Title:
Winkelreflektorvorrichtung mit einstellbarer Höhenmehrdeutigkeit für SAR-Anwendungen
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Die Winkelreflektorvorrichtung (10) für SAR-Anwendungen ist versehen mit einem Winkelreflektor (12) mit mindestens zwei orthogonal zueinander ausgerichteten Reflektorflächen zur Reflektion von Radarwellen und einem Kopplungselement (39) zur mechanischen Kopplung des Winkelreflektors (12) mit einem hinsichtlich seiner vertikalen Erstreckung veränderlichen und bei Veränderung seine vertikalen Erstreckung den Winkelreflektor (12) mitnehmenden Objekt (29) auf der Erde, an den und/oder auf dem das Kopplungselement (39) zusätzlich entlang gleiten kann. Ferner weist die Winkelreflektorvorrichtung (10) ein ortsfest angeordnetes Gestell (30) mit einer um einen spitzen oder stumpfen Winkel zur vertikalen Erstreckung des Objekts (29) geneigt verlaufenden Führungsschiene (36) und einem an der Führungsschiene (36) und entlang dieser verschiebbar geführten Führungselement (38), das mechanisch mit dem Winkelreflektor (12) gekoppelt ist. Mittels der Führungsschiene (36) und des Führungselements (38) wird eine Veränderung der vertikalen Erstreckung des Objekts (29) in eine Bewegung des Winkelreflektors (12) längs der Führungsschiene (36) umgesetzt.





Inventors:
Döring, Björn (Paris, FR)
Schwerdt, Marco, Dr. (86938, Schondorf, DE)
Application Number:
DE102016208508A
Publication Date:
11/23/2017
Filing Date:
05/18/2016
Assignee:
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., 51147 (DE)
International Classes:
G01F23/28; G01C13/00; G01S13/90
Domestic Patent References:
DE102005036846A1N/A
Attorney, Agent or Firm:
dompatent von Kreisler Selting Werner - Partnerschaft von Patentanwälten und Rechtsanwälten mbB, 50667, Köln, DE
Claims:
1. Winkelreflektorvorrichtung (10) für SAR-Anwendungen mit
– einem Winkelreflektor (12) mit mindestens zwei orthogonal zueinander ausgerichteten Reflektorflächen zur Reflektion von Radarwellen,
– einem Kopplungselement (39) zur mechanischen Kopplung des Winkelreflektors (12) mit einem hinsichtlich seiner vertikalen Erstreckung veränderlichen und bei Veränderung seiner vertikalen Erstreckung den Winkelreflektor (12) mitnehmenden Objekt (29) auf der Erde, an dem und/oder auf dem das Kopplungselement (39) zusätzlich entlang gleiten kann,
– einem ortsfest angeordneten Gestell (30) mit einer um einen spitzen oder stumpfen Winkel zur vertikalen Erstreckung des Objekts (29) geneigt verlaufenden Führungsschiene (36) und
– einem an der Führungsschiene (36) und entlang dieser verschiebbar geführten Führungselement (38), das mechanisch mit dem Winkelreflektor (12) gekoppelt ist,
– wobei mittels der Führungsschiene (36) und des Führungselements (38) eine Veränderung der vertikalen Erstreckung des Objekts (29) in eine Bewegung des Winkelreflektors (12) längs der Führungsschiene (36) umsetzbar ist.

2. Winkelreflektorvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (38) mit dem Kopplungselement (39) mechanisch gekoppelt ist.

3. Winkelreflektorvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelreflektor (12) zur Veränderung seiner Ausrichtung relativ zur Einfallsrichtung von Radarwellen verstellbar angeordnet ist.

4. Winkelreflektorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Halteelement (20), mit dem der Winkelreflektor (12), das Kopplungselement (39) und das Führungselement (38) verbunden sind.

5. Winkelreflektorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelreflektor (12) drei jeweils paarweise zueinander orthogonal angeordnete Reflektorflächen (14, 16, 18) aufweist.

6. Winkelreflektorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorflächen (14, 16, 18) des Winkelreflektors (12) massiv, perforiert oder insbesondere von Gitterelementen gebildet sind und/oder dass die Reflektorflächen (14, 16, 18) klappbar sind und gegebenenfalls selbsttätig wieder aufrichtbar sind.

7. Winkelreflektorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsschiene (36) bezüglich ihrer Neigung verstellbar an dem Gestell (30) angeordnet ist.

8. Winkelreflektorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Ausbildung des Kopplungselements (39) als Schwimmkörper (24) zum Schwimmen auf und/oder in einem fließ- oder rieselfähigen Medium als Objekt (29), dessen vertikale Erstreckung veränderlich ist.

9. Verwendung einer Winkelreflektorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Vermessung von Deformationen an natürlichen und/oder künstlichen Objekten (29) auf der Erde, insbesondere zur Vermessung des Wasserstands von Gewässern, insbesondere von Seen, oder von durch Hochwasser gefährdeten Gebieten.

10. Verwendung einer Winkelreflektorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Kalibrierung von SAR-Vorrichtungen, insbesondere von InSAR-Vorrichtungen und vorzugsweise von DInSAR-Vorrichtungen.

Description:

Die Erfindung betrifft eine Winkelreflektorvorrichtung für SAR-Anwendungen.

Ein Anwendungsgebiet derartiger Winkelreflektorvorrichtungen ist die Vermessung von Wasseroberflächen hinsichtlich deren Höhenänderungen. Zu diesem Zweck werden Winkelreflektoren in Feuchtgebieten installiert, wo sie zum Beispiel auf der Wasseroberfläche schwimmen und damit in Abhängigkeit vom Wasserspiegel auf- und abwärts bewegt werden. Winkelreflektoren dieser Art werden im einfachsten Fall durch einen L-förmigen Reflektorwinkel realisiert, dessen beide Reflektionsflächen orthogonal und vertikal zur Wasseroberfläche verlaufen. Die für die Reflektionen von Radarwellen notwendige Dreifachreflektion wird dabei durch die beiden Reflektionsflächen des Reflektorwinkels und durch die Wasseroberfläche erreicht.

SAR-Vorrichtungen und insbesondere Interferometer-SAR- (InSAR-Vorrichtungen) sowie Differenz-Interferometer-SAR (DInSAR-Vorrichtungen) bieten eine hohe Auflösung hinsichtlich der Detektion von Deformationen beispielsweise in der Vegetation, wie beispielsweise Wasseroberflächenhöhenveränderungen. Die Entfernungsmessung bei SAR-Systemen basiert auf einer Phasenmessung und ist deshalb lediglich über die Größe von maximal der Wellenlänge der verwendeten SAR-Wellen eindeutig. Um Höhenveränderungen von Vegetations- oder künstlichen Objekten (beispielsweise Gebäuden) eindeutig mit einer SAR-Vorrichtung zu vermessen, bedarf es also weiterer Informationen über das betreffende Objekt. Soll beispielsweise die temperatur- oder jahreszeitabhängige Veränderung der Höhe von Objekten ohne zusätzliche Informationen vermessen werden, so muss die maximal auftretende Höhendifferenz bekannt und insbesondere kleiner als die mit der SAR-Vorrichtung erzielbare Auflösung sein. Bei einer SAR-Vorrichtung, die im C-Band und unter einem Einfallswinkel von beispielsweise 40° arbeitet, können lediglich Höhenveränderungen von kleiner als ca. 3,7 cm eindeutig vermessen werden. Vielfache dieser Größe sind leider ohne Zusatzinformationen nicht detektierbar.

Will man beispielsweise SAR-Vorrichtungen für die Vermessung von Wasserständen in beispielsweise Seen einsetzen, so kann dies im Grunde genommen daran scheitern, dass die Wasserstandsänderungen größer als derjenige Bereich sind, innerhalb dessen eine Höhenmehrdeutigkeit vermieden werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Winkelreflektorvorrichtung für SAR-Anwendungen zu schaffen, deren Einsatzbereich über bisher bekannte Winkelreflektoren für derartige Anwendungen hinausgeht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung eine Winkelreflektorvorrichtung für SAR-Anwendungen vorgeschlagen, die versehen ist mit

