2.2 Aufnahmesysteme

In der Geofernerkundung werden mit dem Fortschreiten der technischen Entwicklung immer speziellere satelliten-, flugzeug- oder UAV-gestützte Sensoren zur Erkundung der Erde bzw. benachbarter planetarer Oberflächen eingesetzt. In dem folgenden Kapitel werden deshalb nur einige wichtige terrestrische Aufnahmensysteme beispielhaft skizziert und stellvertretend erläutert.

Photographische analoge Aufnahmesysteme
Die analoge photographische Aufnahme von Luft- und (historischen ) Satellitenbildern wird neben der digitalen Variante nach wie vor zur Analyse von Umweltphänomenen herangezogen und beruht auf den bekannten Methoden der Photographie. Die lichtempfindliche Schicht eines Filmes dient dabei als analoges Speichermedium und ist somit ein passives Aufnahmeverfahren, welches die Strahlung im VIS und NIR (400-1000 nm) je nach Filmempfindlichkeit über eine chemische Reaktion optisch aufnimmt (Abb. 2.2.1). Die klassische Luftbildtechnik bietet den Vorteil relativ preisgünstig und individuell Flächen zu erfassen. Allerdings gibt es auch gewichtige Nachteile, wie die schwierige radiometrische Kallibrierung photographischer Systeme, die geringe spektrale Bandbreite (s.u.) und ggf. der analoge Primärzustand der Daten (Negativ/Positiv), welche zur digitalen Weiterverarbeitung erst gewandelt werden müssen.

Üblicherweise werden in Flugzeugen fest montierte Reihenmeßkammern (RMK) in dem Bildformat 23 cm x 23 cm und wechselnden Brennweiten für die systematische Aufnahme von Geländeabschnitten im Maßstab zwischen 1:10.000 bis 1:30.000 verwendet. Daneben gibt es noch spezielle Handkammern für die lokale Schrägaufnahme.

Eckdaten/Definition Bildflug

• Luftbildaufnahme mit kalibrierten Reihenmesskamera
• Einblendung von Rahmenmarken und Zusatzinformation
• Hohe Aufnahmefrequenzen - kurze Verschlusszeiten
• Filmansaugung durch Vakuum (Planlage des Films!)
• Kompensierung der Bewegungsunschärfe durch Forward-Motion-Kompensation (FMK)
• Bildformat 23 x 23 cm
• GPS zur genauen Navigation
• teilweise Bestimmung des Projektionszentrums durch kinematisches GPS und der Bilddrehung (Parameter der äusseren Orientierung) durch Inertialsysteme (INS = Kreiselsysteme), damit Verringerung der benötigten Passpunkte

Die spektrale Empfindlichkeit der photographischen Schichten reicht vom VIS bis in das NIR. Man unterscheidet in der Fernerkundung panchromatische, chromatische und infrarotempfindliche Schichten, auf denen der Reflexionsgrad in Farb- bzw. Graustufen abgelichtet wird (Abb. 2.2.2). Aufgesetzte Objektivfilter erlauben bei der Aufnahmen das gezielte Ausblenden von einzelnen Spektralbereichen. Unterhalb von 400 nm wird die Energie der Strahlung weitgehend durch das Objektivglas absorbiert.

Typische photographische Filme sind somit:
Panchromatisch/Schwarz-Weiss (PAN): beste geometrische Auflösung; Anwendung bei hohen Genauigkeitsansprüchen an geometrische Information. Auch im nahen Infrarot (NIR) einsetzbar!
Farbe/Colour (F/C): hinreichende geometr. Auflösung, bessere thematische Interpretierbarkeit.
Falschfarben-Colour-Infrarot (CIR): hinreichende geometr. Auflösung, gute thematische Interpretierbarkeit (z.B. Vegetation).

Panchromatische Filme (inkl. NIR) oben
Panchromatische Schichten sind bis etwa 700 nm empfindlich, also für den gesamten Bereich des VIS. Da sie alle Reflexionswerte in abgestuften Grautönen (Gradation) wiedergeben, sind sie am weitesten verbreitet und dienen allgemein als Aufnahmemedium für allgemeine Kartierungszwecke (z.B. Kataster) in Form von sog. SW- oder PAN Filmen.

Infrarotempfindliche Filmschichten gehen mit ihrer Empfindlichkeit über 700 nm hinaus (bis etwa 1000 nm). Dies hat zur Folge, daß die abgelichteten Grautöne von dem Reflexionssempfinden des Menschen abweichen, wenn die Objekte im NIR wesentlich anders reagieren, als im VIS (z.B. Vegetation). Deshalb blendet man häufig kurzwelligere Strahlung durch geeignete Filter aus um so nur den NIR-Informationsgehalt abzulichten. panchromatische NIR-Bilder eignen sich z.B. besonders zur Unterscheidung von Laub- und Nadelbäumen (z.B. Vitalität), zur Ermittlung des Verlaufes von Wasserflächen und Uferlinien. Weiterhin wirken sie wegen der kräftigeren Schatten oft kontrastreicher als panchromatische Aufnahmen des VIS.

Abb. 2.2.2: Spektrale Empfindlichkeit photographischer Schichten (aus Albertz, 1991)

Abb. 2.2.3: Panchromatische VIS (l) und NIR-Luftbilder (r) im Vergleich (aus Albertz, 1991)

Farbfilme (inkl. CIR) oben
Farbfilme müssen stets aus mindestens drei Farbschichten aufgebaut sein, da sich die Farben aus den den drei Grundfarben des additiven Farbsystems Rot - Grün - Blau (rgb) zusammensetzen (Abb. 2.2.4). Die belichteten Schichten spiegeln dann das Reflexionsmaß in den drei Wellenlängenbereichen des VIS wieder.

Bei Farbinfrarotfilmen wird eine der Schichten (meist Rot) durch eine IR-sensible Schicht ausgetauscht, so daß anstatt Rot nun der Reflexionsgrad im NIR aufgenommen und zur Endfarbmischung herangezogen wird. IR-Farbfilme finden fast ausschließlich in der Vegetationsuntersuchung (s.o.) eine Rolle (z.B. Waldschadenskartierungen), da sich über den IR-Reflexionsgrad eine Aussage über Typ und Vitalitätsgrad der Vegetation ableiten läßt (Abb. 2.2.5). Die resultierenden Bilder werden oft auch als Falschfarbenaufnahmen bezeichnet, da die CIR-Farbwiedergabe der Objekte für das menschliche Auge ungewohnt ist.

Abb. 2.2.4: Additiver Farbwürfel mit den Grundfarben (Primärfarben) Rot, Grün und Blau (rgb), (ERDAS, 1997)

Abb. 2.2.5: CIR- (l) und Farb-Echt-Luftbilder (r) im Vergleich (aus Albertz, 1991)

Digitale Photosysteme (CCD) und Abtastsysteme (Scanner) oben
Im Gegensatz zur optisch-analogen Photographie wird das Maß der Reflexion bei digitalen Systemen nicht auf einem Film festgehalten, sondern direkt als elektrischer Impuls zeilenweise mittels Charged Coupled Devices (CCD) auf einem Chip gespeichert. Als Speichermedium dient also ein externes Speichermodul, welches regelmäßig geleert werden muß.

