Die Gruppe "SAR-Missionen" entwickelt und erarbeitet Vorschläge für zukünftige SAR-Missionen. Die Nutzeranforderungen werden analysiert und geeignete Missionskonzepte abgeleitet. Die Definition der Missions- und Produktparameter erfordert detaillierte Untersuchungen in Bezug auf Leistung, Abdeckung, Wiederholungszeiten, Orbitgeometrie, usw. Die Kompromisse bei der Implementierung werden analysiert und das Missionsdesign wird durch die Entwicklung globaler Leistungsmodelle optimiert. Die neuen Missionskonzepte werden auch fortschrittliche SAR-Abbildungstechniken und -technologien wie Mehrkanal-Empfangssysteme, digitale Strahlformung und multistatische Satellitenformationen einsetzen. Die überwiegend theoretische Arbeit wird durch Proof-of-Concept-Experimente neuartiger Erfassungstechniken mit TerraSAR-X und TanDEM-X ergänzt.
Das Missionskonzept basiert auf zwei Hauptbetriebsarten:
Ein 3-D-Strukturmodus, der die bistatische Interferometrie in einem einzigen Durchgang in einer vollständig polarimetrischen Konfiguration verwendet. Ein solcher Aufnahmemodus mit wiederholten Aufnahmen ermöglicht die Rekonstruktion von vertikalen Profilen im quasi-tomographischen Sinne und zielt auf semitransparente Medien wie Vegetation, Sand und Eis.
Ein Deformationsmodus, der lange Aufnahmeserien mit kurzen Wiederholungsintervallen erfordert und darauf abzielt, millimetrische Oberflächendeformationen aufgrund von Tektonik, Eisströmen, Senkungen, Erdrutschen usw. zu erkennen.
Die Erzeugung geeigneter Basislinien (bei L-Band werden mehrere Kilometer benötigt) wäre durch direkte Manöver außerhalb der Ebene zur Kontrolle des Abstands der Bahnebene sehr teuer. Stattdessen werden kleine Neigungsunterschiede erzwungen, die dank der bekannten Gravitationsinhomogenitäten der Erde zu einer kontinuierlichen Drift der aufsteigenden Knoten führen. Auf diese Weise können große Basislinien über lange Zeitintervalle mit begrenztem Treibstoffverbrauch akkumuliert werden.
Die Tandem-L Studie wurde in enger Zusammenarbeit mit NASA/JPL (DESDynI) durchgeführt.
Beispiel für ein Missionskonzept: SIGNAL
Das SIGNAL (SAR for Ice, Glacier aNd globAL Dynamics) Missionskonzept wurde entwickelt, vorbereitet und als Kandidat für die 8. Earth Explorer Opportunity Mission vorgeschlagen. Die Studie wurde von der deutschen Raumfahrtbehörde unterstützt. SIGNAL ist ein innovatives Ka-Band-SAR-Missionskonzept mit dem Hauptziel, die Topographie und topographische Veränderungen, die mit Massenveränderungen oder anderen dynamischen Effekten auf Gletscher, Eiskappen und polare Eisschilde verbunden sind, genau und wiederholt abzuschätzen. Die Höhenmessungen werden durch Messungen der Gletschergeschwindigkeit ergänzt, die wertvolle zusätzliche Informationen für ein besseres Verständnis der Hydrologie von vergletscherten Becken und des arktischen und antarktischen Wasserkreislaufs liefern.
Die treibende Kraft für das Missionsdesign ist die Erstellung von digitalen Höhenmodellen aller relevanten Gebiete mit einer Höhengenauigkeit in der Größenordnung von einigen Dezimetern. Dieses Ziel rechtfertigt zwei grundlegende Entscheidungen: die Verwendung des Ka-Bandes (35 GHz), um das Eindringen in die Eis- oder Schneedecke zu minimieren und so ein DEM zu erhalten, das wirklich repräsentativ für die Oberfläche ist, und die Verwendung eines Paares von Satelliten im Formationsflug. Nur so können die langen Basislinien erreicht werden, die erforderlich sind, um die gewünschte Höhenempfindlichkeit und Messstabilität zu erzielen und zeitliche Dekorrelationseffekte zu vermeiden. SIGNAL ist als systematische Kartierungsmission geplant, die alle zwei Monate die Breitengrade oberhalb von 60° Nord und unterhalb von 60° Süd vollständig abdeckt und eine Lebensdauer von mindestens 5 Jahren hat, wobei saisonale DEMs der interessierenden Gebiete erstellt werden.
Beschreibung des SAR Systems
Um die erforderliche SAR-Leistung in Bezug auf die Datenempfindlichkeit, die Unterdrückung von Mehrdeutigkeiten und die Abdeckung zu erreichen, wird eine reflektorbasierte Systemarchitektur vorgeschlagen, die SCan On REceive (SCORE) verwendet, um trotz des schmalen Empfangsstrahls mit hoher Verstärkung einen ausreichend breiten Schwad zu erhalten. Die Gesamtabdeckung wird weiter erhöht, indem gleichzeitig zwei Teilschwaden erfasst werden, die durch eine Lücke getrennt sind, die etwa doppelt so breit ist wie die eines einzelnen Teilschwadens (~ 25 km).
