Radarfernerkundung
Radarfernerkundung ist eine Methode der Fernerkundung, bei der Radarsysteme eingesetzt werden, um die Erdoberfläche und andere Objekte aus der Ferne zu erfassen und zu analysieren. Dabei werden Mikrowellen- oder Funkwellen von einem Sensor ausgesendet, von der Oberfläche reflektiert und anschließend wieder vom Sensor empfangen. Diese Technik ermöglicht es, Informationen über die Struktur, Beschaffenheit und Bewegung von Objekten zu gewinnen.
SAR-Technologie
Ein satellitengestütztes Radar mit synthetischer Apertur (Synthetic Aperture Radar, SAR) tastet die Erdoberfläche mittels Mikrowellenstrahlung in unterschiedlichen Wellenlängen ab. Die SAR-Antenne sendet dafür Mikrowellenpulse aus und empfängt das von der Erdoberfläche zurückgestreute Echo. Aus diesem lassen sich räumlich hochauflösende Bilddaten und Datenprodukte herstellen.
Die SAR-Technologie hat mehrere Besonderheiten im Vergleich zu anderen bildgebenden Fernerkundungsverfahren. Einerseits ist es möglich, auch bei Bewölkung und Dunkelheit die Erdoberfläche zu beobachten. Andererseits können physikalische Messwerte wie Rückstreukoeffizient oder Entfernungsdifferenzen in Blickrichtung der SAR-Antenne abgeleitet werden. Die Rückstreukoeffizienten sind abhängig von den physikalischen Eigenschaften der beobachteten Oberflächen. Dies sind die Oberflächenrauigkeit, die Geometrie und die dielektrischen Eigenschaften, in erster Linie die Bodenfeuchte. Eine weitere Besonderheit der Radarfernerkundung ist die Eindringtiefe bzw. Durchdringung von Lockersedimenten und Vegetation in Abhängigkeit der verwendeten Wellenlänge (weitere Informationen: EO college). Für geowissenschaftliche Fernerkundung ist die Erfassung der Oberflächenrauhigkeit ein wichtiger Parameter und wird gemeinsam mit der optischen Fernerkundung für die geologische Kartierung genutzt. Die Fähigkeit, Lockersedimentauflagen zu durchdringen, ist für die Erfassung tektonischer Strukturen ein wichtiger Parameter.
Ebenso ist die Durchdringung von Vegetation eine wichtige Charakteristik für die geologische und tektonische Kartierung. Die Objekterkennung basierend auf Radardaten ist insbesondere in Regionen mit häufiger Wolkenbedeckung für zahlreiche geowissenschaftliche Fragestellungen von großer Bedeutung. Genannt seien hier die Erfassung von zeitlich hochaufgelösten Oberflächenveränderungen u. a. im Kontext Geogefahren, Monitoring von (illegalen) Minenaktivitäten sowie damit einhergehende Siedlungsaktivitäten.
Die Bestimmung von Entfernungsdifferenzen basiert auf der Überlagerung der Phasenlage von zwei SAR-Aufnahmen (Abbildung 1). Diese sogenannte „interferometrische Phase“ erlaubt es, durch Nutzung von zwei Aufnahmen aus unterschiedlichen Blickwinkeln ein digitales Geländemodell abzuleiten oder bei einer Vielzahl zeitlich versetzter Aufnahmen Bewegungsraten und Zeitserien der Bewegung zu extrahieren (Abbildung 2).
Die SAR-Interferometrie wird im Arbeitsbereich Fernerkundung genutzt, um Oberflächenbewegungen großflächig zu vermessen und auf diese Weise Gefährdungsanalyse und Raumplanung zu unterstützen. Dazu werden die Methoden „Persistent Scatterer-Interferometrie“ und/oder „Small Baseline Subset“ angewendet (weitere Informationen: Feretti 2014). Das Ergebnis ist für jeden langzeitstabilen Rückstreuer die mittlere Geschwindigkeit über den gesamten Auswertezeitraum sowie Zeitserien der Bewegung. Zur Qualitätssicherung werden die extrahierten Oberflächenbewegungen durch Geländebegehungen, statistische Analyse mit terrestrischen Vermessungsdaten sowie visueller Bildinterpretation basierend auf räumlich sehr hoch aufgelösten orthorektifizierten optischen Bilddaten validiert. Abschließend werden die validierten Datenprodukte mit Geodaten überlagert und geowissenschaftlich interpretiert
Vorteile
Einige Vorteile der Radarfernerkundung sind:
- Wetterunabhängigkeit: Im Gegensatz zur optischen Fernerkundung funktioniert Radar auch bei Bewölkung, Nebel oder in der Nacht.
- Durchdringung bestimmter Materialien: Je nach Wellenlänge kann Radar Vegetation, Schnee oder sogar den Boden durchdringen.
- Erfassung von Bewegungen: Mit speziellen Verfahren wie dem Interferometrischen SAR (InSAR) kann Radar winzige Höhenänderungen der Erdoberfläche erkennen, z. B. durch Erdbeben oder Bodenabsenkungen.
Radarsysteme
Bekannte Radarsysteme sind z. B. das europäische Sentinel-1 oder das deutsche TerraSAR-X.