Bei der photographischen CCD-Bildaufnahme mit Objektivsystem erfolgt vom Flugzeug aus die Belichtung nicht auf analogem Filmmaterial, sondern direkt auf einem CCD-Sensor, welcher in der Regel auch im NIR die Reflexion der Oberflächen aufzeichnet bzw. abbildet. Durch die digitale Technologie werden mit einer Auslösung meist synchron drei verschiedene digitale Produkttypen realisiert:

• Panchromatisch, höhere geometrische Auflösung als VIS oder NIR
• Echtfarbe (VIS)
• Colourinfrarot (CIR)

Die Belichtung erfolgt auf allen CCD's gleichzeitig (also vergleichbar mit einem Film). Allerdings hat die CCD-Technik den Vorteil alle notwendigen Datentypen für die Weiterverarbeitung der Luftbilder auf einem PC's direkt in einem Arbeitsgang bereitszustellen - d.h. das gesamte optisch nutzbare Spektrum wird also synchron ausgeschöpft. Zwar liegen die Anschaffungskosten für eine derartige Kamera recht hoch (z.B. einer Digital Mapping Camera von Zeiss Z/I= DMC, 10cm/pixel bei 1000m Fluhöhe; Array Pixel : 4084 x 7128 pan; 2048 x 3074 RGB, Abb. 2.2.5a/b), werden heutzutage zunehmend eingesetzt und haben die analogen Luftbildsensoren zu nahezu verdrängt. Neben der DMC von Zeiss sind sicherlich noch die Vecxel Imaging UltraCam und die LHS ADS40 sowie deren aktuelle Systemnachfolger zu nennen.

Abb. 2.2.5a/b: DMC Z/I und digitales CIR-Bild (Quelle: Hansa Luftbild GmbH, 2009 )

Neben den großformatigen digitalen Reihenmesskameras (RMK) spielen auch zunehmend digitale, hochauflösenden metrische Mittelformatkameras eine Rolle (Pixel Array: 5412 x 7216, vgl. PhaseOne). Eine Kombination mehrere derartiger Kameras Abb. 2.2.6a/b erlaubt den Übergang zu metrischen, digitalen Größtbildkameras, welche noch in der Entwicklung stehen (Abb. 2.2.6b).

Abb. 2.2.6a/b: Digitale, metrische Mittelformatkameras (z.B. Rolleimetric) und die experimentelle Grossbildkamera SI5 von Spectral Instruments (Quelle: Spectral Instruments, 2013)

Auch der Einsatz modifizierter digitaler Kleinformatkameras (small frame photography) auf ferngesteuerten, GPS-gelenkten autonomen Flugsystemen (Dronen) oder auch Unmanned Aerial Vehicles/Systems (UAV/S), z.B. in Form eines Multicopters (z.B. Quadrokopter) findet in den Geowissenschaften zunehmend Verbreitung. Die Vorteile liegen im hochflexiblen, ökonomischen Betrieb, der Exploration eines bisher nicht genutzten Flugraumes zwischen 20 und 300 m (also genau zwischen der klassischen terrestrischen und flugzeuggetragenen Fernerkundung oberhalb 300m) und der damit einhergehenden extrem hohen Bodenauflösung (im sub-cm-Bereich). Nachteile sind die bisher geringen Flugzeiten (durchnittlich ca. 20-60 Minuten bei Multikoptern oder Flächenflugzeugmodellen) und die je nach Drohnentyp variierende, geringe Traglast (i.d.R. weniger als 1kg). Auch sollten die häufigen low-cost Kamerasysteme kalibriert sein um eine möglichst verzerrungsfreie Darstellung bzw. Georeferenzierung zu gewährleisten. Insgesamt bieten diese Systeme jedoch ein hohes Nutzungpotential für die geowissenschaftliche Fernerkundung. Als aktuelle Produktivsysteme sind die 5-kanaligen UAV-Multispektralkameras von z.B. Micasense (2019) zu nennen

Abb. 2.2.6c: (Oben) Quadrokopter des Typs MD4-1000 (oben) mit CIR-Kleinformatkamera Lumix LX-1; (unten) CIR-Aufnahme Schlossgarten der WWU; ifgicopter, 2010)

Satellitenscanner oben

Auf den meisten klassischen satellitengetragenen Plattformen werden jedoch digitale Scanner eingesetzt. Man unterscheidet optoelektronische Scanner (z.B. beim SPOT-Satelliten) und optisch-mechanische Scanner (z.B. bei LANDSAT). Beide Scanner-Typen arbeiten passiv und finden sowohl in der Flugzeug-gestützten Geofernerkundung als auch in der Satelliten-getragenen Geofernerkundung Anwendung.

Die Funktionsweise eines optoelektronischen Scanners soll am Beispiel des französischen SPOT-Satelliten (Systeme Probatoire d'Oberservation de la Terre) erläutert werden. Hier erzielt man die Bildaufnahme mittels zeilenweise angeordneter Halbleiter-Bildsensoren; dies sind hochintegrierte Schaltungen auf Silicium-Chips, die für jeden Bildpunkt (Pixel) einen Photosensor enthalten. Hier sind besonders die CCD von Bedeutung, welche aus Ketten von Kondensatoren bestehen und durch Belichtung Ladungen freisetzen. Dieser Entladungsimpuls wird zeilenweise abgespeichert. Moderne CCD-Kameras verfügen über eine flächenhafte CCD-Anordnung, welche auch die geometrische Bodenauflösung bei gegebenen Orbit pro Pixel bestimmen (Zeilen x Spalten, vergleiche digitale Luftbildkameras oben!).

Zur CCD-Bildaufnahme vom Flugzeug oder Satelliten werden die CCD-Zeilen in der Bildebene eines Objektes angeordnet (Abb. 2.2.6) . Damit ist es möglich, alle Pixel einer senkrecht zur Flugrichtung orientierten Bildzeile gleichzeitig zu erfassen. Durch die Eigenbewegung des Sensorträgers wird bei entsprechender Aufnahmefrequenz ein Geländestreifen zeilenweise abgebildet (oder auch 'gefegt', deshalb engl.: pushbroom scanner). Das Bildende wird nach einer vordefinierten Zeilenmenge gesetzt.

Abb. 2.2.6: Optoelekronische Bildaufnahme (Pushbroom Scanner) mit einem CCD-Sensor (aus Albertz, 1991)

Vorteile der CCD-Technik sind die fehlenden mechanischen Bewegungen des Systems, die simultane Aufnahme der Reflexionswerte pro Zeile und die veränderbare geometrische Auflösung (über wechselnde Brennweiten der Optik!).

