TerraSAR-X

TerraSAR-X
Typ:	Erderkundungssatellit
Land:	Deutschland Deutschland
Behörde:	DLR
NSSDC ID:	2007-026A
Missionsdaten
Masse:	1.230kg
Größe:	Höhe 5 m, Durchmesser 2,4 m
Start:	15. Juni 2007
Startplatz:	Baikonur
Trägerrakete:	Dnepr
Status:	aktiv
Bahndaten
Umlaufzeit:	94,92 min
Bahnhöhe:	514 km
Bahnneigung:	97,44°
Apogäum:	530 km
Perigäum:	512 km

TerraSAR-X ist ein deutscher Erdbeobachtungssatellit. TerraSAR-X wurde im Rahmen einer Public-Private-Partnership (PPP) zwischen dem DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt) und der EADS Astrium GmbH, realisiert. Die exklusiven kommerziellen Nutzungsrechte hat der Geo-Informations-Dienstleister Infoterra GmbH. TerraSAR-X wurde am 15. Juni 2007 gestartet und hat im Januar 2008 seinen operationellen Betrieb aufgenommen.^[1][2]

Mit seiner aktiven phasengesteuerten Antenne (Wellenlänge 31 mm, Frequenz 9,65 GHz), akquiriert TerraSAR-X neue, hochauflösende Radardaten, während er in einer nahezu polaren Umlaufbahn in 514 km Höhe um die gesamte Erde kreist. Die Umlaufbahn ist so gewählt, dass der Satellit in einem sonnensynchronen Dusk-dawn-Orbit fliegt. Das bedeutet, dass der Satellit entlang der Tag-Nacht-Grenze der Erde fliegt und der Sonne immer dieselbe Seite zuwendet. Dies dient insbesondere einer optimalen Energieversorgung durch die Solarzellen. TerraSAR-X kann unabhängig von Wetterbedingungen und Beleuchtungszustand zuverlässig Radardaten mit bis zu 1 m Auflösung aufnehmen und hat eine Lebensdauer von mindestens 5 Jahren.

Merkmale von TerraSAR-X

• Auflösung von bis zu 1 m,

• Herausragende radiometrische Genauigkeit,

• Geometrische Genauigkeit unerreicht von anderen Satelliten,

• Schnelles Erreichen jedes beliebigen Punktes auf der Erde in max. 2,5 Tagen

• Einzigartige Flexibilität (schnelles Umschalten zwischen Aufnahmemodi und Polarisationen)

TerraSAR-X Aufnahmemodi

TerraSAR-X erwirbt Radardaten in den folgenden drei Haupt-Aufnahmemodi:

• SpotLight: bis zu 1 m Auflösung, Szenengröße 10 km (Breite) x 5 km (Länge)

• StripMap: bis zu 3 m Auflösung, Szenengröße 30 km (Breite) x 50 km (Länge *)

• ScanSAR: bis zu 18 m Auflösung, Szenengröße 100 km (Breite) x 150 km (Länge *)

(* StripMap & ScanSAR: Szenenlänge erweiterbar bis auf 1.650 km.)

Darüber hinaus ermöglicht das einzigartige Design der TerraSAR-X-SAR-Antenne eine Vielzahl von polarimetrischen Kombinationen: Einzel- oder Dual-Polarisation und sogar vollpolarimetrische Datensätze sind möglich.

Abhängig von der gewünschten Anwendung kann eine von vier verschiedenen Produkttypen (Verarbeitungsebenen) ausgewählt werden

• Single-Look Slant Range Complex (SSC)
• Multi Look Ground Range Detected (MGD)
• Geocoded Ellipsoid Corrected (GEC)
• Enhanced Ellipsoid Corrected (EEC)

Vorteile der Radartechnologie

RADAR steht für Radio Detection and Ranging und beinhaltet traditionell:

• Distanzmessung (EDM) mittels Laufzeitmessung reflektierter Signale,
• Richtungsmessung über die Ausrichtung der Antenne, und neuerdings
• auch andere Analysen wie SAR, Polarisation, Interferometrie etc.

Satelliten mit Radartechnik sind im Vergleich zu optischen Kamerasystemen noch relativ neu. Die Auflösung (Detailschärfe) ist prinzipiell geringer, aber Radar hat andere Vorteile: Radar ist unabhängig von Beleuchtungs- und Wetterverhältnissen, sodass Bilder zu jeder Tages- oder Nachtzeit und unabhängig von Bewölkung akquiriert werden können. Dies trägt wesentlich zur Zuverlässigkeit des Systems bei, eine Eigenschaft, die für viele Anwendungen und Benutzer erforderlich ist.