  • – einem Winkelreflektor mit mindestens zwei orthogonal zueinander ausgerichteten Reflektorflächen zur Reflektion von Radarwellen,
  • – einem Kopplungselement zur mechanischen Kopplung des Winkelreflektors mit einem hinsichtlich seiner vertikalen Erstreckung veränderlichen und bei Veränderung seiner vertikalen Erstreckung den Winkelreflektor mitnehmenden Objekt auf der Erde, an dem und/oder auf dem das Kopplungselement zusätzlich entlang gleiten kann,
  • – einem ortsfest angeordneten Gestell mit einer um einen spitzen oder stumpfen Winkel zur vertikalen Erstreckung des Objekts geneigt verlaufenden Führungsschiene und
  • – einem an der Führungsschiene und entlang dieser verschiebbar geführten Führungselement, das mechanisch mit dem Winkelreflektor gekoppelt ist,
  • – wobei mittels der Führungsschiene und des Führungselements eine Veränderung der vertikalen Erstreckung des Objekts in eine Bewegung des Winkelreflektors längs der Führungsschiene umsetzbar ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen Winkelreflektor mit mindestens zwei orthogonal zueinander ausgerichteten Reflektionsflächen zur Reflektion von Radarwellen auf. Der Winkelreflektor ist mit einem Führungselement verbunden, das an einer Führungsschiene verschiebbar geführt ist. Die Führungsschiene selbst wird von einem Gestell gehalten, das ortsfest und damit insoweit unabhängig vom zu vermessenden Objekt angeordnet ist. Ferner weist die erfindungsgemäße Winkelreflektorvorrichtung ein Kopplungselement auf, mit dem der Winkelreflektor beweglich mit dem Objekt mechanisch gekoppelt ist. Verändert sich die Höhe des Objekts, so bewegt sich der Winkelreflektor entlang der Führungsschiene entsprechend mit.

Erfindungsgemäß ist die Führungsschiene zur vertikalen Erstreckung des Objekts geneigt. Damit erfolgt erfindungsgemäß eine Umlenkung einer vertikalen Verschiebung des Winkelreflektors, die dieser in Folge einer Veränderung der Höhe des Objekts erfährt, in eine schräg gerichtete Verschiebung des Winkelreflektors, d. h. in eine schräg zur Vertikalen gerichtete Verschiebung, so dass die von der SAR-Vorrichtung ”gesehene” Entfernungsänderung abhängig von der Ausrichtung der Führungsschiene idealerweise geringer ist als in dem Fall, in dem sich der Winkelreflektor, wie bei den bekannten Systemen, ausschließlich vertikal verschiebt, wenn das Objekt eine Veränderung seiner vertikalen Erstreckung erfährt.

Grundsätzlich lässt sich die erfindungsgemäße Winkelreflektorvorrichtung für die Messung von Deformationen an solchen Flächen einsetzen, bei denen eine Kopplung mit dem Kopplungselement und unter Entlanggleiten des Kopplungselements auf der sich deformierenden Fläche möglich ist. Als ”deformierte” Fläche eignet sich insbesondere eine Wasseroberfläche, wobei das Kopplungselement in diesem Beispiel ein Schwimmkörper ist. Das Gestell wird ortsfest im Gewässer, dessen Wasseroberfläche vermessen werden soll, installiert. Der Schwimmkörper treibt auf der Wasseroberfläche. Sobald sich deren Höhe ändert, verfährt der Schwimmkörper nicht nur vertikal sondern auch horizontal entlang der Oberfläche, wobei durch das Führungselement und die Führungsschiene geführt wird. Mit dem Schwimmkörper verfährt entsprechend auch der Winkelreflektor.

In entsprechender Weise lässt sich die erfindungsgemäße Winkelreflektorvorrichtung auch zur Füllstandsmessung von rieselfähigem Gut einsetzten. In beiden Fällen ist es zweckmäßig, wenn die Winkelreflektorvorrichtung zusätzlich beschwert wird (beispielsweise durch ein Ballastgewicht), um sicherzustellen, dass sie der Schwerkraft folgend ”absinkt”, wenn sich die zu vermessende Oberfläche absenkt. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Führungselement mit dem Kopplungselement mechanisch gekoppelt ist.

In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Winkelreflektor zur Veränderung seiner Ausrichtung relativ zur Einfallsrichtung von Radarwellen insbesondere automatisch verstellbar angeordnet ist.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Halteelement vorgesehen, mit dem der Winkelreflektor, das Kopplungselement und das Führungselement verbunden sind. Diese Konstruktion vereinfacht die Montage der Winkelreflektorvorrichtung.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Winkelreflektor drei jeweils paarweise zueinander orthogonal angeordnete Reflektorflächen aufweist und/oder dass die Reflektorflächen klappbar sind und gegebenenfalls selbsttätig wieder aufrichtbar sind.