Beispielhaft: SPOT (SPOT-1 1986; SPOT-2 1990, -3 bis -4 ab 1994 sowie -5,-6 und -7 ab 2006) befinden sich je zwei identische Sensorsysteme, die offiziell die Bezeichnung Haute Resolution Visible (HRV) tragen und wahlweise im sogenannten XS-Modus (3 Spektralkanäle: blau-grün-rot/IR) oder P-Modus (panchromatisch) aufnehmen. Die geometrische Auflösung liegt im P-Modus bei 10m/Pixel, im XS-Modus bei 20m/Pixel. Zudem kann der Aufnahmewinkel geneigt werden, so daß auch Regionen neben der Bodenspur des Satelliten aufgenommen werden können. Durch Mehrfachbefliegung können so die gleichen Gebiete unter verschiedenen Blickwinkeln aufgenommen und Stereobildpaare erzeugt werden (wichtig für Geländemodelle, technische Details s.u., Abb. 2.2.7). Mit drei Spektralkanälen ist SPOT allerdings für eine multispektrale Analysen der Daten nur eingeschränkt tauglich.

Abb. 2.2.7a: Schematische Darstellung der Aufnahmemöglichkeiten des SPOT-Satelliten (aus Albertz, 1991)

Abb. 2.2.7b: Schematische Darstellung der Stereo-Aufnahmemöglichkeiten des SPOT-Satelliten (aus Albertz, 1991)

Optisch-mechanische Scanner, wie z.B. der LANDSAT TM-Scanner, tasten die Erdoberfläche über ein rotierendes spiegeloptisches System zeilenweise ab. Die ankommende Strahlung wird auf Detektoren focussiert und in digitale Signale umgewandelt. Dabei rotiert der Einfangspiegel um eine zur Flugbahn parallele Achse und somit wandert das Flächensegment (Pixel) quer zur Flugrichtung über das Gelände (Abb. 2.2.8). Da sich der Sensorträger zusätzlich in Flugrichtung bewegt, wird ein breiter Geländestreifen zeilenweise hintereinander aufgenommen. Die Aufnahme erfolgt in unterschiedlichen Bändern (multispektral), wobei die reflektierte Strahlung über ein Prisma in die einzelnen Wellenlängen zerlegt und auf einzelne Sensoren dedektiert wird. LANDSAT TM 5 (Thematic Mapper) verfügt über sechs Kanäle mit geometrischen Auflösungen von 30m/Pixel im reflektiven Bereich (Band 1, 2, 3, 4, 5, 7) und einen Kanal mit 120m/Pixel im emissiven/thermalen Bereich (Band 6). Der ältere Vorgänger, LANDSAT MSS (Multispectral Scanner) besitzt vier Kanäle und arbeitet seit 1972 nach dem gleichen Prinzip (Abb. 2.2.9) . Der neue Landsat (E)TM-7/8 hat gegenüber TM-5 eine verbesserte geometrische Auflösung von 20m/Pixel und einen zusätzlichen panchromatischen, hochauflösenden Kanal (15m/Pixel) -- die Spektralbereiche sind jedoch weitgehend gleichartig geblieben.

Ein großer Vorteil der multispektralen Scanner ist ihre spektrale Bandbreite - Nachteile sind die oft geringe geometrische Auflösung (Satelliten) und die aus der Spiegelbewegung zusätzlich resultierende Bildverzerrungen.

Beachte: Niedrig fliegende Flugzeugscanner (z.B. DEADALUS) erreichen weit höhere spektrale und geometrische Auflösungen; allerdings ist ihr Einsatz technisch recht aufwendig und finanziell kostspielig (bis zu 256 eng definierte Kanäle mit ca. 2m geometr. Auflösung). Sie sind also häufig als hyperspektrale Sensoren ausgelegt.

Abb. 2.2.8: Schematische Darstellung der Zeilenabtastung mittels optisch-mechanischen Scanners (aus Albertz, 1991)

Abb. 2.2.9: Schematische Darstellung des Aufnahmeprinzips eines optisch-mechanischen Scanners am Beispiel des MSS (aus Albertz, 1991)

Hyperspektrale Spektrometer oben
Abbildende Spektrometer, welche multispektrale Daten in sehr engen Spektralbändern des sichtbaren Lichts, des nahen und mittleren Infrarot in einem quasikontinuierlichen Spektrum mit mehr als 15 Kanälen aufzeichnen werden hyperspektral genannt. Die hohe spektrale Auflösung der objektspezifischen spektralen Signaturen in mehr als häufig 200 aneinandergrenzenden Kanälen gestattet die Dokumentation eines quasi kontinuierlichen Spektrums für jedes Bildelement. Damit werden Objekte der Erdoberfläche besser differenziert und dementsprechend klassifiziert, die charakteristische Absorptions- und Reflexionseigenschaften in sehr schmalen Spektralbändern aufweisen und von den konventionellen operationellen Sensorsystemen der Erdbeobachtung nicht aufgelöst werden können.

Bis vor Kurzem waren hyperspektrale Scanner nur auf Flugzeugplattformen im Einsatz (z.B. HyMap). Als erste Sensorsysteme auf Satellitenplattformen gelten MODIS im Rahmen der Terra-Mission auf EOS/AM-1 und Hyperion im Rahmen der EO1-Mission der NASA. Neueste satellitengestützte Systeme sind z.B. die aktuelle ENMAP-Mission mit 218 Kanälen.

Abb. 2.2.9a: Schematische Darstellung des Aufnahmeprinzips eines hyperspektralen Scanners (hier: HyMap)

HyMap ist ein hyperspektraler Flugzeugscanner, der in Australien entwickelt wurde. HyMap Daten weisen 126 Spektralkanäle auf (0.45–2.5 μm). Die geometrische Auflösung beträgt ca. 5 Meter.

Abb. 2.2.9b: Darstellung von Hyperspektraldaten als image bzw. spectral cube (hier: HyMap)

Radarsysteme oben
Wie bereits in Kapitel 2.1 erläutert, handelt es sich bei den Radar-Verfahren in der Geofernerkundung um aktive Sensorsysteme im Mikrowellenbereich. Die Aufnahmetechnik unterscheidet sich grundlegend von den oben beschriebenen elektro-optischen Systemen. Dies gilt sowohl für den verwendete Wellenlängenbereich und die Aufnahmetechnik als auch für die physikalischen Parameter. Als aktives Verfahren erzeugt der Sensor die zur reflektierende Strahlung selbst; dabei handelt es sich stets um Mikrowellenstrahlung einer bestimmeten Frequenz und Polarisation im Bereich zwischen 1 und 100 cm. Die digitale Datenaufnahme erfolgt somit unabhängig von der natürlichen Strahlungsdichte und Wetterlage. Diese Eigenschaften verleihen der Radar-Technik eine Sonderstellung (!) in der Geofernerkundung.

