Radar ist ein Aktivsystem, d.h. es beleuchtet die Erde und misst dann das reflektierte Signal

Mit solchen Systemen werden Flugzeuge und Satelliten ausgerüstet, wie z.B. die ERS-Satelliten, die von der Europäischen Raumfahrtbehörde gebaut und gestartet werden. Das Radargerät an Bord nimmt detaillierte Bilder der Erdoberfläche auf.

Radar ist ein Aktivsystem, d.h. es beleuchtet die Erde und misst dann das reflektierte Signal. Man kann also vollkommen unabhängig vom Sonnenlicht tagsüber oder nachts Bilder machen. Das ist in hohen Breitengraden besonders wichtig, da die lange Polarnacht die Erfassung sämtlicher Daten durch traditionelle Satelliten sechs Monate pro Jahr ganz verhindert. Außerdem können Radarsignale leicht Wolken durchdringen, so dass Bilder unabhängig von temporären Wetterbedingungen aufgenommen werden können.

Radarbilder sehen ähnlich wie Photos aus, aber sie werden völlig anders ausgewertet! Wir wollen sehen, wie sehr sie sich unterscheiden:

Erstens: Radarsysteme sind aktive Systeme: die Szene, die „fotografiert“ werden soll, wird beleuchtet - nicht mit Licht, sondern mit elektromagnetischen Signalen einer bestimmten Mikrowellenlänge. Mikrowellenbilder geben Aufschluss über die geometrischen und dielektrischen Eigenschaften der untersuchten Flächen oder Volumina. Diese werden hauptsächlich bestimmt von der Oberflächenrauhigkeit (siehe unten), der Art des Materials (z.B. Eisen, Beton, Holz, organische Stoffe) und dem Feuchtigkeitsgehalt.

Satelliten können mit Radargeräten oder optischen Sensoren zur Aufnahme verschiedenartiger Bilder ausgerüstet sein. Optische Bilder unterscheiden sich von Radaraufnahmen dadurch, dass sie nachts nicht funktionieren und nicht durch Wolken sehen können.  
 

	Farbige Radarbilder können erzeugt werden, wenn man drei Einzelbilder verschiedenen Datums

Zweitens: Radarbilder sind schwarzweiß, da sie nur eine einzige elektromagnetische Wellenlänge von 5,3 cm verwenden.

Farbige Radarbilder können erzeugt werden, wenn man drei Einzelbilder verschiedenen Datums (z.B. in Zeitabständen von 35 Tagen) zu einem multitemporalen Mischbild zusammenfügt. Jedes Datum/Bild wird in einer der drei Farben dargestellt, aus denen alle Farbbilder bestehen, d.h. rot, grün und blau. Die verschiedenen Farbmengen jedes Datums verbinden sich zu anderen Farben, die von erfahrenen Bildverarbeitungsexperten ausgewertet werden können.
 
 

Radargeräte "sehen" anders als das menschliche Auge

Drittens: Radargeräte "sehen" anders als das menschliche Auge. Stellen Sie sich vor, Sie stehen am Strand und blicken auf das Wasser hinaus. Das Wasser kann glatt sein oder Wellengang haben (je nach Windgeschwindigkeit). Für Sensoren erhöht jedoch die bewegtere Wasseroberfläche die Reflektion der erfassten Mikrowellenenergie, und das Wasser erscheint daher heller (weißer) auf dem Bild.

Wenn das Radargerät Mikrowellenimpulse ausgestrahlt hat, wird die Stärke gemessen, mit der das Objekt das Signal reflektiert. Man bezeichnet das als Rückstreuung (backscatter). Je bewegter das Meer ist, desto stärker ist die Rückstreuung und um so heller ist das Bild. (Schauen Sie auf die grünen Pfeile der Abbildung oben. Ihre Größe gibt an, wie hell das Bild ist). Ohne Seegang würde das Meer auf dem Schwarzweißbild schwarz erscheinen, während windiges oder stürmisches Meer wegen der Höhe der Wellen hell wäre. Da Schiffe aus Metall gebaut sind und zahlreiche rechte Winkel aufweisen, die die Mikrowellenenergie besser reflektieren als Wasser, erscheinen sie ebenfalls als helle Punkte. Wie wir in den anderen Übungen sehen, spielen natürlich auch noch weitere Faktoren eine Rolle.
 
 
Die Interpretation von Landaufnahmen geschieht auf sehr ähnliche Weise. Städte sind Oberflächen mit besonders groβer Rauheit und erscheinen meist sehr hell. Einzelne Häuser bilden sich als Leuchtpunkte ab (starke Reflexion), vorausgesetzt sie stehen nicht allzu nahe nebeneinander (Das zweite obige Bild zeigt ein Farbmischbild der Stadt Bukarest, aufgenommen zu drei verschiedenen Zeiten vom Radarsensor an Bord des ERS-1 Satelliten).
 
