Abteilung Radarkonzepte

Mission Tandem-L
Die Tandem-L-Mission ist eine derzeit vom Institut vorgeschlagene Satellitenmission zur globalen Beobachtung von dynamischen Prozessen auf der Erdoberfläche – in einer bisher nicht erreichten Qualität und Auflösung.
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Die Abteilung Radarkonzepte entwickelt innovative Techniken und Technologien für zukünftige Radar-Fernerkundungsmissionen, sowie Algorithmen zur Informationsextraktion für sensornahe Anwendungen. Die Forschungsgebiete decken hierbei ein breites Spektrum ab. Schwerpunkte sind die Untersuchung neuer SAR-Bildgebungsmodi und Instrumentenarchitekturen, die auf digitaler Strahlformung und Multi-Apertur-Signalverarbeitung basieren, der Entwurf und die Analyse bistatischer und multistatischer Satellitensysteme und -missionen sowie die quantitative Bestimmung geo- und biophysikalischer Parameter aus interferometrischen und polarimetrischen SAR-Daten. Weitere Aufgabengebiete sind die großräumige Verkehrsüberwachung, die End-to-End-Simulation von SAR-Systemen und -Missionen, die Modellierung von Ausbreitungseffekten in der Ionosphäre sowie die Entwicklung neuer Sensorkonzepte für terrestrische und extraterrestrische Missionen und Anwendungen.

Neben den Forschungsaktivitäten unterstützt die Abteilung Radarkonzepte die Abteilung Satelliten-SAR-Systeme maßgeblich bei der Entwicklung und dem Betrieb von genehmigten SAR-Missionen. Beispiele sind der operationelle Betrieb des Wissenschaftsdienstleistungssegments, die Definition, Implementierung und Validierung von Algorithmen zur Erstellung höherwertiger Datenprodukte sowie die technische Unterstützung bei Fragestellungen im Zusammenhang mit Missions- und Sensordesign sowie der End-to-end System-Performance. Die Abteilung Radarkonzepte ist darüber hinaus an einer Vielzahl von nationalen und internationalen Drittmittelstudien beteiligt und wirkt aktiv an der Definition von ESA-Missionen mit, z.B. durch die Teilnahme an der BIOMASS Mission Advisory Group (MAG) oder durch verschiedene Vorschläge für zukünftige Earth Explorer Missionen.

Die Aktivitäten der Abteilung orientieren sich an ihrer strategischen Ausrichtung auf die Konzeption, Entwicklung und Gestaltung zukunftsweisender Radarmissionen für neue Fernerkundungsanwendungen. Ein aktuelles Beispiel ist die Entwicklung des Tandem-L-Missionskonzepts mit seinen innovativen Radarsatelliten, die eine Reihe einzigartiger Erdbeobachtungsprodukte erzeugen werden. Die langfristige Vision ist die Entwicklung eines intelligenten, rekonfigurierbaren, skalierbaren und bezahlbaren Netzwerks von kooperierenden Radarsatelliten, die zusammen als globales Echtzeit-Mikrowellenobservatorium die Veränderungen auf unserem Planeten Erde kontinuierlich beobachten. Ein solches Observatorium erfüllt nicht nur die ständig steigenden Nutzeranforderungen an Verfügbarkeit, Aktualität, Auflösung und Datenqualität, sondern ebnet auch den Weg für neue und revolutionäre Fernerkundungsanwendungen und -dienste.