Die Reflektorflächen des Winkelreflektors brauchen nicht notwendigerweise als geschlossene, durchgehende Flächen ausgebildet zu sein. Es bietet sich insbesondere an, dass die Reflektorflächen des Winkelreflektors perforiert und insbesondere von Gitterelementen gebildet sind. Dies hat den Vorteil, dass je nach Einsatzzweck der Winkelreflektorvorrichtung deren Winkelreflektor weniger windanfällig ist, deutlich leichter ist und dass ferner sich in ihm kein Wasser ansammeln kann.

In weiterer vorteilhafter Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Führungsschiene bezüglich ihrer Neigung verstellbar an dem Gestell angeordnet ist. Dies eröffnet die Möglichkeit der optimalen Anpassung der zu erwartenden Höhendifferenzmessung an die Konstruktion der Winkelreflektorvorrichtung sowie an die Empfindlichkeit des SAR-Systems infolge der Wellenlänge. Somit ist die Winkelreflektorvorrichtung durch Veränderung der Neigung für SAR-Systeme unterschiedlicher Frequenzbänder einsetzbar.

Die Erfindung kann konkret für die operationelle Beobachtung von Wasserstandsveränderungen in Feuchtgebieten oder in durch Hochwasser gefährdeten Gebieten zur Beobachtung des Ausmaßes der Überschwemmung (Katastrophenschutz) eingesetzt werden. Darüber hinaus sind auch weiter Levelmessungen denkbar, sofern Befestigungsstrukturen für das Gestell vorhanden sind, deren Höhe sich nicht ändern. Die Erfindung kann schließlich auch zur Kalibrierung von DInSAR-Vorrichtungen verwendet werden, um Mehrdeutigkeiten direkt anhand einer Messung (und nicht anhand von ”phase unwrapping”) auflösen zu können.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass es sich bei dem Gestell um eine erste Komponente der Vorrichtung handelt, die im Boden verankert ist (von dem angenommen wird, dass er stabil ist), und zwar z. B. mittels Stahlkabeln oder zusätzlichen Streben (beide nicht gezeigt).

Ein aus Metallplatten ausgebildeter Winkelreflektor ist an einer Struktur montiert, die mittels einer vertikalen Strebe mit der Anbringungsstruktur verbunden ist. Eine Verbindung zwischen den beiden Strukturen erfolgt durch Gleitlager. Nachdem diese Struktur im Wasser platziert worden ist, sind der Auftrieb der Boje und das Gewicht des Winkelreflektors sowie ein Gegengewicht in einem solchen Gleichgewicht, dass sich der Winkelreflektor oberhalb der Wasserfläche, das Gegengewicht jedoch unterhalb der Wasserfläche befindet.

Eine Veränderung des Wasserpegels resultiert in einer (aufwärts- oder abwärtsgerichteten) vertikalen Kraft, die in die durch die schrägen Führungsschienen vorgegebene Schrägrichtung umgelenkt wird. Der Winkel α zwischen der Vertikalen und der schrägen Führungsschiene führt zu einer verbesserten eindeutigen Höhe h'u, wie bereits erläutert.

Der Winkelreflektor sollte derart gedreht werden, dass die Richtung seiner maximalen Rückstreuung im Wesentlichen mit der Sichtlinie des Satelliten übereinstimmt.

Die vorstehend beschriebene Realisierung ist lediglich als Beispiel aufzufassen, und es sind zahlreiche Variationen möglich, sofern das vorstehend beschriebene Funktionsprinzip eingehalten wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigen dabei:

1 und 2 einen Vergleich der bisher gebräuchlichen Messgeometrie mit der verbesserten Messgeometrie zum Messen der Oberflächenhöhen-Veränderung h, wobei eine Höhendifferenz h in einer Schrägentfernungsdifferenz d resultiert, wobei bei der verbesserten Geometrie die Höhendifferenz h durch die gemessene Differenz in der Schrägentfernung d bis d' effektiv reduziert wird, wobei der Einfallswinkel durch θ angegeben ist,

3 die eindeutige Höhe hu für die bekannte Geometrie (Verlagerung des Spiegelpunkts nur in vertikaler Richtung) in Abhängigkeit von dem Einfallswinkel θ im C-Band (Wellenlänge λ = 5,6 cm),

4 und 5 die Verbesserung der Eindeutigkeit der Höhe h'u (bei Verwendung der schräggestellten Führungsschiene) in Abhängigkeit von dem Einfallswinkel θ im C-Band (Wellenlänge λ = 5,6 cm) für die erfindungsgemäße Geometrie, die ursprüngliche Messgeometrie einer Vertikal-Ausrichtung der Führungsschiene, d. h. α = 0° entspricht, und

6 eine mögliche Konstruktion für die erfindungsgemäße Winkelreflektorvorrichtung zur Verwendung bei der Wasserspielgelhöhenbestimmung von Gewässern oder in Hochwasser gefährdeten Gebieten zur Beobachtung des Ausmaßes der Überschwemmung (Katastrophenschutz).