 

Die vom Menschen abgeholzten Bereiche sind als farbige Rechtecke zu erkennen. Die Stadt Porto Velho (Brasilien) ist weiß dargestellt.

Wälder sehen ebenfalls hell aus mit ziemlich hohen, gleichmäßigen Graustufen. Dagegen ist Weideland eine glatte Fläche, die auf Radarbildern dunkel aussieht. (Die Abbildung zeigt einen Teil des Amazonas-Urwalds in der Nähe des Rio Branco in Brasilien. Die von Menschen verursachte Entwaldung ist ebenfalls als dunkle, rechteckige Fläche erkennbar).
 
 
Landebahnen und Autobahnen sind noch glatter und erscheinen fast schwarz. Die nebenstehende Abbildung zeigt das Radarsatellitenbild eines Anbaugebiets in den Niederlanden, auf dem ein Straßennetz deutlich als dunkle lineare Darstellung zu sehen ist. Vielleicht erkennen Sie auf dem Bild auch eine dünne, helle Linie. Können Sie erraten, um was es sich handelt? Natürlich um eine Eisenbahntrasse, die aus Eisen besteht, das Mikrowellenenergie stark reflektiert.
 
 
Anwendungsgebiete für Radarbilder
 
Was können Radarsatelliten in der praktischen Anwendung leisten?

Radarsatellitendaten helfen bei der Überwachung unserer Umwelt, rund um die Uhr und bei schlechten Wetterverhältnissen, wenn andere Satelliten nicht funktionieren.

Entlang der Küsten und auf hoher See kann man diese Satelliten zur Entdeckung von Ölteppichen einsetzen, lange bevor sie die Küste erreichen. In seichtem Wasser zeigen Radardaten die Topografie des Meeresbodens an. Das wird genutzt, um gefährliche, versteckte Sandbänke zu kartografieren und um Karten der Meerestiefen zu erstellen.
 
 
Mit diesen Satelliten kann auch der Wellengang des Meeres gemessen werden (zur Verwendung bei der Wettervorhersage) und um Schiffen sichere und wirtschaftlichere Seerouten aufzuzeigen.

Die Ingenieure auf Bohrinseln brauchen diese Art von Informationen ebenfalls, zunächst zur Planung der Bauarbeiten und später beim Betrieb, um die Sicherheit vieler Menschen zu gewährleisten, die auf diesen künstlichen Inseln mitten auf dem manchmal sehr stürmischen Meer arbeiten.

Von Satelliten gelieferte Radardaten werden auch von Eisbrechern sehr geschätzt, die sich einen Weg durch das arktische oder antarktische Packeis bahnen. Sie benutzen die Bilder, um auch nachts oder bei Nebel eine optimale Spur zu finden und um das Festlaufen des Schiffes in dickerem Eis zu vermeiden.
 
 
An Land werden Radarbilder zur Überwachung von Überschwemmungen eingesetzt und sind auch bei Rettungseinsätzen nützlich (natürlich ereignen sich Überschwemmungen gewöhnlich bei sehr nasser Witterung, wenn Wolken die Bodensicht für anderen Satelliten bzw. Luftaufnahmen durch Flugzeuge verhindern).

Mit Spezialtechnik (der sogenannten Radarinterferometrie), mit der kleine Erdbewegungen gemessen werden können, kann man Gebiete überwachen, in denen ein hohes Risiko in Bezug auf Erdrutsche, Erdbeben oder sogar Vulkanausbrüche besteht. Auf Grund solcher Messungen können Warnungen ausgelöst werden. Mit einer ähnlichen Technik kann man aus Satellitenbildern digitale Karten erstellen.
 
 

	Entwaldung

In den Tropen ist der Himmel oft bewölkt, dann kann man nur mit Radarsatelliten Aufnahmen der Erdoberfläche machen. In der Landwirtschaft, besonders bei der Vorhersage der Erträge der Reisernte, werden oft Radarsatellitenbilder benutzt. Man sieht die Felder deutlich auf dem Bild, kann ihre Größe messen und so den Ertrag der Reisernte einschätzen.

Radarüberwachung ist zum Schutz und auch zur nachhaltigen Nutzung des Waldes nötig. Satelliten können selbst kleine Rodungen erkennen Damit liefert die Technik die Möglichkeit, jegliche Holzfäller- oder Entwaldungsaktivitäten zu überwachen.

Radarsatelliten wie ERS und ENVISAT tragen nicht nur zum Verständnis unserer Umwelt auf globaler und lokaler Ebene bei, sondern auch zum Schutz der Umwelt.