Radars zijn actieve systemen: ze verlichten het te 'fotograferen' gebied

Dit soort systemen vind je in vliegtuigen en satellieten. Een voorbeeld daarvan zijn de door de Europese ruimtevaartorganisatie gebouwde en gelanceerde ERS-satellieten. De radar aan boord verzamelt gedetailleerde beelden van het aardoppervlak.

Het radarsysteem is actief, d.w.z. het verlicht het aardoppervlak en meet het teruggekaatste signaal. De beelden kunnen dus dag en nacht worden gemaakt, want het systeem is niet aangewezen op zonlicht. Dat is met name belangrijk op hoge geografische breedte, waar traditionele satellieten vanwege de lange poolnacht een half jaar lang helemaal geen gegevens kunnen verzamelen. Het radarsignaal gaat makkelijk door bewolking heen, zodat het systeem onder alle weersomstandigheden beelden kan maken.

Radarbeelden zien eruit als foto's maar je moet ze heel anders lezen! Kijk maar.

Ten eerste: Radars zijn, zoals gezegd, actieve systemen: ze verlichten het te 'fotograferen' gebied. Maar ze doen dat niet met licht maar met elektromagnetische signalen van een bepaalde microgolflengte. Microgolfbeelden geven informatie over de geometrische en diëlektrische eigenschappen van het bestudeerde oppervlak of volume, die vooral worden bepaald door oppervlakteruwheid (zie onder), materiaalsoort (bijv. ijzer, beton, hout, organisch) en vochtigheidsgraad.

Naargelang satellieten zijn uitgerust met radar of optische sensoren maken ze andere soorten beelden. Optische sensoren verschillen van radar doordat ze niet in het donker en door bewolking heen kunnen kijken.  
 

	Het is mogelijk radarbeelden in kleur samen te stellen door drie beelden te combineren

Ten tweede: Radarbeelden zijn zwart-wit omdat ze worden gemaakt op een enkele elektromagnetische golflengte van 5,3 cm.

Het is mogelijk radarbeelden in kleur samen te stellen door drie beelden te combineren die elk op een andere datum zijn gemaakt (bijv. met een tussentijd van 35 dagen). Het resultaat is een multitemporele composiet. Om een kleurenbeeld te verkrijgen, worden de op de respectieve data gemaakte beelden elk in een van de drie kleuren rood, groen en blauw weergegeven. De verschillende hoeveelheden kleur van elke datum leveren samen andere kleuren op die kunnen worden geïnterpreteerd door ervaren beeldverwerkers.
 
 

Wat een radar 'ziet' verschilt van wat onze ogen zien

Ten derde: Wat een radar 'ziet' verschilt van wat onze ogen zien. Stel dat je aan strand naar de zee staat te kijken. Je ziet dan een rustige, gladde zee of een zee met hoge of minder hoge golven, naargelang de hoeveelheid wind. Maar voor de sensor is het zeeoppervlak ruwer naarmate de reflectie van de ontvangen microgolfenergie groter is. Op het beeld ziet het water er dan helderder (witter) uit.

De radar zendt een microgolfsignaal uit en meet het vermogen van het door een voorwerp teruggekaatste signaal. Dat heet terugverstrooiing ('backscatter'). Hoe ruwer de zee, hoe groter de terugverstrooiing en hoe helderder het beeld (vergelijk de groene pijlen in de figuur hiernaast: de grootte van de pijl geeft weer hoe helder het beeld is). Een rustige zee zou er op een zwart-witopname zwart uitzien, terwijl de zee bij wind of storm helder wordt weergegeven. Schepen komen ook helder over, omdat ze van metaal zijn gemaakt en veel rechte hoeken hebben die de microgolfenergie beter terugkaatsen dan water. Er zijn natuurlijk nog andere factoren die een rol spelen, zoals we in de andere oefeningen zullen zien.
 
 

	ERS-beeld van Boekarest

Het uitleggen van opnamen boven land gaat in veel opzichten op dezelfde manier. Steden vormen een zeer ruw oppervlak en worden daarom over het algemeen zeer helder afgebeeld. Vrijstaande huizen die niet te dicht op elkaar zijn gebouwd, zijn te zien als heldere punten (veel reflectie). Het beeld hiernaast is een kleurencomposiet van Boekarest volgens de gegevens van de radar aan boord van ERS-1.
 