SIGNAL NESZ
System sensitivity: dual-swath noise equivalent sigma-zero
Um die Anforderungen der Wissenschaft und der Nutzer zu erfüllen, muss SIGNAL relative Höhenfehler von Punkt zu Punkt in der Größenordnung von wenigen Dezimetern erreichen, was eine Größenordnung besser ist als TanDEM-X. Die beiden Schlüssel zur Erfüllung dieser sehr anspruchsvollen Anforderungen sind die sehr große Anzahl verfügbarer Looks und die im Verhältnis zur Wellenlänge große interferometrische Basislinie.
Experimente mit TerraSAR-X und TanDEM-X
Die SAR-Missionsgruppe ist an vielen Experimenten mit TerraSAR-X und TanDEM-X beteiligt oder für diese verantwortlich. Die flexiblen Steuerungsmöglichkeiten der beiden SAR-Instrumente sind einzigartig unter den derzeit verfügbaren weltraumgestützten SAR-Systemen. Die Experimente werden durchgeführt, um diese Fähigkeiten auszunutzen. Die Ergebnisse können einen wichtigen Einfluss auf die Gestaltung zukünftiger weltraumgestützter SAR-Missionen sowie auf die Verbesserung der aktuellen SAR-Systeme haben. Der Schwerpunkt liegt insbesondere auf neuen SAR-Abbildungsmodi und experimentellen geometrischen SAR-Konfigurationen. Neue Anwendungen können das Ergebnis sein, ebenso wie die Verfeinerung von Techniken für bestehende Anwendungen.
Um die Experimente durchführen zu können, muss sich die Gruppe mit TerraSAR-X/TanDEM-X als End-to-End-SAR-System beschäftigen, d.h. von der SAR-Kommandierung bis zur SAR-Datenverarbeitung. Aus diesem Grund arbeitet die Gruppe eng mit vielen anderen Gruppen des Instituts zusammen. Sie unterstützt diese bei ihren experimentellen Aktivitäten und profitiert gleichzeitig von der umfangreichen Wissensbasis des Instituts.
Crossing Orbit Interferometrie – Erstes Digitales Höhenmodell von TanDEM-X
Bei der typischen weltraumgestützten SAR-Interferometrie entlang der Umlaufbahn werden nahezu parallele Umlaufbahnen berücksichtigt, um kohärente Interferogramme zu erhalten. Für die differentielle Interferometrie erfordert dies eine Zeitdifferenz von einem vollen Orbitzyklus, d.h. 11 Tage im Falle von TerraSAR-X und TanDEM-X. In einer neuartigen Satellitengeometrie-Konstellation mit sich kreuzenden Umlaufbahnen ist es möglich, Kohärenz auch nach einer geringeren Anzahl von Tagen zu erhalten. Dies bietet z.B. eine vielversprechende kurzfristige Überwachung von Gletschern und Schelfeis im X-Band, die bisher nicht möglich war. Mit dieser Methode war es während der Inbetriebnahmephase von TanDEM-X möglich, ein sehr genaues digitales Höhenmodell der Insel der Oktoberrevolution in Russland mit einem relativen Höhenfehler von etwa 10 cm zu erstellen.
Digital Elevation Model of the October Revolution Island
Bi-direktionales SAR ist ein neuer Bildgebungsmodus, der die Möglichkeit bietet, Gebiete in zwei Richtungen gleichzeitig abzubilden. Das Ergebnis ist eine Abbildung desselben Bereichs mit einem sehr kurzen Abstand in der Größenordnung von Sekunden. In Kombination mit interferometrischen Aufnahmen sind viele Anwendungen zur Erkennung von Veränderungen und Bewegungen möglich.
Demonstration des TOPS-Bildgebungsmodus - Geländebeobachtung mit Progressive Scan
Die erste weltraumgestützte Demonstration des TOPS-Abbildungsmodus wurde mit TerraSAR-X durch das Microwaves and Radar Institute durchgeführt. Es handelt sich dabei um einen Abbildungsmodus mit breiter Streuung, der die Nachteile des ScanSAR-Modus, wie z.B. Scalloping, überwindet. Die Gruppe ist an vielen TOPS-Aktivitäten beteiligt. Hauptsächlich ist sie für die TOPS-Befehlsgenerierung verantwortlich, unterstützt und bewertet aber auch Leistungs- und Verarbeitungsstudien.
Eine interferometrische Senkungsstudie über Mexiko-Stadt mit einer Zeitreihe von TOPS-Akquisitionen wurde durch die Multimodal Algorithm Group durchgeführt:
BIOMASS End-to-End-Simulator: Koordination der Entwicklung und Implementierung mehrerer Hauptkomponenten eines End-to-End-Missionssimulators für die ESA Earth Explorer-Kandidatenmission BIOMASS.
Ka-Band SAR: Die Gruppe beteiligt sich an einer ESA-Studie zur Entwicklung eines interferometrischen Systems und Missionskonzepts im Ka-Band mit einem einzigen Durchgang. Die kurze Wellenlänge ermöglicht die Verwendung eines relativ kurzen Auslegers, um die erforderliche interferometrische Basislinie zu erhalten.
Tandem-L: Die Gruppe ist für die Untersuchung missionsbezogener Aspekte (Missionsplanung, End-to-End-Leistung usw.) im Zusammenhang mit dem Tandem-L-Missionskonzept verantwortlich.
TOPS-Studien: Die Gruppe unterstützt verschiedene TOPS-Studien und ist für die Erfassung von experimentellen TOPS-Daten verantwortlich.
TRAMPA (Toolbox for Radar Mission Performance Analysis): Entwicklung einer Reihe von generischen Tools für die Analyse der Missionsleistung (Orbitalanalyse, Missionsabdeckung, Produktleistung usw.).