Fachgruppen

NewSpace SAR

Die Fachgruppe NewSpace SAR entwickelt disruptive und kostengünstige SAR-Lösungen für die Erdbeobachtung. Diese basieren auf der Nutzung von Kleinsatelliten, verteilten und fraktionierten Konzepten, der Diversität von Wellenformen und kognitiven Ansätzen. Das Ziel der Fachgruppe ist es, die Grundlagen für ein neuartiges Design, das von den Anwendungen getrieben wird, zu schaffen und somit die derzeit laufende NewSpace-Revolution auf die SAR-Fernerkundung auszuweiten. Dadurch entsteht die Basis für zukünftige Erdbeobachtungsmissionen, welche bemerkenswerte gesellschaftliche Vorteile bringen. Die Fachgruppe steht in ständigem Austausch mit anderen Abteilungen und Gruppen des Instituts, anderen DLR-Instituten sowie externen Organisationen. Die Gruppe ist an Studien der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und der Europäischen Kommission (EC) beteiligt und arbeitet mit dem NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) zusammen. Außerdem wurde kürzlich eine Kooperation mit der neuseeländischen Weltraumorganisation und der Universität Auckland im Rahmen einer Absichtserklärung begonnen. Diese Zusammenarbeit konzentriert sich insbesondere auf die Konzeption und Entwicklung eines kostengünstigen SAR-Systems für Kleinsatelliten, die von der neuseeländischen Regierung bei der Überwachung von illegalen Fischkuttern oder bei der Vermessung von Oberflächendeformationen eingesetzt werden können.

Information Retrieval

Die Fachgruppe Information Retrieval konzentriert ihre Arbeiten auf die Entwicklung, Implementierung, Validierung und Kalibrierung neuer Algorithmen und Techniken zur Ableitung innovativer Informationsprodukte aus aktuellen und zukünftigen Weltraumradarmissionen. Die breite Expertise und Erfahrung der Gruppe ermöglicht ein breites Spektrum an Aktivitäten. Eine zentrale Aufgabe ist die Entwicklung innovativer Verarbeitungstechniken sowie Modellierungs- und Inversionsalgorithmen zur Generierung neuer Informationsprodukte aus Multiparameter-SAR-Messungen und die Definition und Implementierung der zugehörigen Performance-Analyse-Modelle. Ein weiteres Aufgabenfeld ist die Entwicklung innovativer Techniken und Methoden zur Kalibrierung komplexer Instrumentenmodi und Datensätze zukünftiger SAR-Missionen. Die Gruppe Information Retrieval ist maßgeblich an zahlreichen nationalen und internationalen SAR-Studien beteiligt und ist darüber hinaus in den wissenschaftlichen Beratungsteams nationaler (TanDEM-X und Tandem-L), europäischer (BIOMASS und SAOCOM-CS) und internationaler (ALOS, GEDI und NISAR) SAR-Missionen und Missionsvorschläge aktiv.

SAR-Missionen

Die Fachgruppe SAR-Missionen entwickelt und erarbeitet Vorschläge für zukünftige mono-, bi- und multistatische Radarmissionen. Die übergeordneten Nutzeranforderungen werden analysiert und in eine Reihe detaillierter Missionsanforderungen umgesetzt, aus denen geeignete Missionskonzepte abgeleitet werden. Die Missionsdefinition stützt sich hierbei auf detaillierte Analysen und Simulationen bezüglich der End-to-End SAR-System- und Missionsperformance unter Berücksichtigung von Aufnahmehäufigkeit und -abdeckung, Orbit- und Satellitenaufnahmegeometrie usw. Widersprüchliche Anforderungen und Konflikte bei der Implementierung werden bewertet und das Missionsdesign optimiert, indem Performance-Modelle im globalen Maßstab implementiert werden und darauf aufbauend die Qualität von höherwertigen Informationsprodukten für verschiedene Aufnahmezeiträume simuliert und bewertet wird. Die neuen Missionskonzepte verwenden auch hochmoderne SAR-Bildgebungstechniken und -technologien wie Mehrkanal-Empfängersysteme, digitale Strahlformung und multistatische Satellitenformationen. Die Forschungsaktivitäten der Gruppe umfassen die Entwicklung und Demonstration neuartiger Algorithmen für die bi- und multistatische SAR-Fokussierung und Radarsynchronisation, verteilte und fraktionierte SAR-Systeme wie MirrorSAR, neue Missionskonzepte in mittelhohen und geosynchronen Erdumlaufbahnen sowie Experimente mit TerraSAR-X und TanDEM-X zur Demonstration neuer SAR-Bildgebungsmodi und -anwendungen. Mit ihrem einzigartigen Know-how ist die SAR-Missionsgruppe an einer Vielzahl von Drittmittelstudien beteiligt und hat in den letzten Jahren eine Reihe von bi- und multistatischen Missionsvorschlägen wie PicoSAR, SESAME und IRIS erarbeitet. Darüber hinaus unterstützt die Gruppe die Abteilung Satelliten-SAR-Systeme mit speziellen Untersuchungen in den Bereichen bistatische Synchronisation, End-to-End-Simulation und Missions-Performance.