Frühe Radarsatellitentechniken waren z. B. die Altimetrie (Höhenmessung über dem Meer), Seasat (NASA, 1978 gestartet), Bestimmung von Wellen/Wind oder Bodendaten. Heutzutage können wir zum Beispiel die Geschwindigkeit von anderen Satelliten und die langsame Verformung von Vulkanen auf mm/sec genau messen (GRACE). Das Militär hat Radar schon seit den späten 30ern und RADAR-Satelliten seit mindestens 1978 genutzt.^[3]

Innovationen bei TerraSAR-X

TerraSAR-X weist einige technisch-wissenschaftliche Neuerungen auf. Eine dieser Innovationen ist eine Art Zoom, mit dem die Auflösung umgekehrt proportional zum Abtastbereich im Verhältnis 1:10 veränderbar ist. Damit kann entweder ein größeres Gebiet mit niedriger Auflösung oder ein kleineres Gebiet mit hoher Auflösung erfasst werden.

Ferner lässt sich der Antennenstrahl über die Antennenelektronik innerhalb eines Winkelbereichs ausrichten und so der Blickwinkel ändern (vgl. Phased-Array-Antenne). Frühere Radarsatelliten konnten den Antennenstrahl nur in eine Richtung abstrahlen.

Scannen und Bahn

Durch das schwenkbare Radar - zusammen mit anderen Verfeinerungen (Präzession der Erdabplattung) - kann jeder Ort der Erde innerhalb von ein bis drei Tagen beobachtet werden. Für einen bestimmten Punkt auf dem Äquator der Erde hat TerraSAR-X einen Zyklus von 11 Tagen, um exakt diesen Punkt mit der gleichen Aufnahmegeometrie wieder zu erreichen. Die Zeit reduziert sich in Richtung der Pole; das nördliche Europa beispielsweise hat typischerweise einen Zyklus von drei bis vier Tagen, bis der ausgewählte Punkt wieder erreicht wird.^[4]

Bodensegment

Die am Boden operierenden Mechanismen und Steuerungen für TerraSAR-X wurden vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Oberpfaffenhofen entwickelt. Es besteht aus der Missionsbetriebseinrichtung (Mission Operating Equipment), dem Nutzlastbodensegment (Payload Ground Segment) und der Instrumentenbetriebs- und Kalibrierungseinrichtung (Instrument Operation and Calibration Segment). An der Basis des Bodensegments liegen das Deutsches Raumfahrt-Kontrollzentrum (GSOC), das Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum (DFD) sowie Institute für Methodik der Fernerkundung (MF) und das Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme (HR), die alle Teil des DLR sind.

Anwendungen

Anwendungen der hochauflösenden TerraSAR-X-Radarbilder sind:

• Topographische Kartierung: 2D und 3D, in Maßstäben bis zu 1:25.000, Kartenaktualisierungen

• Bewegungen der Erdoberfläche: Aufbauend auf Zeitserien, die von TerraSAR-X über der gleichen Fläche aufgenommen werden, können durch Bergbau, Öl-/Gasförderung, Tiefbauarbeiten oder Ausgrabungen verursachte Bewegungen der Erdoberfläche visualisiert werden.^[5]

• Veränderungsanalysen: für die Überwachung von großen Bauprojekten, Infrastrukturnetzen sowie die Überwachung und Dokumentation von Veränderungen und Entwicklungen
• Landbedeckungs- und Landnutzungskartierung: genaue und aktuelle Landbedeckungs-/Landnutzungsdaten, auch von Gebieten, die aufgrund von permanenter Wolkenbedeckung mit anderen Technologien schwierig zu überwachen sind.
• Verteidigungs- und Sicherheitsanwendungen: Anwendungsgebiete in diesem Bereich umfassen die Unterstützung einer effektiven Einsatzplanung, eine schnelle Beurteilung der Auswirkungen von Naturkatastrophen und Krisensituationen oder eine verbesserte Überwachung von Grenzen durch die Grenzkontrollen durch das Aufdecken von Routen (Veränderungen) und sich bewegenden Objekten
• Schnelle Kriseneinsatzplanung: TerraSAR-X ist eine zuverlässige Quelle für Informationen im Falle von Naturkatastrophen oder Krisensituationen (z.B. Erdbeben, Überschwemmungen, militärische Konflikte etc.), da jeder Punkt auf der Erde innerhalb von ein bis drei Tagen erreicht werden kann. Die Bereitstellung zuverlässiger Informationen für das Katastrophenmanagement und die Einsatzplanung ermöglicht die Beurteilung von Schäden an besiedelten Gebieten und Verkehrsinfrastrukturen, die Festlegung von Einsatzschwerpunkten und eine effiziente Koordinierung der Rettungsaktionen.^[6][7]

• Umweltschutzanwendungen, z. B. Überwachung von Waldflächen, Hochwasser-Risikomanagement^[8], Geoinformationen zur Wasserqualität.
• Weitere Anwendungen, die derzeit geprüft werden: Verkehrsüberwachung, maritime Anwendungen, Untersuchung der Vegetation und ihrer Veränderung.

