Dissertationen - DGK

4.1. Abbildungseigenschaften von Straßen in SAR-Bilddaten 53
Erscheinungsbild dieser Objekte in den verschiedenen Radarfrequenzen (X-, C-, L- und P-Band) wird
im Folgenden beschrieben.
Straßen erscheinen im SAR generell relativ dunkel bedingt durch ihre relativ glatte Oberfläche im
Verhältnis zur Wellenlänge λ des Radars und der daraus folgenden Totalreflexion des Radarsignals am
Boden. Aufgrund des Rayleigh-Kriteriums wird eine Oberfläche als glatt definiert, wenn die Standardabweichung
der Oberfläche σh die Bedingung erfüllt (Ulaby et al., 1982)
σh < λ
, (4.1)
8cos θ
wobei θ der Einfallswinkel ist. Für Straßen mit Wellenlängen im P- und L-Band ist diese Bedingung
eindeutig erfüllt (vgl. Tabelle 4.1). Die Intensität am Radar setzt sich dadurch nur noch aus thermischem
Rauschen zusammen. Im X- und C-Band erscheinen Straßen ebenfalls dunkel. Hier wird aber
ein kleiner Anteil der Energie zum Radar zurück reflektiert. Bei extrem rauen, z.B. nicht asphaltierten
Straßen kann es dort zu Abweichungen von dem generell dunklen Erscheinungsbild von Straßen
kommen.
Felder reflektieren je nach Vegetationsstand und Wassergehalt recht unterschiedlich. Wenn die Wellenlänge
ungefähr der Größenordnung des Durchmessers der Äste und Blätter entspricht, überwiegt
Volumenstreuung gegenüber der Oberflächenstreuung und die Rückstreuung ist relativ hoch. Insbesondere
das X-Band hat im Allgemeinen bei Feldern mit Pflanzen wie Weizen, Sojabohnen etc. eine hohe
Rückstreuung. Im L-Band wird tendenziell die Vegetation stärker durchdrungen, so dass die Reflexion
teilweise auch vom Oberboden herrührt.
Höhere Vegetation und Wald weisen in allen Radarfrequenzen ähnliche Rückstreueigenschaften auf.
Es findet Volumenstreuung statt, bei der die Strahlung in Abhängigkeit von der Wellenlänge mehr oder
minder tief (L-Band oder X-Band) in die Vegetationsschicht eindringt. Bei einzeln stehenden Bäumen
und Waldrändern entsteht Layover, so dass an der dem Sensor zugewandten Seite ein heller Streifen
entsteht, der eventuell vorhandene Straßen teilweise oder ganz überstrahlen kann. An der dem Sensor
abgewandten Seite der Vegetation kommt es zu Radarschatten, der keine Information über mögliche
Straßen enthält.
Die geometrische Auflösung ist ebenfalls abhängig von der Frequenz. Grundsätzlich gilt, dass mit einer
kürzeren Wellenlänge eine höhere geometrische Auflösung erzielt werden kann.
In Bezug auf verschiedene Frequenzen kann als Konsequenz für die Abbildungseigenschaften im SAR
Folgendes festgehalten werden:
• Asphaltierte Flächen liefern in den gängigen Radarfrequenzbändern (X-, C-, L- und P-Band) nur
geringe Rückstreuwerte.
• Aufgrund der höheren geometrischen Auflösung und dem stärkeren Kontrast zur Umgebung weisen
kürzere Wellenlängen (z.B. das X-Band) gegenüber längeren Wellenlängen (z.B. dem L-Band)
Vorteile für die Extraktion auf.
Band Frequenz Wellenlänge Grenze nach dem Rayleigh-Kriterium
(θ = 20 ◦ ) – (θ = 60 ◦ )
P 450MHz 70cm 9cm – 18cm
L 1.3GHz 23cm 3cm – 5cm
C 5.3GHz 5.6cm 0.7cm – 1.4cm
X 9.6GHz 3cm 0.4cm – 0.8cm
Ku 17GHz 1.8cm 0.2cm – 0.4cm
Ka 35.6GHz 0.84cm 0.1cm – 0.2cm
Tabelle4.1. Grenzen für glatte Oberflächen nach dem Rayleigh-Kriterium für verschiedene Frequenzbänder. Die Grenzen variieren
mit dem Einfallswinkel von 20 ◦ bis 60 ◦ innerhalb der Streifenbreite.