Dissertationen - DGK

Entfernung
(a) SAR-Signatur von Bäumen
2
5.2. Abbildungseigenschaften von SAR-spezifischen Problembereichen 87
5
3
4
1
4
(b) Darstellung der wesentlichen
Rückstreumechanismen
Abbildung5.8. Abbildung von Bäumen
a
o
A C B
(c) Schematische Darstellung einer
SAR-Signatur
Sobald das Radarsignal die Baumkrone erreicht, kommt es zu Volumenreflexion in der Baumkrone
(Rückstreuung 1), die eine diffuse Rückstreuung hervorruft und überwiegend in Region A abgebildet
wird. Die Biomasse der Baumkrone verhindert weitgehend ein Durchdringen der Baumkrone, so dass
hinter dem Baum ein Schattenbereich (Region B) entsteht. Wenn das Signal auf den Baumstamm
trifft, kann es zu einer direkten Rückstreuung kommen (Strecke āo, Rückstreuung 3). Der Anteil dieser
Rückstreuung ist aber meistens relativ gering. Alle Doppelreflexionen (Rückstreuung 4) entsprechen in
ihrer Entfernung der Entfernung zur Baumposition Punkt o und werden dort abgebildet. Die Region C
repräsentiert die Baumkrone-Grund-Rückstreuung. Aufgrund des längeren Weges der Mehrfachreflexionen
(Rückstreuung 5) kann dieser Bereich über den tatsächlichem Ort der Baumkrone hinausreichen.
Dies kann dazu führen, dass Straßen, die in den Schattenbereich fallen, zusätzlich durch Mehrfachreflexionen
verdeckt werden können und deshalb geometrisch falsch extrahiert werden. Die genannten
Rückstreuanteile in den Regionen A und C überlagern die direkte Rückstreuung des Untergrunds
(Rückstreuung 2). Am stärksten ist die Region A von der Überlagerung betroffen. Die räumliche Ausdehnung
der Layover- und Schattenflächen ist vom Einfallswinkel des Radars und von der Höhe des
Baumes abhängig. Bei einem mittleren Einfallswinkel von 45 ◦ entspricht die Länge der Layover- bzw.
Schattenfläche in Entfernungsrichtung der Höhe des Baumes, z.B. sind bei einer Baumhöhe von 15m
die Layover- und Schattenflächen in etwa gleich groß.
5.2.2 Fahrzeuge
Generell haben Fahrzeuge einen hohen Rückstreuquerschnitt aufgrund von metallischen und Corner-
Reflexionen. Der Rückstreuquerschnitt kann jedoch je nach Aufnahmewinkel um bis zu 10dB variieren.
Im Zusammenhang mit der Straßenextraktion ist vor allem die Abbildung von Fahrzeugen, die sich
auf der Straße bewegen, interessant. Denn bei bewegten Fahrzeugen kommen noch eine Reihe weiterer
Abbildungseffekte hinzu, da normalerweise bei der Prozessierung der Rohdaten angenommen wird,
dass Objekte auf der Erdoberfläche keine Eigenbewegung aufweisen. Aus dieser Annahme berechnet
sich die relative Geschwindigkeit zwischen Sensor und ortsfestem Punktstreuer sowie die Frequenzmodulationsrate
(FM-Rate) der Matched-Filter, die zur Fokussierung des Bildes in Azimut verwendet
werden. Bewegen sich Objekte jedoch während des Aufnahmezeitraums relativ zur Erdoberfläche, wird
diese Annahme verletzt. Dies führt bei sich beliebig bewegenden Objekten zu zwei wesentlichen Abbildungseffekten:
einem Versatz in oder entgegen der Flugrichtung des Sensors und einer Verschmierung
der Objekte im fokussierten Bild.
Für die weitere Betrachtung wird die Bewegung eines Objektes in zwei Komponenten zerlegt: eine
Komponente, die parallel bzw. antiparallel zur Flugrichtung des Sensors verläuft und eine Komponente,
die senkrecht dazu, also in Entfernungsrichtung verläuft. Die auftretenden Effekte sind in Abbildung 5.9
dargestellt und werden im Folgenden erläutert.
In Abbildung 5.9 ist der Frequenzverlauf eines Punktstreuers in Abhängigkeit von der Zeit aufgetragen.
In Fall 1 stimmt der Frequenzverlauf des Punktstreuers mit dem des Matched-Filters überein. Im