 

Human-made deforestation is seen as coloured rectangular areas. The city of Porto Velho (Brazil) is depicted in white.

Bossen komen ook helder in beeld, in tamelijk duidelijke, gelijkmatige grijstinten. Grasland is daarentegen vlak en is daarom donker op het radarbeeld. De opname hierboven toont een deel van het regenwoud in de Amazone dichtbij de Rio Branco in Brazilië; de donkere, rechthoekige stukken zijn door de mens ontboste gedeeltes.
 
 

	Satelliet-beeld van bouwland in Nederland

Startbanen en verkeerswegen zijn nog gladder en kleuren daarom bijna zwart. Op het satellietradarbeeld hiernaast zien we bouwland in Nederland. De wegen zijn duidelijk herkenbaar als donkere, rechte lijnen. Maar als je goed kijkt, zie je misschien ook een dunne, heldere lijn. Enig idee wat dat is? Natuurlijk: een spoorlijn. Die is van ijzer en geeft dus een sterke reflectie van microgolfenergie.
 
 

Radarsatellieten worden ingezet om olievlekken op te sporen

Toepassingen van radarbeelden
 
Maar wat is nu het praktische nut van radarsatellieten?

Met de gegevens van radarsatellieten kunnen we het milieu beter bewaken, dag en nacht en ook bij slecht weer, wanneer andere satellieten hun werk niet kunnen doen.

Langs de kust en boven zee kunnen we ze inzetten om olievlekken op te sporen, nog ruim voordat deze de kust bereiken. Ze geven ook informatie over zeestromingen in ondiep water. Met die informatie kunnen we gevaarlijke zandbanken en de topografie van de zeebodem in kaart brengen.
 
 

	Weersvoorspelling is belangrijke informatie voor ingenieurs op booreilanden

Verder is het met radarsatellieten mogelijk de zeegolven te meten (voor weersvoorspellingen) en veiliger en zuiniger vaarroutes uit te stippelen.

Ingenieurs op booreilanden hebben deze informatie nodig, ten eerste om het constructiewerk goed te kunnen plannen en ten tweede om tijdens de uitvoering extra veiligheid te bieden aan de tientallen mensen die midden op een soms stormachtige zee hun werk moeten doen.

Ook ijsbrekers doen hun voordeel met de radargegevens van satellieten wanneer ze openingen maken in het ijs op de noord- en zuidpool. Op grond van de beelden bepalen zij - ook 's nachts en in de mist - de route die zij het beste kunnen volgen om niet vast te lopen in gevaarlijk dikker ijs.
 
 

Met speciale technieken kunnen we gebieden met vulkaanuitbarstingen bewaken

Op het land worden radargegevens gebruikt voor de bewaking van overstromingen en hulpverleningsoperaties (overstromingen gaan natuurlijk meestal gepaard met veel bewolking, waardoor andere satellieten en zelfs vliegtuigen buitenspel komen te staan).

Met speciale technieken (interferometrie) die het meten van kleine grondverschuivingen mogelijk maken, kunnen we verder gebieden met gevaar voor landverschuivingen, aardbevingen en vulkaanuitbarstingen bewaken. Aan de hand van dit soort metingen worden waarschuwingen gegeven. Door toepassing van een vergelijkbare techniek kunnen we met satellietgegevens digitale kaarten maken.
 
 

	Radartoezicht is onmisbaar voor de bescherming en exploitatie van bossen

In de tropen is het heel vaak bewolkt, zodat alleen radarsatellieten daar het aardoppervlak kunnen aftasten. Radarsatellietgegevens worden vaak gebruikt voor de landbouwsector, vooral om rijsoogsten te voorspellen. De velden zijn op de beelden duidelijk zichtbaar en op grond van de afmetingen kunnen we schatten hoeveel rijst er geoogst zal worden.

Voor de bescherming maar ook voor de duurzame exploitatie van bossen is radartoezicht onmisbaar. Satellieten zien zelfs kleine kaalslag, zodat elke vorm van kap of ontbossing kan worden geregistreerd.

Al met al geven radarsatellieten als ERS en ENVISAT ons niet alleen meer inzicht in alles wat ons omringt, maar ook de gelegenheid om het milieu wereldwijd en lokaal beter beschermen.