Dissertationen - DGK

2.3. Radiometrische Eigenschaften 21
hat Luft einen Betragswert von 3, andere natürliche, trockene Stoffe Werte von 3 bis 8. Der Realteil
ǫ ′ r gibt Auskunft über die frequenzabhängige Eindringtiefe in verschiedene Oberflächenschichten. Je
größer die Wellenlänge der Strahlung, desto tiefer dringt sie ein. Der Imaginärteil ǫ ′′
r verkörpert ein
Maß für die frequenzabhängige elektrische Leitfähigkeit (Kraus und Schneider, 1988). Er ist für
viele trockene Stoffe im Mikrowellenbereich sehr klein. Nimmt jedoch die Feuchtigkeit und damit die
Leitfähigkeit zu, steigt ǫ ′′
r und damit auch ǫr fast linear an. Die Dielektrizitätskonstante ist für Stoffe
mit hohem Wassergehalt und Metalle sehr groß, z.B. hat Wasser einen Betragswert von über 80. Die
Eindringtiefe nimmt mit zunehmender Leitfähigkeit ab, weil Mikrowellen durch Wirbelstromverluste
gedämpft werden. Bei Böden kann die Eindringtiefe vom cm-Bereich für trockene Böden auf einige
Millimeter für feuchte Böden absinken. Noch deutlicher ist dies bei Eis zu beobachten. Bei reinem
Eis kann die Eindringtiefe einige Meter betragen, bei Wasser hingegen bestenfalls einige Zentimeter.
Ulaby et al. (1986) analysieren den Einfluss der Dielektrizitätskonstanten für verschiedene, natürliche
Oberflächen wie unterschiedliche Bodenarten, Vegetation, Schnee und Seeeis. Der Reflexionsgrad
nimmt mit zunehmendem ǫr (sowohl ǫ ′ r als auch ǫ ′′
r) zu.
2.3.3 Radiometrische Kalibrierung
Bei der radiometrischen Kalibrierung werden die Instrumentenfehler und die Fehler während der Laufzeit
des Signals korrigiert und das Signal auf den Radarrückstreukoeffizienten reduziert. Objekteigenschaften
werden damit über verschiedene Aufnahmepositionen, Einfallswinkel, Polarisationen, Frequenzen
und Zeiten hinweg vergleichbar. Für eine vollständige, radiometrische Kalibrierung unterscheidet
man zwischen einer internen, einer relativen und einer absoluten Kalibrierung.
Die interne Kalibrierung versucht die instrumentellen Einflüsse gemäß der Radargleichung zu korrigieren
(Abschnitt 2.3.1). Beispielsweise wird die unterschiedliche Abstrahlstärke der Antennenkeule
(Antennenhelligkeitsdiagramm) in Abhängigkeit vom Rollwinkel der Plattform um die Längsrichtung
berücksichtigt.
Die relative Kalibrierung beseitigt die Einflüsse des Einfallswinkels und der Topographie, die zu radiometrischen
Verzerrungen führen. Sie wird oft erst vom Anwender durchgeführt und wird daher im
folgenden Abschnitt näher erläutert.
Für die absolute Kalibrierung wird das Leistungsniveau auf die Leistung bekannter Ziele um einen
konstanten Faktor, der Kalibrierungskonstanten K, verschoben. Damit wird die Rückstreuung verschiedener
Sensoren vergleichbar. Bei flugzeuggetragenen Aufnahmen werden Ziele mit bekanntem Radarrückstreukoeffizienten
wie Transponder oder Corner-Reflektoren eingesetzt. Bei Satelliten erfolgt
die absolute Kalibrierung durch Aufnahmen über den Regenwald, von dem die Rückstreuung und das
Specklerauschen bekannt sind (Curlander und McDonough, 1991).
Des Weiteren wird bei polarimetrischen Aufnahmen eine polarimetrische Kalibrierung durchgeführt,
um die empfangenen Signale in allen Kanälen aufeinander abzustimmen. Eine polarimetrische Kalibrierung
beinhaltet eine Phasen- und Amplitudenkalibrierung sowie eine Crosstalk-Kalibrierung für einen
Abgleich zwischen den Kanälen (Ulaby und Elachi, 1990).
Nach der Kalibrierung entspricht die Intensität dem Wert des Rückstreukoeffizienten σ 0 für das Objekt.
Relative Kalibrierung: Korrektur reliefbedingter Einflüsse
Die Intensität der Rückstreuung hängt stark vom Einfallswinkel ab. Unter der Voraussetzung von Oberflächenstreuung
ist im ebenen Gelände allein dadurch ein Intensitätsabfall zu verzeichnen, dass der
Einfallswinkel von nahen zu fernen Zielen flacher wird (Near-Far-Range-Intensitätsabfall). Im unebenen
Gelände variiert der Einfallswinkel zudem lokal. Daher ist dort der lokale Einfallswinkel zwischen
der Flächennormalen der Oberfläche und der Einfallsrichtung des Radarstrahls mit einzubeziehen (Abbildung
2.7). Der Near-Far-Range-Intensitätsabfall verhält sich für jede Objektklasse anders, so dass er
streng genommen für jede Klasse separat korrigiert werden muss. Insbesondere für eine Klassifikation
wäre dies wünschenswert. Da die Objektklassen aber im Allgemeinen nicht bekannt sind, wird meistens
nur eine Korrektur der Intensitäten in Abhängigkeit von der Geländeneigung durchgeführt. Eine