Radarsysteme mit synthetischer Apertur (SAR) haben in den vergangenen Jahren zahlreiche neue Anwendungsmöglichkeiten gefunden. Insbesondere das interferometrische SAR (InSAR) führte zu einer Erweiterung der SAR-Anwendungsmöglichkeiten, da dieses Prinzip zum Quantifizieren von Terrain-Höhen und Oberflächenverformungen verwendet werden kann. Eine neuere Anwendungsmöglichkeit auf Basis des InSAR-Prinzips besteht in der Beobachtung von Wasserpegelveränderungen in Feuchtgebieten.

Der Ansatz des InSAR oder des differentiellen interferometrischen SAR (DInSAR) bietet eine hohe Auflösung beim Detektieren von Verformungsveränderungen, d. h. eine Auflösung in der Größenordnung eines Bruchteils der SAR-Wellenlänge. Bei den InSAR-Messungen handelt es sich um Phasen-Messungen, und somit sind eindeutige Messungen nur innerhalb von 2π möglich, was die Eignung des InSAR-Ansatzes für einige Anwendungsfälle einschränken kann. Beispielsweise führen beim C-Band (Wellenlänge von 5,6 cm) bei einem Einfallswinkel von 40° Mehrfache von 3,7 cm (= 5,6 cm × sin40°) einer vertikalen Verformung zu dem gleichen Phasen-Messwert und sind ohne zusätzliche Information nicht voneinander unterscheidbar. Bei Anwendungsfällen wie der Überwachung von Feuchtgebieten oder Hochwasserstandsmeldungen, bei denen größere Höhenveränderungen zu erwarten sind, kann eine zusätzliche eindeutige Messung erforderlich sein.

Im Folgenden wird ein Überblick über das erfindungsgemäße Konzept einer Dreiflächen-Winkelreflektorvorrichtung gegeben, mittels derer das Ausmaß an Eindeutigkeit bei gleicher Wellenlänge und gleichem Einfallswinkel effektiv verbessert wird, indem eine vertikale Bewegung eines Referenzpunkts in eine schrägverlaufende Bewegung transformiert wird. Die Vorrichtung ist verwendbar zur Erfassung eindeutiger Phasenmesswerte zur Beobachtung des Wasserpegels von Feuchtgebieten, oder für ähnliche Anwendungsfälle, bei denen Differenzen des Ausmaßes, die größer als 2π sind, zu erwarten sind. In Anbetracht dessen, dass die Erfindung mit relativ niedrigem Kostenaufwand hergestellt werden kann, ist das Konzept nicht nur für einige wenige Kalibrierungsmessungen anwendbar, sondern auch in einem Betriebsumfeld, in dem zuvor einfache Winkelreflektoren verwendet worden sind.

Obwohl die Erfindung auch für andere Messungen als das Beobachten des Wasserpegels in Feuchtgebieten verwendbar ist, soll diese Verwendung in den folgenden Erläuterungen als Beispiel dienen.

Der derzeitige Ansatz zum Messen des Wasserpegels mit einem InSAR-Bild-Paar erfolgt durch Nutzung der Zweifachreflexion von bereits existierender Vegetation. Die Zweifachreflexion wird durch die Wasseroberfläche und einen vertikalen (biologischen) Schaft hervorgerufen. Der Schrägentfernungsabstand, wie er von dem Radar für diese Zweiflächen-Konfiguration gesehen wird, gleicht dem Sichtlinien-Abstand zu den Vertices der Zweiflächenform, d. h. wo die Wasseroberfläche und der Schaft einander berühren. Wenn sich der Wasserpegel verändert, bewegt sich dieser Vertex vertikal um einen Abstand h, und das SAR-Instrument misst anschließend eine Phasenveränderung, die sich proportional zu h, projiziert auf die Schrägentfernung d, verhält. Die Geometrie ist in 1 gezeigt.