In Abbildung 2.2.10 ist die Funktionsweise eines einfachen Seitensicht-Radarsystems skizziert. Im Sensorträger wird eine kombinierte Sender/Empfänger-Installation mitgeführt, dessen Antenne schräg nach unten gerichtet ist. Von der physikalischen Antennenlänge sind auch die möglichen Wellenlängen der Strahlung abhängig: je kürzer die Antenne (Apertur), desto stärker muß die Erzeugungsenergie der Strahlung sein bzw. desto geringer ist der Abstrahlwinkel bzw. die räumliche Auflösung. Deshalb werden über geschickte physikalische Konstruktionen und Betriebsprogrammierungen synthetische Antennenlängen mit höherer radiometrischer Auflösung für hohe Flugbahnen erzeugt. Derartige Radarsysteme mit synthetischer Apertur (SAR) finden besonders in der Satellitentechnik Anwendung.

Die SAR-Sensoren sind so konstruiert, daß sich die ausgestrahlten Mikrowellen in einem sehr schmalen Raumwinkel senkrecht zur Flugrichtung ausbreiten. Zu einem bestimmten Zeitpunkt erreicht die Wellenfront ein bestimmtes Flächensegment - die auftreffende Mikrowellenstrahlung wird teilweise reflektiert und kehrt zur Antenne zurück wo sie als Signal aufgezeichnet wird. Da sich der Sensorträger in Flugrichtung über das Gelände bewegt, können so seitlich Bildstreifen erfaßt und zu Geländeflächen bildhaft zusammengefügt werden. Derartige seitenbestrahlende Radarsysteme werden auch als Seitensicht-Radar oder SLAR (Side-Looking-Airborne-Radar) bezeichnet.

Abb. 2.2.10: Schematische Darstellung der Radaraufnahme eines SLAR (aus Albertz, 1991)

Die Art und Weise, wie die Erdoberfläche in Radarbildern wiedergegeben wird, hängt von komplexen Zusammenwirken vieler Einzelfaktoren ab:

- Parameter des Aufnahmesystems, wie Wellenlänge und Polarisation der Strahlung, (synthetische) Antennenlänge des Senders, dem Depressionswinkel
- Parameter der Geländeoberfläche, wie Oberflächenrauhigkeit, -textur und -form, -feuchte sowie dielektrische Eigenschaften der Materialien

Die Wellenlänge und Frequenz (Polarisation!) der Mikrowellenstahlung hängt unmittelbar von der technischen Konstruktion des Systems ab. Weit verbreitet in der Geofernerkundung sind folgende Bänder:

Je nach Wellenlänge unterscheiden sich die Wechselwirkungen mit der Erdoberfläche, so daß eine Differenzierung in obige SAR-Bänder sinnvoll ist. Neben der Bandbreite der Radarstrahlung spielt auch die Polarisation eine wichtige Rolle. Die Strahlung kann beim Senden/Empfangen horizontal (H) oder vertikal (V) polarisiert sein. Bei Sendung und Empfang kann zwischen beiden Phasen hin und her geschaltet werden, so daß insgesamt vier unterschiedliche Modi nach der Wechselwirkung resultieren: VV, VH, HH und HV. Daraus resultiert ein multispolarisiertes Auswertepotential (ähnlich den klassischen multispektralen Ansätzen von Scannern).

Als weiterer Faktor ist der Depressions- oder auch Bestrahlungsswinkel wichtig. Er ist der Winkel zwischen der Horizontebene des Sensorträgers und dem beobachteten Punkt im Gelände; dieser Winkel wirkt sich auf die Bestrahlungsstärke und auf die Geometrie des Bildes aus.

Wesentlicher Faktor bei der Beurteilung von Radarbildern ist die Oberflächenrauhigkeit. Generell gilt: Je größer die Rauhigkeit des Geländes in Bezug zur verwendeten Wellenlänge, desto intensiver das Radarecho! Ist die Rauhigkeit im Vergleich zur Wellenlänge gering (z.B. glatte Wasserflächen) wird die Strahlung derart reflektiert, das kein Signal am Empfänger ankommt (es resultieren schwarze Pixel). Liegt die Rauhigkeit im Bereich der Wellenlänge, wirkt die Oberfläche als diffuser Reflektor mit gemischtem Radarecho und z.T. direkter Reflexion (graue bis hellgraue Flächen mit hohem Interferenzanteilen: sog. Speckle).

Weiterhin spielt die Exposition der Oberflächenform eine große Rolle im Hinblick auf das resultierende Radarecho (Abb. 2.2.11). Sind Flächen der schräg einfallenden Mikrowellenstrahlung zugewandt werden diese auch stärker bestrahlt (starkes Signal). Im umgekehrten Fall weisen strahlungsabgewandte Flächen ein nur geringes Radarecho auf (im Extremfall tiefe Schlag- bzw. Radarschatten).

Abb. 2.2.11: Wirkung von Oberflächenrauhigkeit und -form auf das Radarsignal: ruhiges Flussdelta mit Mangrovenwald (links), dicht bewaldete Gebirgsregion (rechts), (aus Albertz, 1991)

Von großem Einfluß auf das Reflexionsvermögen der Materialien sind zudem ihre elektrischen Eigenschaften. Besonders starke Reflexion tritt an metallischen Strukturen auf. Auch die Feuchtigkeit des Materials wirkt sich auf die dielektrische Konstante der Oberflächen aus. Feuchte Böden reflektieren deshalb Radarstrahlung sehr stark. Die Energie dringt so nur sehr gering in den Boden ein. Trockene Böden erlauben eine größere Eindringtiefe und gestatten so in geringem Umfang Aussagen über den tieferen Untergrund.

Zusammenfassend kann man sagen, daß die Wechselwirkung von Radarstrahlung und Materie sehr komplex und bis heute Gegenstand der Forschung ist. Entsprechend schwierig ist auch die quantitative Analyse von Radarbildern, da sie auf überwiegend schwer rekonstruierbaren Zusammenhängen basieren. Oft werden bei ihrer Interpretation nur die geometrischen und morphologisch-strukturellen Aspekte näher betrachtet. Mit dem Aufkommen neuer satellitengetragener Radarsysteme setzt man sich in der Geofernerkung zunehmend mit Radardaten und ihrer Analyse auseinander.

Wichtige Geofernerkundungssysteme oben
Neben den oben prinzipiell beschriebenen Fernerkundungssystemen gib es eine Vielzahl von sehr speziellen Sensoren, deren Funktionalität zwar sehr ähnlich, aber in ihrer radiometrischen und geometrischen Auflösung sowie der genutzten Trägerplattform (Flugzeug, Satellit) unterschiedlich konzipiert sind. An dieser Stelle sollen die momentan wichtigsten satellitengetragenen Geofernerkundungsysteme kurz in Form eines 'Steckbriefes' vorgestellt werden. Die derzeitige Tendenz geht eindeutig in Richtung kleinerer Systeme mit hochauflösenden Sensoren, welche möglichst flexibel einsetzbar sind (vgl. Tab. 2.2.1 und 2.2.2).

