Das Aufnahmesystem - die Gewinnung der Rohdaten
Welches System hilft meiner Aufgabenstellung am besten?

Gewinnung von Rohdaten - Weg der Daten

Die Satelliten-Fernerkundung hat verschiedene technische Komponenten zur Voraussetzung.
Zuerst bedarf es eines Trägersystems (Raketen), das die Satelliten in die geeignete Umlaufbahn bringt.
Dann bedarf es spezieller Aufnahmesysteme mit geeigneten Sensoren und eines Übertragungssystems vom Satelliten zur Erde. Auf der Erde müssen die Rohdaten aufgezeichnet und korrigiert werden, das geschieht im sog. Bodensegment. Die Satelliten müssen auch laufend betreut werden, damit notwendige kleinere Bahnkorrekturen vom Boden aus vorgenommen werden können. Die Daten müssen anschließend an die Nutzer verteilt werden. Dieser ganze Aufwand ist recht kostspielig, deshalb sind Satellitenbilder auch recht teuer.

Spektrum und Sensor-Systeme

Bei den Satellitensystemen gibt es 3 unterschiedliche Bahn-Konzepte:

1. Im
geosynchronen Umlauf bewegt sich der Satellit genauso schnell wie die Erde. Er steht deshalb scheinbar bewegungslos über einem Erdpunkt. Man nennt solche Satelliten geostationär. Beispiele sind die Wettersatelliten Meteosat und GOES über dem Äquator.
Sie müssen in etwa 36 000 km Höhe um die Erde kreisen.

2. In
fast polarer Umlaufbahn fliegt der Satellit fast über die Pole. Seine Bahn ist so gelegt, dass er sonnensynchron fliegt, d.h. er überfliegt ein Gebiet der Erde immer zur gleichen Sonnen-Orts-Zeit, so z.B. Landsat. Mitteleuropa wird etwa um 10.15 Uhr (kurze Schatten), der Äquator um 9.30 Uhr (noch keine Quellbewölkung!), den südlichsten Punkt etwa um 4 Uhr, den nördlichsten Punkt um 15 Uhr überflogen. Rückflug auf der Nachtseite der Erde. Nach 99 Minuten ist die Erde einmal umrundet. Da sich die Erde nach einer Umrundung um zusätzlich 160 km gedreht hat, ist die nächste Flugbahn stark versetzt zur letzten. Zur vollen Erdabdeckung werden 16 Tage mit 233 Umläufen gebraucht. Also erst nach 16 Tagen (= zeitliche Auflösung eines Aufnahmesystems) kann ein Gebiet neu überfolgen werden. Jede dieser Bahnen heißt "path", die Stückelung in Abschnitte, sog. Szenen mit 185km x 185km, zur besseren Bearbeitung heißt "row". Der größte path bei Landsat 7 ist also 233.
Wir liegen in München auf path 193 und row 27 bei Landsat, andere Systeme haben eine auch eine andere Zählweise.
Eine Szene von 185 x 185 km wird in 25 Sekunden aufgenommen, das sind etwa 265 Millionen Messwerte in 25 Sekunden.
Diese sonnensynchronen Satelliten fliegen in einer Höhe zwischen 700 und 900 km.

3. Der geneigte Umlauf, z.B. vom Skylab bei der SRTM-Mission oder Kosmos, überstreicht nur die dichter besiedelten Gebiete der Erde.
Hier werden geringere Flughöhen, etwa 270 km Höhe, benutzt.

Alle Bahndaten werden von den Kontrollstationen am Boden laufend überwacht. Über spezielle Triebwerke an Bord der Satelliten werden kleinere Bahnkorrekturen ferngesteuert durchgeführt. Nur so kann die Bildgeometrie konstant gehalten werden.


Es gibt grundsätzlich 3 unterschiedliche Aufnahmesysteme bei Satelliten:

1. Die Fotokamera, bei der das belichtete Filmmaterial in größeren Zeitabständen als Kapsel abgesprengt wird und zur Erde gelangt; so bei den russischen Kosmos-Satelliten. Hier wird vor allem panchromatisches Filmmaterial benutzt. Die starke Rückstrahlung ermöglicht sehr hohe Auflösung von 0,75 m. (Die D-SAT-CD enthält diese Daten, doch wurden die Daten zuerst künstlich verschlechtert auf ca. 1,5 m Auflösung.)

