeits-Statistik, helle Flecken Städte & reißende Wassermassen

Mitte: Phase zw, TanDEM-X & TerraSAR-X, Inkohärenz ↔ Rauschen

Rechts: Blau Gebiete mit niedriger Kohärenz → Überflutung.

http://www.dlr.de/blogs/desktopdefault.aspx/tabid-5919/9754_read-227 Thomas Fritz, DLR

http://www.dlr.de/blogs/desktopdefault.aspx/tabid-5919/9754_read-227


Satelliten-Orbiteigenschaften

R = 6370 km, g = 9,80 m/sec; Gower/Apel, UNESCO Tech. Paper, Marine Sciences 46, 1986

2807 km2476 kmGround TrackDistance (Equator)

14,316,2Orbits/Day

1,41 h1,49 h

SatelliteRevolutionPeriode

6,62km/sec

7,49km/sec

Satellite GroundVelocity withoutEarth Rotation

7,45km/sec

7,76 km/secSatellite Velocity

H=800 kmH=233 kmFormulaSatellite Feature

VS

HR

gR2

Vs

HR

RVG=

g R2

R+HT = 2π(R+H)

TN = 24

NRD = 2π

28Microwaves and Radar Institute, Wolfgang KeydelQuelle: http://www.rutanaircraft.com

UAV‘s & HAV‘s geqwinnen zunehmend an Bedeutung


EyjafjallajökullEyjafjallajökullEyjafjallajökull


15.April 2010

Neue NebenkraterEisschicht, 200m dick

31. März 2010

Eyjafjallajökull vor & nach dem großen Ausbruch am 14. April 2010

Die feine Asche des Vulkanausbruchs legte sich, vom Wind nach Osten getragen,als dichter, weicher Teppich über das Eis, dort werden Mikrowellen kaum reflektiertund erscheinen daher dunkel.

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