Anwendung und Genauigkeitsanalyse eines neuen radarinterferometrischen Bahnkorrekturverfahrens

• Antragsteller: Dr.-Ing. Andreas Kohlhase
• Fachliche Zuordnung: Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung von 2002 bis 2008
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5379040

Ein Hauptziel des Forschungsvorhabens ist die Anwendung und Validierung eines neuen Korrekturverfahrens für Satellitenbahnen, um physikalische Parameter mithilfe der Wiederholbahn-SAR (Synthetic Aperture Radar) Interferometrie besser fern erkunden zu können. Durch Ungenauigkeiten bei der Bahnbestimmung für Erdbeobachtungssatelliten entstehen bei der Datenverarbeitung Störsignale, die das eigentliche Messsignal überlagern. Die Messgröße ist die interferometrische Phase. Das Korrekturverfahren basiert darauf, dass in mehreren interferometrischen SAR-Bildern (Interferogrammen) desselben Gebiets die orbitalen Phasengradienten in Richtung der Radarkoordinaten gemessen werden. Mit dieser Messung werden über ein Gleichungssystem Korrekturkomponenten für die jeweiligen Bahnabschnitte bestimmt, die die absolute Genauigkeit der Bahnabschnitte verbessern. Mit den korrigierten Bahnabschnitten können nun Interferogramme berechnet werden, in denen die orbitalen Interferenzen nahezu verschwinden. Die herkömmliche Methode subtrahiert lediglich eine lineare Phasenrampe, was die Gefahr mit sich bringt, dass das Messsignal bzw. der zu messende Parameter verfälscht wird. Am Beispiel von nur 6 präzisen Bahnen wurden schon Korrekturvektoren bestimmt, die die Qualität von Interferogrammen deutlich verbessert haben. Nun gilt es, die erzielte Genauigkeit anhand von Referenztrajektorien (z.B. kurze Laser-Tracking Bahnen) im Rahmen einer neuen Studie nachzuweisen und das Verfahren weiter zu automatisieren. Das neue Korrekturprogramm ist insbesondere für tektonische Deformationsstudien attraktiv, weil das Deformationssignal besser extrahiert, also das Signal-zu-Rausch Verhältnis verbessert werden kann. Bei sehr langen Zeitintervallen (1 - 3 Jahre) ist indes die Brauchbarkeit eines Interferogramms durch zeitliche Dekorrelationseffekte stark eingeschränkt. In diesem Fall soll die Technik der Permanent Scatterers zum Einsatz kommen. Diese neue geodätische Methode beruht darauf im Interessensgebiet Rückstreuer zu identifizieren, deren physikalische Eigenschaften sich über einen langen Zeitraum kaum ändern. Dies ermöglicht die genaue Messung der Entfernungsänderung (Satellit - Rückstreuer) und die Bestimmung eines Geschwindigkeitsfeldes entlang der Sichtlinie aus dem Netz der Punktziele. Durch Anwendung bzw. Kombination beider Verfahren wird die Dynamik des interseismischen Deformationsfeldes in Landers/Kalifornien nach dem Erdbeben vom 28.06.1992 genau untersucht. Neben den Bahnungenauigkeiten ist auch die Atmosphäre - insbesondere der troposphärische Wasserdampf - eine störende Komponente, weil die Radarpulse auch an Wasserpartikeln gestreut werden, was im Endeffekt eine Phasenverschiebung nach sich zieht. Dieser Störeinfluss kann modelliert und von der gemessenen interferometrischen Phase subtrahiert werden. Voraussetzung dafür ist die genaue Kenntnis bzw. Vorhersage gewisser atmosphärischer Parameter im Interessensgebiet zu den Zeitpunkten der SAR-Akkuisitionen. Für die numerische Vorhersage der Klimawerte wird das globale Klimamodell (GME) des Deutschen Wetterdienstes verwendet, welches eine räumliche Gitternetzauflösung von ca. 60 km verspricht. Andererseits können zeitliche und räumlich hochauflösende Variationen von Wasserdampffeldern in den Interferogrammen untersucht werden, wenn man das Atmosphärensignal zur eigentlichen Messgröße macht. Ferner wird untersucht, inwieweit die interferometrische Radarfernerkundung mit der optischen kombiniert werden kann, um z.B. die Identifizierung dieser atmosphärischen Artefakte in den Bildern durch eine Aufnahme im sichtbaren oder im nahen Infrarotbereich sicher zu stellen. Hier kommen die Instrumente MERIS (Spektrometer) und ASAR (SAR-Instrument) auf dem europäischen Erdbeobachtungssatelliten ENVISAT in Frage, die ein Interessensgebiet simultan aufnehmen bzw. bestrahlen können.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien