Dissertationen - DGK

20 2. Radar mit synthetischer Apertur
(a) Spiegelnde Reflexion
kohärente
Komponente
diffuse
Komponente
(b) Geringe diffuse Reflexion
S
(c) Diffuse Reflexion
(d) Rückstrahl-Effekt (e) Metall (f) Volumenstreuung
Abbildung2.6. Unterschiedliche Rückstreumechanismen: Oberflächenstreuung: (a)-(e) und Volumenstreuung (f)
Richtung Sensor zurückgeworfen wird (z.B. Zweifachreflexion an Hauswänden, siehe Abbildung 2.6(d)).
Objekte mit diesen Eigenschaften werden als Corner-Reflektoren (Winkelreflektoren) bezeichnet. Der
Rückstrahl-Effekt selbst wird deshalb auch oft Corner-Reflektor-Effekt genannt. Verursacht durch die
Corner-Reflektoren entsteht eine hohe Rückstreuung und teilweise Überstrahlungen im Radarbild. Bei
einzelnen Punktstreuern äußert sich dies durch helle Kreuze in Entfernungs- und Azimutrichtung im
SAR-Bild, da auch die Rückstreuungen der Nebenkeulen der Antenne noch groß genug sind, um die
Nachbarsignale der Hauptkeule zu überdecken (Ambiguities). Als Corner-Reflektoren werden ebenfalls
die zweiflächigen (dihedral) oder dreiflächigen (trihedral) metallischen Reflektoren bezeichnet, die
bei Messkampagnen zur Kalibrierung des Bildes verwendet werden. Die Winkelreflektoren werden möglichst
exakt zur Einfallsrichtung des Radarsignals ausgerichtet, um eine maximale Reflexion des Signals
zu ermöglichen. Bei einem Dreifachreflektor wird das Signal durch Dreifachreflexion zum Sensor zurückgeworfen,
egal an welcher Stelle des Reflektors das Signal auftrifft.
Zu gerad- und ungeradzahligen Mehrfachreflexionen in Sensorrichtung kommt es auch bei metallischen
Objekten. Bei schrägem Einfall an länglich ausgerichteten, metallischen Objekten entsteht eine Dipolreflexion
(Abbildung 2.6(e))(Klausing und Holpp, 2000). Metallische Strukturen wie beispielsweise
Autos, eiserne Brücken oder Hochspannungsmasten verursachen eine starke Rückstreuung (Kraus und
Schneider, 1988).
Volumenstreuung: Im Gegensatz zur Reflexion an der Oberfläche dringen Radarwellen bei der Volumenstreuung
in die Oberflächenschicht ein (Abbildung 2.6(f)). Die Streuung findet dann in einem
Materialvolumen statt, z.B. im Boden an Bodenpartikeln oder in der Vegetationsdecke an Blättern,
Zweigen und Baumstämmen. Dabei bestimmt die Eindringtiefe das Volumen, das zur Rückstreuung
beiträgt. Die Ursache für die Rückstreuung des Volumens liegt in unregelmäßig verteilten Einschlüssen
oder Diskontinuitäten des Mediums begründet. Volumenstreuung ist stets diffus und die Strahlung wird
dabei teilweise entpolarisiert. Der Einfluss des Einfallswinkels ist wesentlich geringer als bei der Oberflächenstreuung.
Insbesondere tritt Volumenstreuung bei Waldflächen auf, da nahezu alle Radarwellen
mehr oder weniger stark in die inhomogene Volumensstruktur der Baumkronen eindringen.
Eindringtiefe und Dielektrizitätskonstante
Ausschlaggebend für die Eindringtiefe der Mikrowellen in die Erdoberfläche ist die komplexe relative
Dielektrizitätskonstante ǫr = ǫ ′ r −iǫ′′ r . Sie ist eine materialspezifische Größe und hängt von der Wellenlänge
ab. Grundsätzlich kann eine Reflexion elektromagnetischer Wellen nur stattfinden, wenn sich die
Dielektrizitätskonstanten der angrenzenden Stoffe voneinander unterscheiden. Im Mikrowellenbereich