Tab. 2.2.1: Wichtige hochauflösenden Systeme seit 1997 (modifiziert nach Jacobsen, 2008)

Tab. 2.2.2: Neuere Systeme seit 2008 (modifiziert nach Jacobsen, 2008)

ERS oben
European Remote Sensing Satellite (-1 und -2, -1 seit 2000 nicht mehr aktiv!), erster europäischer Radar-Fernerkundungssatellit

Sensoren:
- Aktives Mikrowellen Instument (AMI)
- Synthetische Apertur Radar (SAR) mit 30m/Pixel
- Wave Scatterometer mit 50m/Pixel
- Wind Scatterometer
- Radar Altimeter (RA)
- Along Track Scanning Radiometer und Mikrowellen Sounder (ATSR+M)
- Precise Range and Range Rate Equipment (PRARE)
- Laser Retro Reflector (LRR)

Orbit:
- Sonnensynchroner Orbit
- Flughöhe 777 km
- Inklination 98,5°
- Umlaufperiode 100 Minuten
- Wiederholzyklus 3 Tage
- Bildgröße ca. 100 km x 100 km
- Auflösung: ca. 10m/p

Anwendungen:
- Ozeanographie
- Glaziologie
- Geographie
- Geologie
- Landschaftsökologie
- Hydrologie

Abb. 2.2.12: ERS-1 Aufnahme der Westküste Grönlands (aus ESA, 1992)

		GEOEYE-1 oben
		On September 6, 2008 GeoEye launched the first of their second-generation high-resolution satellites, GeoEye-1. This satellite collects 41-centimeter (cm) panchromatic and 1.65-meter (m) 4-band multispectral (i.e. blue, green, red and NIR) imagery. GeoEye-1 circles 681 kilometers (km) above our planet, reducing the satellite’s revisit time to less than 3 days.
GeoEye-1 Specifications Launch Details Launch Date: September 6, 2008, 3:50:57 PM PDT Vehicle: Delta II Site: Vandenberg Air Force Base, California, USA Expected Mission Life: 2015 – 2023 (7+ year design life; 15 years of fuel) Components Total Instrument Mass: 452 kg Satellite Dimensions: 4.35 m x 2.7 m (solar array stowed); 1955 kg Solar Array: 3862 W, 7 panels, 160 Ah battery Control Systems: 3-axis stabilized Actuators: eight high-performance reaction wheels Attitude measurement: two star trackers, sun sensor, scalable inertial reference unit, GPS Onboard Storage Capacity: 1 Terabit Ground Communication Systems: Imagery downlink – 740 megabytes per second, X-band Tasking & commands uplink – S-band Focal Plane: Panchromatic detector array – 37,544 pixels, 8 µm per pixel Multispectral detector array – 9,386 pixels, 32 µm per pixel Optical Sensor Assembly: 13.3-m focal length, 1.1-m aperture Orbit Characteristics Altitude: 681 km Period: 98 minutes Orbit Velocity: ~7.5 km per second Inclination: 98° Direction: sun-synchronous circular, north to south (across the lit side of Earth) Equatorial Crossing Time: 10:30 AM local time (approximate; across lit side of Earth) Observation Time: 14 minutes (time on lit side of Earth) Revisit Frequency: (at 40° lat) 2.1 days (35° off-nadir) 2.8 days (28° off-nadir) 8.3 days (10° off-nadir) Imaging System Spectral Bands: Panchromatic 4-band multispectral (blue, green, red and NIR) Sensor Resolution: At nadir – 41-cm panchromatic & 1.65-m multispectral 28° off-nadir – 50-cm panchromatic & 2.0-m multispectral 35° off-nadir – 58-cm panchromatic & 2.32-m multispectral Spectral Band Wavelength Range: (in nm) Panchromatic – 450 to 800 Blue – 450 to 510 Green – 510 to 580 Red – 655 to 690 NIR – 780 to 920 Dynamic Range: 11-bits

		Worldview-3 oben
		WorldView-3 is the younger, more sophisticated ‘satellite sister’ of DigitalGlobe’s WorldView-2. Launched into orbit from Vandenberg Air Force Base, California on August 13, 2014, WorldView-3 is now the world’s most technologically advanced high-resolution satellite. WorldView-3 collects 31-centimeter (cm) panchromatic, 1.24-meter (m) multispectral, 3.7-m shortwave infrared (SWIR) and 30-m CAVIS imagery. At a maximum 31-cm resolution, this imagery will rival the clarity of 20 to 30-cm aerial data given its superior optical and production systems. Not only is WorldView-3 the highest resolution satellite ever launched, it features 29 spectral bands of remotely sensed data which is nearly 6 times more than any sensor – other than WorldView-2’s 9 bands that is. Boldly going where no satellite has gone before, WorldView-3 offers a high resolution panchromatic band and 8 multispectral bands which are ideal for visual analysis, bathymetric studies and plant health assessments; 8 short-wave infrared bands which are ideal for mineral and hydrocarbon exploration; and 12 CAVIS bands which are ideal for improved atmospheric corrections.
Launch Details Launch Date: August 13, 2014, 18:30:30 UTC Vehicle: Atlas-V 401 Site: Vandenberg Air Force Base, California Expected Mission Life: 7.25 years with estimated 10 to 12 year life Orbit Characteristics Altitude: 617 km Period: 97 minutes Inclination: 98° Direction: sun-synchronous circular, north to south (across the lit side of Earth) Equatorial Crossing Time: 10:30 AM local time (approximate; across lit side of Earth) Revisit Frequency: (at 40° lat) < 1 days (1-m GSD) 4.5 days (< 20° off-nadir) Imaging System Spectral Bands: Panchromatic 8-band multispectral (coastal, blue, green, yellow, red, red edge, NIR-1 and NIR-2) 8-band shortwave infrared (SWIR) 12-band CAVIS (corrects for Clouds, Aerosols, Vapors, Ice and Snow) Sensor Resolution: At nadir – 31-cm panchromatic, 1.24-m multispectral, 3.7-m SWIR and 30.0-m CAVIS 20° off-nadir – 34-cm panchromatic, 1.38-m multispectral, 4.1-m SWIR and ~33-m CAVIS Panchromatic and Multispectral Bands Wavelength Range: (in nm) Panchromatic – 450 to 800 Coastal – 400 to 450 Blue – 450 to 510 Green – 510 to 580 Yellow – 585 to 625 Red – 630 to 690 Red edge – 705 to 745 NIR-1 – 770 to 895 NIR-2 – 860 to 1040 SWIR Bands Wavelength Range: (in nm) SWIR-1 – 1195 to 1225 SWIR-2 – 1550 to 1590 SWIR-3 – 1640 to 1680 SWIR-4 – 1710 to 1750 SWIR-5 – 2145 to 2185 SWIR-6 – 2185 to 2225 SWIR-7 – 2235 to 2285 SWIR-8 – 2295 to 2365 CAVIS Bands Wavelength Range: (in nm) Desert clouds – 405 to 420 Aerosol-1 – 459 to 509 Green – 525 to 585 Aerosol-2 – 635 to 685 Water-1 – 845 to 885 Water-2 – 897 to 927 Water-3 – 930 to 965 NDVI-SWIR – 1220 to 1252 Cirrus – 1365 to 1405 Snow – 1620 to 1680 Aerosol-3 – 2105 to 2245 Aerosol-3 – 2105 to 2245 (Aerosol-3 bands have same wavelength but opposing parallax to estimate cloud heights) Dynamic Range: 11-bits, panchromatic and multispectral); 14-bits, SWIR and CAVIS

IRS (LISS) oben
Indian Remote Sensing Satellite, erster indischer, multispektraler Fernerkundungssatellit (siehe auch unten: IRS-P6)!

Sensoren:
- Pushbroom Scanner mit 2048 Elementen
- 4 Kanäle

Orbit:
- Sonnensynchroner Orbit
- Flughöhe 904 km
- Inklination 99,5°
- Umlaufperiode 102 Minuten
- Wiederholzyklus 22 Tage
- Bildgröße ca. 150 km x 150 km

Anwendungen:
- Geographie
- Geologie
- Landschaftsökologie
- Hydrologie

Abb. 2.2.13: LISS-2 Aufnahme des zentralen Teils des Grand Canyons/Arizona (124=rgb)

LANDSAT RBV, MSS (-1, -2, -3) und TM (-4, -5, -7 und -8) oben
US-amerikanischer Miltispektralsatellit, ERTS/LANDSAT-Satelliten ähnlicher Bauart von 1972 bis heute.

Sensoren:
- Multispektral Scanner (MSS) und Thematic Mapper (TM) bzw. Enhanced Thematic Mapper (ETM) und OLI sowie TIRS (Landsat ETM -8)
- 5 (MSS) bzw. 7 Kanäle (TM) und PAN (nur TM -7 bzw. -8) sowie zusätzlicher TIR und UV-Sensorik (-8)
- Return Beam Videocon, dreikanalig (RBV, nur MSS)

Orbit:
- Sonnensynchroner, polnaher Orbit
- Flughöhe 920 km (1-3, MSS) bzw. 705 km (4-5, 7, 8 TM)
- Umlaufperiode ca. 100 Minuten
- Wiederholzyklus 18 bzw. 16 Tage
- Bildgröße ca. 185 km x 180 km

Anwendungen:
- Glaziologie
- Geographie
- Geologie
- Hydrologie
- Landschaftsökologie
- Land- und Forstwirtschaft

Abb. 2.2.14: LANDSAT TM 5 Aufnahme des zentralen Teils des Grand Canyons/Arizona (421=rgb)

Abb. 2.2.14b: Panchromatische LANDSAT TM 7 Aufnahme von Siuox Fall (USA) mit 15 m geometrischer Auflösung (EURIMAGE)

Insbesondere werden folgende Schwerpunkte bei der Auswertung von E/TM Bändern gesetzt:

- Band 1: Boden- und Vegetationsdifferenzierung
- Band 2: s.o.
- Band 3: Chlorophyllabsorptionen, Vegetationsdifferenzierung
- Band 4: Biomassenkartierung
- Band 5: Gesteine, Böden, Wasser, Vegetationsfeuchte
- Band 6, 10, 11: thermale Kartierung
- Band 7: hydrothermale Kartierungen von Gesteinen (Exploration)

- Band 1 und 9 (TM-8): Küstengewässer und Cirrus Detection (Wolken)

Den aktuellen Landsat 8 Flyer gibt es hier....

IKONOS oben
Hochauflösender PAN/Multispektralsatellit im Betrieb durch GeoEye. (USA)

Daten:

Abb. 2.2.14e: IKONOS panchro- matische Aufnahme von Fort Worth/ Texas nach dem verheerenden Tornado im Jahre 2000 (GeoEye)

Abb. 2.2.14f: IKONOS panchromatische Aufnahme von Fort Worth/Texas in Originalauflösung (GeoEye)

METEOSAT oben
Europäischer Wettersatellit im Verbund mit GOES EAST, GOES WEST, GMS Wettersatelliten

Sensoren:
- Visible/IR-Scan Radiometer (VISSR)

Orbit:
- Geostationäres Orbit
- Flughöhe 35800 km
- Abtastbreite 55°N-55°S, 55°W-55°E
- Wiederholungsrate 30 Minuten
- Wiederholzyklus 22 Tage

Anwendungen:
- Wetterbeobachtung

Abb. 2.2.15: METEOSAT Europa aktuell (klicken!)

NOAA oben
US-amerikanischer Klimasatellit, im Verbund mit den TIROS Wettersatelliten

Sensoren:
- Advanced Very High Resolution Radiometer/Scanner (AVHRR)

Orbit:
- Sonnensynchrones, polares Orbit
- Flughöhe 833 km
- Abtastbreite 3000 km
- Umlaufdauer 102 Minuten

Anwendungen:
- Wetter- und Klimabeobachtung

Abb. 2.2.16: NOAA Aufnahme NE-Island

MOMS oben
Europäischer Modularer Optoelektronischer Multispektralscanner

Sensoren:
- Doppeloptik RETICON CCPD 1728 mit 4 CCD-Arrays

Orbit:
- Shuttle Missionen
- Flughöhe ca. 300 km
- Abtastbreite 140 km

Anwendungen:
- Wetterbeobachtung
- allg. Geowissenschaften

Abb. 2.2.17: MOMS Aufnahme Südkorea (EOSAT)

SEASAT oben
US-amerikanischer SAR Satellit

Sensoren:
- Synthetic Aperture Radar (SAR)

Orbit:
- Sonnensynchroner, polarer Orbit
- Flughöhe ca. 800 km
- Abtastbreite 100 km
- Inklination 108°

Anwendungen:
- Wetterbeobachtung
- Eisprognosen
- Klima
- Geologie
- Land- und Forstwirtschaft
- Kartographie

Abb. 2.2.18: SEASAT Aufnahme von Los Angeles

COSMOS (KVR/A 1000) oben
Russischer Spionagesatellit mit hochauflösender optischer Kamera (bis 2000)

Sensoren:
- Panchromatische, optische Hochleistungskamera KVR 1000, wichtig bzgl. historischen Monitoring

Orbit:
- Sonnensynchroner, polnaher Orbit
- Brennweite 1000 mm
- Auflösung 2 m
- Wiederholzyklus 98 min
- Bildgröße ca. 6 km x 6 km

Anwendungen:
- ehem. militärische Zwecke
- Geographie
- Geologie
- Landschaftsökologie

Land- und Forstwirtschaft

Abb. 2.2.19a: Panchromatische KVR 1000 Aufnahme des COSMOS-Satelliten vom Ostseebad Binz

SPOT -1 bis -4 (-5,-7) oben
Französischer Erderkundungssatellit, seit 1986 bis heute.

Alle SPOT-Satelliten hatten bzw. haben Sensoren an Bord, die jeweils in unterschiedlichen Modi betrieben werden können.

