Technisches Konzept
Mit TanDEM-X wird ein neuartiges interferometrisches Instrument eingeführt, das aus zwei SAR-Satelliten besteht, die in enger Formation fliegen und deren Hauptziel es ist, einsatzfähige, bi-statische Single-Pass-Interferometrieprodukte von neuer Qualität mit abstimmbaren interferometrischen Basislinien zu liefern.
Um die Anforderungen der Mission und des Systems zu erfüllen, basiert das technische Konzept auf TerraSAR-X (TSX) und dem TDX-Satelliten als Quasi-Nachbau von TSX, mit missionsspezifischen Funktionen. Der Vorteil von zwei "gleichen" Satelliten für TanDEM-X ist, dass er
- kosteneffizient ist , da nur ein hauptsächlich gleicher Satellit gebaut werden muss und somit die erforderliche Fähigkeit bietet, die Satelliten zwischen der TanDEM-X- und der TerraSAR-X-Mission auszutauschen, so dass das Ziel der TerraSAR-X-Mission nicht negativ beeinflusst wird,
- und hat ein geringes Risiko, da die meisten Elemente noch einmal gebaut werden. Darüber hinaus stützen sich die geplanten Verarbeitungstechniken und die erforderlichen Techniken für den Formationsflug und die Bestimmung der Basislinie auf das Erbe von SRTM bzw. der Grace-Mission,
- die alle fortschrittlichen Funktionen von TerraSAR-X bereitstellt - z.B. hohe Auflösung, Strahl- und Modusflexibilität, hohe Kartierungsfähigkeit, direkte Downlink-Fähigkeit, Quad-Pol und Dual-Phase-Center-Fähigkeit.
Für die interferometrische Bildgebung werden die folgenden Instrumentenmodi vorgeschlagen:
Bi-statischer Modus
Die operative DEM-Generierung wird im bi-statischen Modus durchgeführt (siehe Abbildung unten links). Dieses Prinzip ist durch die gleichzeitige Messung derselben Szene und des identischen Dopplerspektrums mit 2 Empfängern gekennzeichnet, wodurch eine zeitliche Dekorrelation vermieden wird. Um eine ausreichende Überlappung des Dopplerspektrums zu gewährleisten, sind Basislinien entlang der Spur < 2 km erforderlich, während die effektiven Basislinien quer zur Spur für hochauflösende DEMs in der Größenordnung von 1 km liegen müssen. PRF-Synchronisation und relative Phasenreferenzierung zwischen den Satelliten sind zwingend erforderlich.
Pursuit Mono-static Mode
Ein zweiter Modus der DEM-Erzeugung ist der monostatische Verfolgungsmodus, bei dem zwei Satelliten unabhängig voneinander betrieben werden, so dass keine Synchronisation erforderlich ist. Der Abstand entlang der Spur beträgt 30-50 km. Die zeitliche Dekorrelation ist für die meisten Geländetypen immer noch gering, mit Ausnahme der Meeresoberfläche und der Vegetation bei mittleren bis hohen Windgeschwindigkeiten. Die interferometrische Höhenempfindlichkeit ist im Vergleich zum bi-statischen Betrieb doppelt so hoch, was bedeutet, dass die Bestimmung der Basislinie genauer sein muss.
Along-track Interferometry, ATI Mode
Along-track interferometry ermöglicht genaue Geschwindigkeitsmessungen, z.B. zur Überwachung von Meeresströmungen, Meereisdrift und Verkehr. Die erforderlichen Basislinien entlang der Spur reichen von einigen hundert Metern bis zu mehreren Kilometern. Der ATI-Modus profitiert in hohem Maße von den 2x2-Phasenzentren, um Mehrdeutigkeiten in der Geschwindigkeitsmessung aufzulösen, und bietet damit ein einzigartiges MTI-System für genaue Geschwindigkeitsmessungen in großem Maßstab.
Experimentelle Modi
Zahlreiche experimentelle Modi, die hauptsächlich die bi-statische Messkonfiguration und die polarimetrischen Fähigkeiten nutzen, werden in Betracht gezogen. Einige von ihnen könnten sich während der Mission von einem experimentellen zu einem operativen Modus entwickeln. Ein vielversprechender Kandidat ist die polarimetrische Interferometrie. Ein anderer ist die Superauflösung, eine elegante Möglichkeit, die räumliche Auflösung um den Faktor 2 zu verbessern.
Technische Umsetzung
TerraSAR-X als Basis für TanDEM-X ist nicht nur ein hochleistungsfähiges SAR-System in Bezug auf SAR-Bilder und operative Funktionen, es ist auch bereits für die Interferometrie mit wiederholten Überflügen ausgelegt und bietet daher mehrere wesentliche Funktionen für die TanDEM-Mission, wie z.B. eine präzise Orbitkontrolle, Zweifrequenz-GPS für beste Lokalisierungskenntnisse und eine ausgezeichnete HF-Phasenstabilität.