Wissenschaftliche Nutzung der TerraSAR-X-Daten

Die wissenschaftliche Nutzung der TerraSAR-X Daten wird durch das TerraSAR-X Science Service-System^[9] vom DLR koordiniert. Die neuen hochwertigen Datensätze, die vom TerraSAR-X aufgenommen werden, bilden eine Grundlage für eine Fülle neuer Forschungsvorhaben, zum Beispiel in den Bereichen Ökologie, Geologie, Hydrologie und Ozeanographie. Die Erforschung kleinster Bewegungen der Erdoberfläche (Plattentektonik, Vulkanismus, Erdbeben) sind weitere wissenschaftliche Anwendungsbereiche.

Kommerzielle Nutzung der TerraSAR-X-Daten

Um den wirtschaftlichen Erfolg der Mission zu gewährleisten, gründete die Astrium GmbH im Jahr 2001 die 100-prozentige Tochtergesellschaft Infoterra GmbH, welche die kommerzielle Vermarktung der TerraSAR-X-Daten sowie der auf TerraSAR-X-basierenden Geoinformationsprodukte und -dienste übernimmt.

Die Zukunft

TanDEM-X (TerraSAR-X add-on für Digitale Höhen- Messungen) ist ein zweiter, nahezu baugleicher Radarsatellit, der parallel zu TerraSAR-X seit Oktober 2010 mit nur 350 Metern Abstand fliegt. Diese einzigartige Tandem-Satelliten-Konstellation wird die Datengrundlage für ein globales Digitales Höhenmodell liefern, das in der Kombination aus Qualität, Genauigkeit und Abdeckung einzigartig sein wird. Bereits 3 Jahre nach dem Satellitenstart soll das Höhenmodell flächendeckend für die gesamte Landmasse der Erde – immerhin 150 Mio. Quadratkilometer – verfügbar sein. Dabei wird die vertikale Genauigkeit zwei Meter (relativ) bzw. 10m (absolut), das horizontale Raster abhängig von der geographischen Breite etwa 12x12 Meter betragen.^[10]

Siehe auch

• Erdbeobachtungssatellit
• Digitales Geländemodell
• Synthetic Aperture Radar(SAR)
• Andere SAR-Satelliten: z. B. ENVISAT, ERS-1 und -2, SAR-Lupe, ALOS, RADARSAT-1, RADARSAT-2, COSMO-Skymed, Topex, Lacrosse, YaoGan WeiXing ...
• TanDEM-X
• Wettersatellit, Spionagesatellit, Erdbeobachtungsrakete, Liste der Erdbeobachtungssatelliten
• Bisherige Satelliten-Anwendungen: z. B. Ätna-SAR, Aufklärung, Dopplereffekt im Schwerefeld, Photogrammetrie ...
• Verwandte Techniken: EDM-Distanzmessung, Altimetrie, RapidEye, Radar der Flugsicherung, astronomische Radioteleskope, Weltraumteleskop usw.

Weblinks

• TerraSAR-X Bildergalerie
• TerraSAR-X-Seite des DLR
• Infoterra-Seiten zu TerraSAR-X
• Focus 2001/02 zur Satellitenaufklärung und Radar
• Wolf-Dieter Roth: Augen durch Nacht und Wolken. TELEPOLIS (vom 22. November 2006)
• Russianspaceweb Satellite Launch Info
• EADS: TerraSAR-X übertrifft alle Erwartungen
• EADS: TerraSAR-X liefert hervorragende Bilder – Eine deutsche Erfolgsstory
• EADS Astrium - TerraSAR-X
• DLR: TerraSAR-X nimmt den operationellen Betrieb auf
• Invent GmbH Hersteller der CFK-Hohlleiter, Basis der hochpräzisen Antenne

Einzelnachweise

1. ↑ W. Pitz and D. Miller, “The TerraSAR-X satellite” IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., vol. 48, no. 2, pp. 615–622, Feb. 2010.
2. ↑ R. Werninghaus and S. Buckreuss, "The TerraSAR-X Mission and System Design" IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., vol. 48, no. 2, pp. 606–614, Feb. 2010.
3. ↑ (Jensen, J. R. 2007. Remote Sensing of the Environment: An Earth Resource Perspective)
4. ↑ EADS: Terrasar-X übertrifft alle Erwartungen
5. ↑ GeoBerichte 14, Landesamt für Bergbau, Energie und Geologie in Niedersachsen:Schrage, Thomas;Jacob, Philipp , June 2009, Flächenverbrauch und Bodenversiegelung in Niedersachsen.
6. ↑ GIM International: Balz, Timo; Scheuchl, Bernd;Li, Deren, October 2008, The Sichuan Earthquake(1)-Satellite Imagery for Rapid Response.
7. ↑ GIM International: Shao, Yun; Scheuchl, Bernd, November 2008, The Sichuan Earthquake (2)- Spaceborne SAR in Earthquake Response.
8. ↑ GIM International: Koudogbo, Fifamè; Müller, Marc; Scheuchl, Bernd, December 2008, The Sichuan Earthquake (3)- Satellite-based Global Flood Response.
9. ↑ TerraSAR-X Science Service-System
10. ↑ GIM International: Weber, Marco; Koudogbo, Fifamè,January 2009, TerraSAR-X 1m Spaceborne Radar- Use, Features, Products and TanDEM-X.