Seit April 2014 fliegt der ESA-Satellit Sentinal-1A um die Erde – und tastet mit seinen Radarstrahlen die Oberfläche der Erde auf einer Breite von jeweils 250 Kilometern ab. Nun haben Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft– und Raumfahrt (DLR) aus den aufgezeichneten Daten im Auftrag der ESA das erste Interferogramm erstellt, ein Bild, das die Topographie der Erde als farbiges Muster abbildet.
Entstanden ist die Aufnahme durch die Verarbeitung von zwei Bildern des Gebiets um Korsika und Genua vom 07. und 19. August. "Wir konnten noch am selben Tag der zweiten Aufnahme die weltweit ersten dieser Interferogramme berechnen und somit die Machbarkeit dieser Technologie demonstrieren", betont Prof. Richard Bamler, Leiter des DLR-Instituts für Methodik der Fernerkundung. Ziel dieser Entwicklung ist es, in einem kontinuierlichen Monitoring Bewegungen der Erdoberfläche im Millimeterbereich zu vermessen.
Gesamte Erde in kurzen Abständen vermessen
"Terrain Observation by Progressive Scan" (TOPS) nennt sich die neuartige Aufnahmetechnik, mit dem Sentinel-1 die Erde kontinuierlich auf einer Breite von 250 Kilometern abtastet. Dabei wird auf dieser Strecke alle fünf Meter eine Höhenmessung vorgenommen. Die jeweils nächste Messung dieser Punkte findet in Flugrichtung bereits in einer Entfernung von nur 20 Metern erneut statt. Mit dieser Technologie werden in Zukunft von mehreren Sentinel-1-Satelliten die Landflächen aller Kontinente in einzigartig kurzer Zeit und vor allem permanent mit regelmäßiger Wiederholung aufgenommen.
Ein großer Vorteil ist, dass die Sensoren die Erdoberfläche unabhängig von Bewölkung und Tageslicht systematisch als Bild aufnehmen. Die vom Radarsensor zum Bild mitgelieferten Informationen über Phase und Polarisation ermöglichen eine Reihe von wichtigen Anwendungen – von aktuellsten Höhenkarten über die Beobachtung der Vegetation bis zu millimetergenauen Bewegungsmessungen aus dem Weltraum an geologisch aktiven Objekten und Regionen.
Radar-Interferometrie: Forschung bekommt globale Daten
Zahlreiche Verfahren für das Erstellen von Interferogrammen wurden bereits mit dem deutschen Radarsatelliten TerraSAR-X entwickelt, den das DLR steuert und betreibt. "Während TerraSAR mit höchster Auflösung und der weltweit besten geometrischen Genauigkeit arbeitet, setzt Sentinel-1 im Gegensatz dazu auf eine mittlere räumliche Auflösung, hat dafür aber eine enorme Abbildungsleistung in der Fläche", erläutert Institutsleiter Prof. Bamler. In wenigen Tagen können mit den 250-Kilometer-Bildstreifen ganze Länder und Kontinente kartiert werden.
"In ein paar Jahren werden wir so von jedem Punkt der Erde wertvolle Zeitreihen zur Verfügung haben, für die Forschung zu Gletschern und Eisschilden, Ozeanen, Vulkanen, Erdbebenzonen oder geologische Veränderungen der Erde." Für diese Forschung wird häufig die Radar-Interferometrie benötigt.
Doch erst seitdem der Satellit auf einem Orbit positioniert ist, auf dem er nach exakt 175 Erdumrundungen oder zwölf Tagen über dieselbe Region der Erde fliegt, können die DLR-Wissenschaftler aus jeweils zwei Aufnahmen eines Gebiets zu unterschiedlichen Zeitpunkten ihre Interferogramme berechnen. Diese Ergebnisse leisten einen wichtigen Beitrag zur technischen Verifikation der Sentinel-1-Mission und konnten der ESA sowie den Anwendern insbesondere die gute Charakteristik der Daten demonstrieren.
Technisch anspruchsvolle Datenverarbeitung
Denn die TOPS-Technologie stellt hohe technische Anforderungen an die interferometrische Verarbeitung ihrer Daten, die bisher nur von wenigen Teams auf der Welt beherrscht wird. Am DLR-Institut für Methodik der Fernerkundung ist zu diesem Zweck ein operationeller Prozessor im Auftrag der ESA entwickelt worden.
Bei zukünftigen Forschungsprojekten könnten sich die Sentinel-1- und die TerraSAR-X-Mission ergänzen. Geplant ist beispielsweise eine Bodensenkungskarte für Deutschland, die Setzungen oder Hebungen des Erdbodens großflächig aufzeigen. "Sind solche Gefährdungsgebiete mit Sentinel-1 erkannt, kann die genauere Analyse mit hochaufgelösten TerraSAR-X-Daten folgen." Auch die hochpräzisen Höhenmodelle der Radarmission TanDEM-X könnten genutzt werden, um die Sentinel-1-Interferogramme geometrisch zu korrigieren.
Das Artikel-Bild zeigt eine Radar-Aufnahme von Sentinel des Golfs von Genua als farbiges Phasenbild. In dem Interferogramm fallen die Unterschiede relativ flacher Regionen im Gegensatz zu den bunten Bereichen der Gebirge auf. Quelle: DLR.