Die Sensoren sind:

• SPOT 1: (+) HRV mit XS- (multispektral) und P-Modus (panchromatisch)
• SPOT 2: (+) HRV mit XS- (multispektral) und P-Modus (panchromatisch)
• SPOT 3: (+) HRV mit XS- (multispektral) und P-Modus (panchromatisch)
• SPOT 4: (+) HRVIR mit XI- (multispektral) und M-Modus (panchromatisch)
• SPOT 5: (+) HRG mit HI- (multispektral), HX- (multispektral), HM- (panchromatisch) und THR-Modus (panchromatisch)
• SPOT 6 & 7 : (multispektral) und (panchromatisch)

(+) Satellit nicht mehr in Betrieb

Sensor	Frequenzband	Ortsauflösung in m	Wellenlänge in μm
SPOT 1 SPOT 2 SPOT 3	Panchromatisch B1: grün B2: rot B3: nahes Infrarot	10 × 10 20 × 20 20 × 20 20 × 20	0,50 – 0,73 0,50 – 0,59 0,61 – 0,68 0,78 – 0,89
SPOT 4	Panchromatisch B1: grün B2: rot B3: nahes Infrarot B4: mittleres Infrarot	10 × 10 20 × 20 20 × 20 20 × 20 20 × 20	0,61 – 0,68 0,50 – 0,59 0,61 – 0,68 0,78 – 0,89 1,58 – 1,75
SPOT 5	Panchromatisch B1: grün B2: rot B3: nahes Infrarot B4: mittleres Infrarot	2,5 × 2,5 oder 5 × 5 10 × 10 10 × 10 10 × 10 20 × 20	0,48 – 0,71 0,50 – 0,59 0,61 – 0,68 0,78 – 0,89 1,58 – 1,75
SPOT 6 SPOT 7	Panchromatisch B1: blau B2: grün B3: rot B4: nahes Infrarot	1,5 × 1,5 6 × 6 6 × 6 6 × 6 6 × 6	0,45 – 0,74 0,45 – 0,52 0,53 – 0,59 0,62 – 0,69 0,76 – 0,89

Quelle: CCSR

Orbit:
- Sonnensynchroner, polnaher Orbit
- Flughöhe 832 km
- Umlaufperiode ca. 101 Minuten
- Wiederholzyklus 1 bis 4 Tage
- Bildgröße ca. 60 km x 60 (85) km

Anwendungen:
- Glaziologie
- Geographie
- Geologie
- Landschaftsökologie

Land- und Forstwirtschaft

Abb. 2.2.19: SPOT-P Aufnahme von San Diego/ Kalifornien

Abb. 2.2.19b: SPOT-XS (4) Aufnahme aus der Antarktis (SPOT)

JERS-1 oben
Japanischer miltispektral Satellit mit SAR (1992)

Sensoren:
- Optischer Photo-Scanner (OPS) und Synthetisches Apertur Radar (SAR)
- 7 (OPS) bzw. 1 Kanal (SAR)

Stereomöglichkeit in Kanal 4 (NIR), bei 15,3 °

(* momentan nicht funktionsfähig)

Orbit:
- Sonnensynchroner, polnaher Orbit
- Flughöhe 570 km
- Umlaufperiode ca. 100 Minuten
- Wiederholzyklus 44 Tage
- Bildgröße ca. 75 km x 75 km
- SAR Depressionswinkel 35°

Anwendungen:
- Glaziologie
- Geographie
- Geologie
- Landschaftsökologie
- Land- und Forstwirtschaft

Abb. 2.2.20: JERS-OPS IR-Aufnahme Tokio (NASDA)

Abb. 2.2.21: JERS-SAR Aufnahme Nakashi-Wan (NASDA)

QUICKBIRD oben
Amerikanischer Erderkundungssatellit von 2001 bis heute.

Charakteristika:

Quickbird Produkte:

Panchromatic Products
QuickBird panchromatic (black and white) products are based on 61-centimeter resolution (at nadir) and 11-bit collected information depth. The panchromatic sensor collects information at the visible and near-infrared wavelengths and has a bandwidth of 450-900 nm. The output resolution of the Panchromatic product varies with product level. Basic Imagery is delivered at the Ground Sample Distance in which the data were collected (ranging from 61 cm at nadir to 72 cm at 25° off-nadir), while Standard and Ortho Imagery products are resampled to a 60 or 70 cm resolution.

Abb. 2.2.22: QUICKBIRD panchro- matische Aufnahme (Eurimage, 2003)

Multi-spectral Products
QuickBird multi-spectral products provide four discrete non-overlapping spectral bands and 11-bit collected information depth. The multi-spectral products cover the visible and near-infrared wavelengths in four bands. All four bands are delivered in one file. The output resolution of the Panchromatic product varies with product level. Basic Imagery products are delivered at the resolution in which the data were collected (ranging from 2.44 m to 2.88 m), while Standard and Ortho Imagery products are resampled to a 2.4 or 2.8 m pixel spacing.

Abb. 2.2.23: QUICKBIRD multispektrale Aufnahme (Eurimage, 2003)

Panchromatic and Multi-spectral Bundle
The QuickBird satellite collects both multi-spectral and panchromatic imagery concurrently, therefore customers have the option to order both panchromatic and multi-spectral products for the same area. When a customer selects this option, the products will be processed to the same product level, the same product parameters, and delivered as two distinct products (one containing panchromatic imagery and one containing all four multi-spectral bands) with two sets of associated Image Support Data (ISD) files. Pan-Sharpened Colour Products 60 or 70-centimeter Pan-sharpened products, combine the visual information of the 2.4/2.8-meter multi-spectral bands with the spatial information of the panchromatic band. The options are: 4 Bands (B, G, R, NIR) Natural Colour composite ( blue, green, red) Colour Infrared composite (green, red, infrared) Pan-sharpened Colour products are delivered as a single file. They are available only as Standard or Ortho (not Basic) Imagery products. Pan sharpened products are available only from imagery acquired after 9 April, 2002.

Abb. 2.2.24: QUICKBIRD pansharpened, multispektrale Aufnahme (Eurimage, 2003)

ASTER oben
(Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) ist ein Sensor, der auf dem Satelliten Terra seit Dezember 1999 fliegt. Er ist Teil des NASA Earth Observing System (EOS) Earth Remote Sensing Data Analysis Center (ERSDAC) . ASTER sammelt Daten zum Zwecke von Karten, Temperaturverteilung, Emissivität, Reflektion und Höhenverteilung (...The EOS platforms are part of NASA's Earth Science Enterprise, whose goal is to obtain a better understanding of the interactions between the biosphere, hydrosphere, lithosphere and atmosphere....)

