Dreidimensionale Daten in Form von Digitalen Gelände- und Oberflächenmodellen haben in den letzten Jahren enorm an Bedeutung gewonnen. Gründe dafür sind zum einen die Entwicklung neuer Messverfahren, die es ermöglichen, diese Daten schnell, flächendeckend, relativ kostengünstig und mit hoher Genauigkeit zu erfassen. Zum anderen steigt der Bedarf an diesen Daten, weil die dritte Dimension vielen Anwendungen weitere Möglichkeiten eröffnet. Genannt seien hier geologische und hydrologische Fragestellungen, Kartenerstellung, Telekommunikation, Flugplanung und Navigation.
Die Radarfernerkundung bietet die Möglichkeit die Höheninformation der Erdoberfläche unabhängig von der Tageszeit und Witterung zu erfassen. Ein spezielles Verfahren, das hierzu entwickelt wurde ist das Interferometrische Synthetische Aperture Radar (InSAR bzw. IFSAR), welches sowohl in Flugzeugen als auch an Bord von Satelliten zum Einsatz kommt.
Im folgenden wird dieses Verfahren beschrieben und im Anschluss dargestellt, wie in der Praktischen Anwendung ein Digitales Höhenmodell erstellt wird.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Theoretische Vorbetrachtung zur Radarfernerkundung mit SAR
3 Die SAR-Interferometrie (InSAR bzw. IFSAR)
3.1 Interferometrisches Messprinzip
3.2 Die Interferometrische Kohärenz
3.2.1 Dekorrelationseffekte
3.2.2 Die Kohärenz-Schätzung
4 Das globale digitale Höhenmodell der SRTM-Mission
4.1 Aufbau des Meßsystems
4.2 Auswertung der Daten
5 Die Erstellung eines Digitalen Höhenmodells eines Vulkangebietes mit ERS-1/2-Tandem Daten
6 Zusammenfassung
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit befasst sich mit den Grundlagen der Radarinterferometrie und deren Anwendung zur Erstellung digitaler Höhenmodelle. Das primäre Ziel ist es, den technischen Prozess der interferometrischen Datengewinnung zu erläutern, die Bedeutung der Kohärenz für die Qualität der Ergebnisse aufzuzeigen und die praktische Umsetzung am Beispiel der SRTM-Mission sowie einer Fallstudie an einem Vulkangebiet darzulegen.
- Theoretische Grundlagen des Synthetischen Apertur Radars (SAR)
- Methodik der SAR-Interferometrie zur Bestimmung von Geländehöhen
- Einfluss der interferometrischen Kohärenz und von Dekorrelationseffekten
- Analyse der SRTM-Mission als globales Projekt zur Höhendatengewinnung
- Fallstudie zur Erstellung eines Höhenmodells der Vulkaninsel Nisyros
Auszug aus dem Buch
3.1 Interferometrisches Messprinzip
Bei den interferometrischen Methoden wird die Phasendifferenz gemessen, um über die Information des Weglängenunterschiedes eine Entfernungsmessung im Bereich eines Bruchteils der verwendeten Wellenlänge, bis zu einigen Tausendsteln der Auflösungszelle zu ermöglichen (BAMLER 1997:95). Wie Abbildung 3 (S. 7) verdeutlicht, reicht die Kenntnis der Entfernung zwischen einem Sensor und der Rückstreufläche nicht aus, um eine eindeutige Lokalisierung der Rückstreufläche im dreidimensionalen Raum zu gewährleisten. Die Fläche kann sich an jedem Punkt P eines Kreisbogens mit einem Radius r um die Position des Sensors S befinden. Somit ist keine Aussage über die Geländehöhe h des Punktes P2 möglich. Um die dreidimensionale Lagebestimmung zu ermöglichen, verwendet die SAR Interferometrie eine zweite Antenne, welche die Rückstreufläche aus einer räumlich abweichenden Aufnahmeposition betrachtet (CROSETTO 2002:213). Die Sensorpositionen S1 und S2 sind dabei um die räumliche Distanz B, der Basislinie, räumlich voneinander getrennt.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung führt in die Bedeutung digitaler Gelände- und Oberflächenmodelle ein und stellt das Verfahren des Interferometrischen Synthetischen Apertur Radars (InSAR) als Lösung zur höhengenauen Erfassung vor.
