SAR - Synthetic Aperture Radar


SAR - Synthetic Aperture Radar
 
SAR - Synthetic Aperture Radar
 
 
SAR ist die Abkürzung für Synthetic Aperture Radar, was soviel heißt wie Radar mit synthetischer Apertur bzw. Öffnungsweite. Dabei handelt es sich um eine spezielle Radar-Technik, die es den Benutzern erlaubt, Radarbilder aus großer Entfernung z. B. aus dem Weltraum aufzunehmen. Die Radartechnik beruht auf Mikrowellen zum Messen von Abständen (Entfernungen).

Im Gegensatz zu einem in Nadir-Richtung sendenden Radarhöhenmesser sendet ein SAR-System die Radarimpulse seitlich aus. Durch dieses Prinzip der Seitensicht wird das vom Radar ausgesendete Signal von unterschiedlichen Objekten auf der Erde zu unterschiedlichen Zeiten vom Sensor empfangen. Dadurch ist eine Unterscheidung der Objekte möglich. Seitlich gerichtete Radarimpulse stellen Bildlinien dar (d. h. die Entfernungsdimension). Eine weitere Bilddimension (d. h. die Azimut-Dimension) bilden die Bewegung und die Richtung des Sensors, der kontinuierlich Radarimpulse aussendet und empfängt.
 
SAR-Bilder eignen sich für die Untersuchung der Eigenschaften von Eis und Schnee sowie deren Veränderungen im Lauf der Zeit. Auch lässt sich in wiederholten SAR-Bildern anhand von Bildkorrelation die Eisbewegung messen (dies wird bei SAR-Bildern oft als „Speckle Tracking“ bezeichnet).

Der mit SAR-Technik betriebene Radar erfasst nicht nur die Laufzeit sowie die Stärke eines rückgestreuten Impulses sondern auch dessen Phase und vergleicht sie mit dem entsprechenden ausgesendeten Impuls. Die Phasensignale erzeugen ein Interferogramm zwischen zwei SAR-Datenakquisitionen. Die Radarinterferometrie (InSAR) dient zum Messen der Höhe von Objekten auf dem Gelände, während die differentielle Radarinterferometrie (DInSAR) zum Messen von Geländeverschiebungen wie etwa Gletscherbewegungen verwendet wird.
 
 
Photo of the Gruben area in the Swiss Alps
   
Von einem Flugzeug aus aufgenommenes Foto des Gebiets von Gruben in den Schweizer Alpen
 
Abb. 1 ist ein Radar-Interferogramm des Gebiets von Gruben. Die Farbkreise stimmen weitgehend mit den Konturen überein und zeigen die Topographie des Geländes, wie sie vom InSAR-Sensor erfasst wurde. In den drei mit den blauen Pfeilen gekennzeichneten Bereichen sind die Farbkreise aufgrund der Gletscherbewegung, die zwischen den beiden das Interferogramm bildenden SAR-Aufnahmen stattgefunden hat, stark verzerrt (siehe die drei Gletscher in der Luftaufnahme des Gebiets von Gruben in den Schweizer Alpen).
 
 
SAR interferogram over Gruben area
 
Abb.1 SAR-Interferogramm über dem Gebiet von Gruben
 
 
Wenn keine Eisbewegung stattfände, würden die Farbkreise (d. h. die Ränder) parallel zu den Konturen verlaufen. Tatsächlich sehen die Farbkreise im ersten Interferogramm (Abb. 1) über dem Gebiet um die Gletscher herum den aus einem Höhenmodell simulierten Farbkreisen (zweites Interferogramm, Abb. 2) sehr ähnlich.
 
 
Topography-only interferogram simulated from a digital elevation
   
Abb. 2 Aus einem digitalen Höhenmodell simuliertes Interferogramm der ausschließlichen Topographie
 
Wenn keine Geländebewegung stattfindet, können die Konturen aus einem Interferogramm und einem abgeleiteten digitalen Höhenmodell errechnet werden. Die Farbkreise auf den drei Gletschern sind jedoch nicht nur auf die Topographie, sondern auch auf die tägliche Eisbewegung zwischen den beiden Aufnahmedaten zurückzuführen.

Wenn die Topographie des Gebiets bekannt ist, können die topographischen Ränder simuliert werden (Abb. 2). Danach lassen sich durch Subtraktion der simulierten topographischen Ränder (zweites Bild) vom ursprünglichen Interferogramm (Abb. 1), das sowohl die topographischen als auch die Bewegungsränder enthält, die Anteile der Topographie und der Eisbewegung an den Farbkreisen voneinander unterscheiden. Auf diese Weise kann die Eisbewegung mit sehr hoher Genauigkeit gemessen werden (Abb. 3).
 
 
 
Fig. 3: Differenz zwischen dem ursprünglichen und simulierten topographischen Interferogramm
 
 
Um noch einmal zusammenzufassen: Auf stabilem Gelände eignet sich die SAR-Interferometrie zum Messen von Geländehöhen, z. B. auf einem Gletscher. Bei instabilem Gelände (z. B. fließenden Gletschern) ermöglicht die SAR-Interferometrie eine sehr genaue Messung der Eisbewegung. Wenn mehr als ein SAR-Bildpaar zur Verfügung steht, können beide Techniken kombiniert werden, um gleichzeitig die Höhe und die Bewegung von Gletschern zu messen.
  
 
  
Last update: 26 Februar 2014


Untersuchung von Gletschern mit Radaraufnahmen

 •  Einführung (http://www.esa.int/SPECIALS/Eduspace_Global_DE/SEMHJQC6UQH_0.html)

Hintergrund

 •  Radar (http://www.esa.int/SPECIALS/Eduspace_Global_DE/SEMCVOC6UQH_0.html)

Übungen

 •  Übungen mit LEOWorks - Einführung (http://www.esa.int/SPECIALS/Eduspace_Global_DE/SEMNSQC6UQH_0.html)
 •  Übung 1: Multitemporale Radar- und multispektrale optische Daten (http://www.esa.int/SPECIALS/Eduspace_Global_DE/SEM1VQC6UQH_0.html)
 •  Übung 2: Einfluss des Wetters auf Radarbilder (http://www.esa.int/SPECIALS/Eduspace_Global_DE/SEMNKSC6UQH_0.html)
 •  Schlussfolgerungen (http://www.esa.int/SPECIALS/Eduspace_Global_DE/SEM8OSC6UQH_0.html)

Eduspace - Software

 •  LEOWorks 4 (MacOS) (http://leoworks.asrc.ro/download/leoworks.app.zip)
 •  LEOWorks 4 (Windows) (http://leoworks.asrc.ro/download/leoworks.exe)
 •  LEOWorks 4 (Linux) (http://leoworks.asrc.ro/download/leoworks.jar)

Eduspace - Download

 •  Images_Glaciers.zip (http://esamultimedia.esa.int/eduspace/Leoworks-material.zip)
 •  GoogleEarth file (http://esamultimedia.esa.int/eduspace/GoogleEarth_file.kmz)