2. Das Spektrometer, bei dem für ausgewählte Wellenlängenbereiche die Intensität der eintreffenden Strahlung gemessen wird.
Es gibt hier drei Untergruppen:
- Das sehr hoch auflösende Spektrometer für den panchromatischen Wellenbereich (großer Wellenlängenbereich von Blau über Grün, Rot bis zum Foto-Infrarot, deshalb große Lichtintensität, deshalb große Auflösung),
- der Multispektralscanner für engere Wellenlängenbereiche, z.B. Blau, Grün, Rot, NIR, MIR mit mittlerer Auflösung,
- den Thermalscanner mit geringer Auflösung, da die Strahlungsintensität hier sehr gering ist.
Alle Spektrometer haben Einrichtungen zur ständigen Neukalibrierung. Fehlleistungen werden an die Bodenstationen übermittelt. Danach erfolgt dann eine Korrektur der empfangnen Bilddaten.

3. Die Radar-Empfangsantenne für die Micrometer-Wellen, wegen der geringen Rückstrahlung auch nur mit geringer Auflösung.

Satellitensystem

Bahnhöhe
(km)

Wiederholrate
(Zeit)

Streifenbreite
(km)

räumliche
Auflösung
(m x m)

Kanäle
(Mikrometer)

Meteosat

36 000
geostationär

30 Minuten

"full disk"

2 500 x 2 500
5 000 x 5 000
5 000 x 5 000

VIS 0,4-1,1
WV 5,7-7,1
IR 10,5-11,5

NOAA
mit AVHRR (QL Europa)
NDVI April (BRD)

850
fast polar

2 mal täglich

3 000

1 100 x 1 100
1 100 x 1 100
1 100 x 1 100
1 100 x 1 100
1 100 x 1 100

K1 0,58-0,68
K2 0,725-1,1
K3 3,55-3,93
K4 10,3-11,3
K5 11,4-12,4

Landsat 7
mit ETM+
früher TM (Quicklooks)

705
fast polar

16 Tage

185

15 x 15
60 x 60
30 x 30
30 x 30
30 x 30
30 x 30
30 x 30
30 x 30

Pan 0,5-0,9
K6 10,4-12,5
K1 0,45-0,52
K2 0,52-0,60
K3 0,63-0,69
K4 0,76-0,90
K5 1,55-1,75
K7 2,08-2,35

IRS-1C/1D
mit LISS III (Gardasee),
mit WIFS (S-Spanien),
mit PAN (Wessling)


fast polar

24 Tage
24 Tage
24 Tage
24 Tage
5 Tage
5 Tage
24 Tage

142 LISS
142 LISS
142 LISS
142 LISS
804 WIFS
804 WIFS
70 PAN

23 x 23
23 x 23
23 x 23
70,5 x 70,5
188,3 x 188,3
188,3 x 188,3
5,8 x 5,8

K1 0,52-0,59
K2 0,62-0,68
K3 0,77-0,86
K4 1,55-1,70
0,62-0,68
0,77-0,86
0,50-0,75

Kosmos
mit KVR 1000

270
geneigt

90 Tage

80

0,75 x 0,75

Pan 0,5-0,9

Ikonos


geneigt

2,9 Tage

11 Pan
11 Multispektral

 1 x 1

0,45-0,90
0,45-052
0,52-0,60
0,63-0,69
0,76-0,90

Einige Informationen zu den Satellitensystemen (Schülerarbeiten vom Gymnasium Gröbenzell, 11.Jgst.).

Aufnahmesysteme: eine kleine Auswahl:

Landsat
LANDSAT 5 (TM) oder jetzt
Landsat 7 (ETM)

Präsentation (PPT als HTML)

Eine Darstellung von Eurimage
(Landsat 5 und Landsat 7) und
ein Kurzinfo im Internet

Spot
SPOT

Präsentation (PPT als HTML)

IRS-1C/-1D

Präsentation (PPT als HTML)

Kurzinfo, EUROMAP-Info,
Infos aus Indien im Internet

MOS
METEOSAT

Präsentation (PPT als HTML) *
Präsentation (HTML)

Meteosat im Internet und bei uns, und aktuell *

NOAA

Eine Zusammenfassung

Information aus dem Internet

ERS-1/-2

Präsentation 1 (PPT als HTML) *
Präsentation 2 (PPT als HTML) *
Kurzinfo im Internet

RADARSAT

Kurzinfo und die Homepage im Internet

 

Ikonos

Kurzinfos und zur Bilder-Gallery im Internet

Spektralbereiche: Physik Teil II weiter zum "Sehen mit künstlichen Augen"
Das elektromagnetische Spektrum und die atmosphärischen Fenster bestimmen die Arbeitsbereiche der Sensorsysteme

Hilfen Didaktik Methoden Beispiele M