Das SAR-Instrument detektiert Phasenveränderungen Δφ in einer Entfernungsrichtung mit einer Empfindlichkeit Δφ = λd,wobei λ die Wellenlänge ist. Wie bei jeder Phasenmessung können Mehrfache von 2π der gemessenen Phase nicht unterschieden werden, so dass nur ein begrenzter Bereich von Höhen existiert, für die ein eindeutiger Phasenmesswert bestimmt werden kann. Die Höhe soll bezeichnet werden als eindeutige Höhehu = λ2cosθ,wobei θ der Einfallswinkel ist. 3 zeigt die eindeutige Höhe für ein C-Band-System in Abhängigkeit von dem Einfallswinkel.

Um die eindeutige Höhe hu für Wasserpegelmessungen zu vergrößern, kann man die in 2 schematisch gezeigte Ausgestaltung gemäß der Erfindung verwenden. Hierbei führt eine Wasserpegelveränderung nicht nur zu einer vertikalen Verschiebung des Spiegelpunkts, sondern auch zu einer zusätzlichen horizontalen Verschiebung. Dies kann z. B. erzielt werden, indem ein Winkelreflektor an einer Führungsschiene installiert wird, wobei die Höhe des Winkelreflektors durch eine schwimmende Boje eingestellt wird. Details einer möglichen Realisierung werden im Folgenden aufgeführt.

Mit dieser verbesserten Geometrie kann die eindeutige Höhe, d. h. die Eindeutigkeit der Höhe, verbessert werden, und zwar in Abhängigkeit von dem Neigungswinkel α der Führungsschiene, wie 2 zeigt. Die resultierende verbesserte eindeutige Höhe h'u beträgt h'u = λ2·cosαcos(α + θ)

Ein Diagramm der verbesserten eindeutigen Höhe in Abhängigkeit von dem Einfallswinkel θ und von dem Führungsschienen-Neigungswinkel α ist in 4 und 5 gezeigt. Theoretisch kann die eindeutige Höhe um einen beliebig großen Faktor vergrößert werden, obwohl in der Praxis zu erwarten ist, dass ein Faktor über z. B. 10 eine zu hohe Empfindlichkeit gegenüber Ausrichtungsfehlern verursachen würde, so dass Faktoren im Bereich eines Bruchteils von 1 bis 10 sinnvoll sind. Zu beachten ist, dass bei α + θ = π/2 der Effekt einer vertikalen Verschiebung von dem SAR-Instrument nicht erkannt wird, so dass diese Kombination vermieden werden sollte.

Ein Konstruktions-Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt 6.

Die Reflektorvorrichtung 10 weist einen Winkelreflektor 12 mit drei jeweils paarweise orthogonal zueinander ausgerichteten Winkelreflektorflächen 14, 16, 18 auf. Der Winkelreflektor 12 ist an einem Halteelement 20 in Form einer Haltestange 22 angebracht, an der unterhalb des Winkelreflektors 12 ein Schwimmkörper 24 als Boje 26 befestigt ist. Unterhalb des Schwimmkörpers 24 befindet sich am Halteelement 20 noch ein Ballastgewicht 28.

Im Gewässer 29 (beispielsweise durch Gründung) ist ein Gestell 30 ortsfest angeordnet, dass in diesem Ausführungsbeispiel aus zwei Pfosten 32, 34 gebildet ist. Zwischen den beiden Pfosten 32, 34 erstreckt sich eine schräg im Raum ausgerichtete Führungs-(insbesondere Doppel-)Schiene 36, an der ein (Doppel-)Führungselement 38 verschiebbar geführt angeordnet ist. Mit dem Führungselement 38 vorzugsweise um eine horizontale Achse drehbar verbunden ist das Halteelement 20.

Der Schwimmkörper 24 fungiert als Kopplungselement 39 zur mechanischen Kopplung des Winkelreflektors 12 mit dem Gewässer 29. Eine Veränderung (siehe den Doppelpfeil 40) der Wasseroberfläche 42 führt zu einer Verschiebung (siehe den Doppelpfeil 44) des Winkelreflektors 12 entlang der Führungsschiene 36. Damit wird, wie auch in 2 schematisch gezeigt, die Veränderung des Abstands der Wasseroberfläche 42 zur SAR-Vorrichtung 46, die in diesem Ausführungsbeispiel als Satelliten-Plattform 48 gezeigt ist, in einer demgegenüber verringerte Veränderung der Entfernung des Winkelreflektors 12 zur SAR-Vorrichtung 46 umgesetzt.

