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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.
3Microwaves and Radar Institute, Wolfgang Keydel
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
4Microwaves and Radar Institute, Wolfgang Keydel
Voraussetzung: Prof. Wolfram Mausers Internetvorlesung
http://www.geographie.uni-muenchen.de/internetvorlesung/index.php
5Microwaves and Radar Institute, Wolfgang Keydel
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
6Microwaves and Radar Institute, Wolfgang Keydel
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
7Microwaves and Radar Institute, Wolfgang Keydel
FernerkundungErhaltung, Optimierung, Erschließung unserer Lebensräume
8Microwaves and Radar Institute, Wolfgang Keydel
ReSe steht für „Remote Sensing“, treibende Kräfte sind die Motore
!! Im Cockpit aber sitzt und steuert der Nutzer !!
Mikrowellen - Fernerkundundung
9Microwaves and Radar Institute, Wolfgang Keydel
In Principo erat Verbum: Fiat Lux!
↑ λ/nm400
500
600
700
10Microwaves and Radar Institute, Wolfgang Keydel
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
11Microwaves and Radar Institute, Wolfgang Keydel
Das Spektrum der Elektromagnetischen Wellen
MW-Fernerkundung
10-12
10-8
12Microwaves and Radar Institute, Wolfgang Keydel
Spektrale Strahlungsdichte der Sonne
3,9 μm ≤ ≤ 7,9 μm
Solarkonstante:1367 Wm -2
13Microwaves and Radar Institute, Wolfgang Keydel
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
14Microwaves and Radar Institute, Wolfgang Keydel
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
16Microwaves and Radar Institute, Wolfgang Keydel
Sensoren: Radar & Mikrowellenradiometer
Sender
Monitor
Empfänger
Radiometer
Radar
17Microwaves and Radar Institute, Wolfgang Keydel
Radarkette an der Unterelbe
18Microwaves and Radar Institute, Wolfgang Keydel
Mikrowellen sehen mehr
!Manchmal!
19Microwaves and Radar Institute, Wolfgang Keydel
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
20Microwaves and Radar Institute, Wolfgang Keydel
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
21Microwaves and Radar Institute, Wolfgang Keydel
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
22Microwaves and Radar Institute, Wolfgang Keydel
Satellitenbeobachtungverschafft Übersicht & Einblick in Hintergründe
www.kopf-beratung.de/kopf-methodik/unscharf.jpg
23Microwaves and Radar Institute, Wolfgang Keydel
24Microwaves and Radar Institute, Wolfgang Keydel
TerraSAR-X
TanDEM-X
TerraSAR add-on for Digital Elevation Measurements
Status Quo: Tandem-X
25Microwaves and Radar Institute, Wolfgang Keydel
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
26Microwaves and Radar Institute, Wolfgang Keydel
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
27Microwaves and Radar Institute, Wolfgang Keydel
28Microwaves and Radar Institute, Wolfgang KeydelQuelle: http://www.rutanaircraft.com
UAV‘s & HAV‘s geqwinnen zunehmend an Bedeutung
29Microwaves and Radar Institute, Wolfgang Keydel
30Microwaves and Radar Institute, Wolfgang Keydel
EyjafjallajökullEyjafjallajökullEyjafjallajökull
31Microwaves and Radar Institute, Wolfgang Keydel
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.