2 Theoretische Vorbetrachtung zur Radarfernerkundung mit SAR: Dieses Kapitel erläutert das Konzept des Synthetischen Apertur Radars und erklärt, wie durch die synthetische Apertur die Winkelauflösung im Vergleich zu realen Antennensystemen signifikant verbessert wird.
3 Die SAR-Interferometrie (InSAR bzw. IFSAR): Hier werden die methodischen Grundlagen der SAR-Interferometrie, das interferometrische Messprinzip sowie die kritische Bedeutung der Kohärenz für die Datenqualität ausführlich beschrieben.
4 Das globale digitale Höhenmodell der SRTM-Mission: Dieses Kapitel beschreibt die Durchführung der Shuttle Radar Topography Mission, den technischen Aufbau des Messsystems und die Auswertung der globalen Höhendaten.
5 Die Erstellung eines Digitalen Höhenmodells eines Vulkangebietes mit ERS-1/2-Tandem Daten: Die Arbeit präsentiert eine Fallstudie an der Vulkaninsel Nisyros, bei der ERS-1/2-Tandem-Daten genutzt wurden, um ein lokales Höhenmodell zu erstellen und dessen Genauigkeit zu evaluieren.
6 Zusammenfassung: Die Zusammenfassung rekapituliert, dass die Ermittlung von Geländehöhen mittels SAR eine Zwei-Antennen-Konfiguration erfordert und die Kohärenz ein entscheidender Parameter ist, um topographische Informationen korrekt aus der gemessenen Phase zu extrahieren.
Schlüsselwörter
Radarfernerkundung, SAR, Interferometrie, InSAR, digitales Höhenmodell, DGM, Kohärenz, Dekorrelation, SRTM, ERS, Nisyros, Phasendifferenz, Bildverarbeitung, Geocodierung, Geländetopographie
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Seminararbeit?
Die Arbeit untersucht das Verfahren der SAR-Interferometrie, welches es ermöglicht, aus Radarsignalen zweier Antennen präzise dreidimensionale digitale Höhenmodelle der Erdoberfläche abzuleiten.
Welche zentralen Themenfelder werden bearbeitet?
Die zentralen Felder umfassen die physikalischen Grundlagen der Radarfernerkundung, das interferometrische Messprinzip, die Analyse von Dekorrelationseffekten und die Anwendung auf reale Datensätze wie jene der SRTM-Mission.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist die Erläuterung der technischen Funktionsweise der Interferometrie und der Nachweis, wie diese Technik zur Erstellung digitaler Höhenmodelle eingesetzt wird, unter besonderer Berücksichtigung der limitierenden Faktoren der Kohärenz.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden verwendet?
Die Arbeit stützt sich auf eine theoretische Literaturanalyse der Radar-Interferometrie sowie die methodische Auswertung publizierter Fallbeispiele, namentlich der SRTM-Mission und einer ERS-Tandem-Studie.
Welche Inhalte werden im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die theoretische Herleitung der SAR-Technik, das Messprinzip der Interferometrie, eine detaillierte Betrachtung der Kohärenz-Problematik sowie die Vorstellung zweier konkreter Anwendungsbeispiele.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Radarfernerkundung, InSAR, digitale Höhenmodelle (DGM), Kohärenz-Schätzung, Dekorrelation und die spezifischen Anwendungsbeispiele SRTM und ERS-Tandem.
Warum ist die Kohärenz für die Qualität der Höhenmodelle so entscheidend?
Die Kohärenz ist ein Maß für die Ähnlichkeit zweier Signale. Ist sie gering, etwa durch temporale Änderungen oder steiles Gelände, lässt sich die absolute Phase nicht korrekt bestimmen, was zu Fehlern im Höhenmodell führt.
Welche Schwierigkeiten traten bei der Modellierung des Vulkans Nisyros auf?
Aufgrund von Layover- und Foreshortening-Effekten an den steilen Caldera-Rändern konnten in bestimmten Bereichen keine Signaldaten gewonnen werden, was eine künstliche Interpolation erforderlich machte und die Genauigkeit einschränkte.
- Citation du texte
- Jan Heinichen (Auteur), 2006, Radarinterferometrie: DGM-Projekte, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/72175