Charakteristika:

Abb. 2.2.25: ASTER multi- spektrale IR-Farb- aufnahme, Kairo, 15m/Pixel (ASTER, 2003)

SENTINAL Satellitenverbund der ESA

(ESA, 2019)

Die Sentinel-Satelliten der ESA stellen ein Verbundsystem aus verschiedenen, sich aber ergänzenden Erdbeobachtungssatelliten des Copernicus-Programms der ESA dar. Seit 2014 werden die Satelliten sukkzessive von der ESA bereitgestellt. Es handelt sich dabei um

Sentinel-1, ein Radarsatelliten-Paar, Sentinel-2, ein Paar von passiv-optischen Erdbeobachtungssatelliten und Sentinel-3, ein Paar von Satelliten mit Sensoren zur Messung der Meeresoberflächentopographie, der Temperatur von Meeres- und Landoberflächen und der Ozeanfarbe. Sentinel-5/P untersucht seit 2017 die Atmosphäre der Erde; ab 2019 werden Sentinel-4 und -5 bzw. 6 meteorologischer Untersuchungen durchführen.

Eine Besonderheit der Sentinal Mission sind die raschen zeitlichen Wiederholraten von Aufnahmen, die hohe spektrale Vielfalt der Sensoren und die prinzipiell freie (!) Zugänglichkeit aller Daten der Mission! Sentinal Daten werden bereits jetzt in vielen aktuellen geowissenschaftlichen Langzeitstudien, insbesondere im Hinblick auf globale Umweltphänomene bzw. regionale Monitoringprozesse genutzt.

Klassifikation von Sentinal-Landnutzungsdaten für eine Polderfläche in den Niederlanden (ESA, 2019).

MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) oben
Amerikanischer Erderkundungssatellit, von 2001 bis heute. auf Terra-Satelliten fliegend, vgl. o.)

Charateristika:

Components
The MODIS instrument has been designed and developed during the past 10 years. The Engineering Model (EM) was completed in mid-1995. Since then, the first spaceflight unit, the Protoflight Model (PFM) (Fig. 1) has been completed and launched onboard the EOS satellite Terra on December 18th, 1999. Another MODIS (Flight Model 1, or FM-1) has been developed and is undergoing testing to be part of the EOS satellite Aqua, scheduled for launch in July 2001. The MODIS instruments — built to NASA specifications by Santa Barbara Remote Sensing — represent the finest in engineering of spaceflight hardware for remote sensing.

The MODIS instrument was designed with the following subsystems and abilities. Follow the highlighted links for more technical descriptions of each subsystem. Also below is a technical discussion of the MODIS Design concept.

- Atmospheric, land, and ocean imaging in a single instrument
- 1,000-m, 500-m, and 250-m resolution spectral bands
- Custom-tailored spectral bands from 0.4 to 14.4 µm; low out-of-band response
- Opto-Mechanical System
- Mainframe
- Continuously rotating double-sided Scan Mirror Assembly for long life
- Passive Radiative Cooler
- Advanced Focal Plane Assembly (FPA) technology for unsurpassed sensitivity
- Optical Bench Assembly
- Optical System Description
- Door Assemblies
- Electronics System
- Space-Viewing Analog Module
- Forward-Viewing Analog Module
- Main Electronics Module (MEM)
- On-Board Calibration System
- IR calibration every scan for low 1/f noise and high accuracy
- Low ghosting, low scatter optics
- On-board Solar Diffuser and Solar Diffuser Stability Monitor (SDSM)
- On-board full-aperture Blackbody (BB)
- On-board Spectroradiometric Calibration Assembly (SRCA)

Abb. 2.2.26: MODIS multispektrale Echtfarbaufnahme, Hawaii, 250m/Pixel (EOSAT, 2003)

Key Parameters of the IRS-P6 Sensors

Note: The LISS-IV camera can be operated either in monochromatic or multispectral mode.

IRS Cartosat-2

The Indian Remote Sensing Satellite IRS Cartosat-2 has been successfully launched into polar orbit on January 10, 2007. The payload was lifted by the PSLV-C7 from the Satish Dhawan Space Centre, Sriharikota.

Cartosat-2 is highly agile and can be operated in different imaging modes. E.g. in spot mode, imaging in North-South direction on either side of the track, in paint-brush mode, employing roll and pitch tilt to increase the total swath, and in multi-view mode, imaging one strip three times with different look angles.

Key Parameters of the Cartosat-2 Sensor

RRapidEye

The Jena-Optronik multi-spectral imager, the Jena Spaceborne Scanner JSS 56, is a pushbroom sensor carried on each RapidEye Satellite.  Each sensor is capable of collecting image data in five distinct bands of the electromagnetic spectrum; Blue, Green, Red, Red-Edge and Near-Infrared - at a daily revisit time (off nadir).

RapidEye's satellites will be the first commercial satellites to include the Red-Edge band, which is sensitive to changes in chlorophyll content.  More research will be necessary to realize the full potential of the Red-Edge band, however, preliminary studies show that this band can assist in monitoring vegetation health, improve species separation and help in measuring protein and nitrogen content in biomass.

Sensor Performance Specifications: 

Pixel spacing	6.5 m at nadir. Native camera pixel spacing.
Bit Depth	16-bit unsigned integers
Spectral Bands	Blue: 440-510 nm Green: 520-590 nm Red: 630-685 nm Red Edge: 690-730 nm NIR: 760-850 nm
Product Size	Approximately 77 km wide with a variable length of between 50 km and 300 km 462 Mbytes/25 km along track for 5 bands. Maximum 5544 Mbytes.
Geometric Corrections	Idealized sensor, orbit and attitude models. Bands are co-registered.
Horizontal Datum	WGS84

Rio de Janeiro (CIR, RapidEye)

EnMAP (2017/2020) - Environmental Mapping and Analysis Program

German hyperspectral satellite mission with 200 channels within the broad spectral range from 420 nm to 2450 nm and high ground resolution of 30 m.

Global determination of ecosystem parameters as well as biophysical, biochemical and geochemical variables. Analysis capability for post natural disasters and environmental pollution of land and water. Mission data will be used for the preparation of future commercialization and operative services.

Realization under German leadership with international partners (see ENMAP homepage).

Mission Parameter for EnMAP
Orbit
Sun-synchronous	:	at 643 km
Inclination	:	97.96°
Ground Resolution	:	30 x 30m
Imaging concept	:	“push-broom” with 30 km swath width, pointing feature ±30°
Target revisit time (pointing angle)	:	< 4 days (±30°), 23 days (±5°)
Minimum ground coverage/d	:	5.000 km x 30 km
Data storage capacity	:	512 Gbit
Data downlink rate	:	100 to 300 Mbps via X-Band
Instrument Mass	:	< 200 kg
Power consumption instrument	:	< 200 W
Channels/Bands
VNIR	:	420 – 1030 nm (96 bands)
SWIR	:	950 – 2450 nm (122 bands)
Satellite total mass	:	766 kg
Satellite attitude
Accuracy	:	better than 500 m
Knowledge	:	better than 100 m
Life time	:	5 years

Mission Performance

The Figure (below) shows EnMAP characterized by high resolution and the number of spectral bands compared to other multi- and hyperspectral systems. EnMAP enables the retrieval of hyperspectral data with high spectral and spatial resolution with a simultaneously high repitition rate. EnMAP is consequently outstanding to all existing similar satellite systems due to its performance.

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