SAR-Techniken

Die Fachgruppe SAR-Techniken entwickelt innovative Radarinstrumente für zukünftige SAR-Satelliten. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Konzeption, dem Design, der Analyse, der Optimierung und der Demonstration innovativer digitaler Strahlformungs- und Multiple-Input Multiple-Output (MIMO)-Radartechniken, -modi und -architekturen, die den Weg für zukünftige SAR-Missionen mit einer bisher unerreichten Abbildungsleistung ebnen. Die Gruppe verfügt über mehr als fünfzehn Jahre Erfahrung in allen Aspekten der Analyse von innovativen Radarinstrumenten und hat eine Reihe von hochentwickelten Softwaretools zur Performance-Analyse von SAR-Systemen entwickelt. Um neue SAR-Techniken und -Anwendungen experimentell zu testen und zu verifizieren, wurde ein modularer, bodenbasierter MIMO-Radardemonstrator entwickelt, der hochgradig rekonfigurierbar ist. Ein Forschungsschwerpunkt liegt in der Entwicklung von Multi-Apertur-SAR-Verarbeitungsalgorithmen, die sowohl für die Detektion von bewegten Objekten als auch für die großflächige Aufnahme von SAR-Bildern mit höchster Auflösung genutzt werden. Weitere Forschungsaktivitäten umfassen die Kalibrierung und Datenreduktion von mehrkanaligen SAR-Systemen sowie die Entwicklung neuer hybrider, adaptiver und kognitiver SAR-Systeme. Mit ihrem Know-how und ihrer Erfahrung in allen Aspekten des Designs und der Analyse von innovativen SAR-Instrumenten ist die Gruppe SAR-Techniken an einer Vielzahl von Drittmittelprojekten beteiligt und unterstützt die Abteilung Satelliten-SAR-Systeme bei der Entwicklung von Tandem-L.

Pol-InSAR

Das Hauptziel der Fachgruppe Polarimetrische SAR-Interferometrie (Pol-InSAR) ist die Entwicklung, Implementierung und Validierung innovativer Algorithmen und Verfahren zur Extraktion von bio- und geophysikalischen Parametern aus polarimetrischen und interferometrischen SAR-Daten, die entweder monostatisch im Wiederholungsmodus oder bi- bzw. multistatisch im Einpass-Modus erfasst wurden. Die kohärente Kombination von SAR-Interferogrammen bei verschiedenen Polarisationen und Basislinien mittels der polarimetrischen SAR-Interferometrie wurde von Anfang an innerhalb dieser Gruppe entwickelt und ist heute eine international etablierte Technik zur Abschätzung der Strukturparameter von Volumenstreuern wie Wäldern, Schnee und Eis. Die Entwicklung von Inversionsverfahren und die Validierung von Pol-InSAR-Anwendungen erfolgt hierbei in enger Zusammenarbeit mit internationalen Experten und Institutionen. Ein weiteres zentrales Forschungsthema ist die Nutzung der mono- und bistatischen SAR-Polarimetrie für unterschiedliche Anwendungen. Zahlreiche luft- und raumgestützte SAR-Experimente werden von der Gruppe in regelmäßigen Zeitabständen geplant, durchgeführt und ausgewertet um die Verfahren weiterzuentwickeln und zu validieren. Die Gruppe trägt auch zu einer Reihe von nationalen und internationalen SAR-Studien bei und unterstützt die wissenschaftliche Nutzung laufender und zukünftiger SAR-Missionen wie TerraSAR-X, TanDEM-X, Tandem-L oder BIOMASS durch aktive Beteiligung und/oder die Koordination der Wissenschaftsteams.

Kontakt

Prof. Dr.-Ing. Gerhard Krieger

Abteilungsleitung: Radarkonzepte
Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme
Radarkonzepte
Münchener Straße 20, 82234 Weßling