Nachfolgend werden einige Alternativen für die Realisierung der Erfindung aufgeführt:

  • – Der Winkelreflektor kann aus nur zwei vertikalen Platten ausgebildet sein, die orthogonal zueinander ausgerichtet sind. Die dritte Winkelfläche wird dann durch die Wasseroberfläche gebildet.
    Obwohl dieser Ansatz ein kostengünstigeres und leichtgewichtigeres Design ermöglichen kann, gilt es, folgendes zu beachten:
    – Der Winkelreflektor kann nicht mehr zu dem SAR-Instrument hin gekippt werden, was je nach dem Einfallswinkel zu einer geringeren Rückstreuung bei identischen Plattenbemessungen führt.
    – Die Wasseroberfläche ist möglicherweise während einer sie überstreichenden Bewegung, z. B. aufgrund von Wind, nicht glatt. In diesem Fall fehlt der durch die Boje bewirkte ”Mittelungs”-Effekt, und der Streumechanismus ist nicht mehr ideal (die Wasseroberfläche verläuft nicht notwendigerweise orthogonal zu den beiden vertikalen Platten).
  • – Abgesehen von der Verwendung zur Beobachtung von Feuchtgebieten kann die Winkelreflektorvorrichtung auch zur Beobachtung von Höhenveränderungen in anderen Umgebungen verwendet werden. Das Erfordernis besteht darin, dass die Vorrichtung auf einer konstanten Höhe angeordnet werden kann und dass die Boje (o. dgl.) gleitbar an der Oberfläche befestigt ist, die gemessen werden soll. Mögliche alternative Anwendungen sind:
    – Messen des Füllpegels von Gastanks, deren Oberseite sich zusammen mit der enthaltenen Gasmenge bewegt.
    – Messen des Füllpegels von Kornsilos in abgelegenen ländlichen Gebieten, wo der Einsatz anderer Mittel zur Übertragung von Messdaten schwierig ist und wo die Nutzung eines existierenden SAR-Systems eine kostengünstige Alternative zu solchen periodischen Messungen bieten kann.
    – Messen des Hochwasserstandes in durch Hochwasser gefährdeten Gebieten, um das Ausmaß der Überschwemmungen durch Nutzung existierender SAR-Systeme aus dem Weltraum schnell und sicher erfassen zu können, wodurch der Katastrophenschutz entsprechende Maßnahmen zum Schutz der Bevölkerung und der Umwelt einleiten kann.
  • – Bei anderen Anwendungssituationen, in denen eine sogar noch höhere Empfindlichkeit als diejenige für einen Führungsschienen-Neigungswinkel α = 0° erforderlich ist, kann die Führungsschiene auch in der anderen Richtung gekippt werden (α < 0°).
  • – Die Winkelreflektorplatten können nicht nur aus massiven Metallplatten ausgebildet sein, sondern auch aus einer gitterartigen Platte oder einem Metallgitter. Dies könnte dazu beitragen, den Windwiderstand der Platten zu reduzieren und somit die Stabilität des Winkelreflektors unter Windbedingungen zu erhöhen. Zudem wird das Gewicht des Winkelreflektors reduziert.
  • – Der Winkelreflektor kann mit Schlitzen oder Löchern versehen sein, so dass sich z. B. Regenwasser und kleine Verunreinigungen nicht in dem Reflektor ansammeln können.
  • – Die Größe des Winkelreflektors sollte möglichst an das jeweilige SAR-System angepasst sein, so dass das reflektierte Signal stark genug ist, um eine reproduzierbare Messung zu ermöglichen.
  • – Die in 6 gezeigte Anbringungs- und Gestellstruktur kann derart realisiert werden, dass der Winkel α im Feld eingestellt werden kann.

Bezugszeichenliste

10
Reflektorvorrichtung
12
Winkelreflektor
14
Winkelreflektorfläche
16
Winkelreflektorfläche
18
Winkelreflektorfläche
20
Halteelement
22
Haltestange
24
Schwimmkörper
26
Boje
28
Ballastgewicht
29
Gewässer (als Beispiel für ein Objekt auf der Erde)
30
Gestell
32
Pfosten
34
Pfosten
36
Führungsschiene
38
Führungselement
39
Kopplungselement
40
Doppelpfeil für Höhenveränderung der Wasseroberfläche
42
Wasseroberfläche
44
Doppelpfeil für Bewegung des Winkelreflektors
46
SAR-Vorrichtung
48
Satellit