Lidar



Vergleich von Höhenprofilmessungen mit Lidar und passiven optischen Instrumenten (Limb-Geometrie). Bild: DLR

Ein Lidar (Light Detecting and Ranging) ist ein Messinstrument zur Fernerkundung von Erdoberfläche und Erdatmosphäre. Es kann gleichermaßen für bodengebundene wie auch für flugzeug- oder satellitengestützte Messungen eingesetzt werden.

Ein Lidar-Instrument enthält einen Sender, der aus einem gepulsten Hochleistungslaser besteht, sowie ein optisches Empfangssystem aus einem Empfangsteleskop und optischen Detektoren. Im Unterschied zu -optischen Instrumenten ist ein Lidar also nicht auf eine externe Lichtquelle angewiesen und kann beispielsweise auch bei Nacht Messungen durchführen.

Aus der Zeitspanne, die zwischen dem Aussenden eines Laserpulses bis zum Empfang des rückgestreuten Lichtes vergeht, kann die Entfernung zwischen Instrument und Ziel bestimmt werden. Das Laserlicht kann dabei sowohl von festen oder flüssigen Objekten, wie etwa der. Erdoberfläche oder Wassertropfen, als auch von gasförmigen Bestandteilen der Erdatmosphäre zum Empfangsteleskop reflektiert werden.

Aus den Laufzeitmessungen enthält man auf direktem Wege ein Entfernungsprofil. Dies ermöglicht beispielweise die Messung von Gelände- und Eis-Höhen oder auch die Bestimmung der vertikalen Struktur von physikalischen Eigenschaften der Erdatmosphäre (Temperatur-, Luftdruck-, beziehungsweise Luftdichteprofile), Spurengaskonzentrationen, Aerosolschichten und Wolken. Hier liegt ein wesentlicher Vorteil des Lidar-Messprinzips gegenüber passiven optischen Instrumenten. Diese können Höhenprofile nur mit sehr viel geringerer Genauigkeit messen.

 H2O-Messung auf der Falcon
zum Bild H2O-Messung auf der Falcon

Intensität und spektrale Eigenschaften des zurück gestreuten Lichtes enthalten Informationen über die physikalischen Eigenschaften und die Zusammensetzung des reflektierenden Objekts. Mit dem Lidar-Messverfahren lassen sich so eine Vielzahl von wichtigen Parametern der Erdatmosphäre bestimmen, wie Temperatur, Luftdichte, oder Spurengaskonzentrationen.

Seit kurzem finden Lidar-Instrumente zunehmend Anwendung in der satellitengestützten Erdbeobachtung. So befinden sich seit wenigen Jahren satellitengestützte Lidarinstrumente zur Bestimmung von Polareis- und Aerosol-Höhenprofilen in der Erdumlaufbahn (ICESAT, CALYPSO).

Ein System zur Messung von Horizontalwind-Profilen wird voraussichtlich 2011 in die niedrige Erdumlaufbahn gebracht werden (ADM-Aeolus). Wissenschaftliche Anwender, wie etwa Meteorologen, fordern außerdem weltraumgestützte Lidarsysteme zur Messung von Wasserdampf-, Kohlendioxid- und Methan-Profilen.

Der Einsatz von Lidarsystemen im Weltraum stellt extrem hohe Anforderungen an die verwendeten Hochenergie-Laser, etwa hinsichtlich Betriebssicherheit und -dauer, Pulsenergie und Strahlqualität. Auch wenn bereits einige Systeme in der Umlaufbahn sind und sich weitere im Bau befinden, so besteht nach wie vor ein dringender Bedarf zur Weiterentwicklung dieser im Betrieb extrem hoch belasteten Systeme. Das DLR unterstützt daher gezielt die Entwicklung welttraumspezifischer gepulster Hochleistungslaser sowie anderer für den weltraumgestützten Lidareinsatz wichtiger Technologien.


Kontakt
Dr. Matthias Alpers
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Raumfahrtmanagement
, Erdbeobachtung
Tel: +49 228 447-585

Fax: +49 228 447-747

E-Mail: Matthias.Alpers@dlr.de
URL dieses Artikels
http://www.dlr.de/rd/desktopdefault.aspx/tabid-5626/9178_read-17527/
Downloads zu diesem Artikel
Datenblatt AAFO-D (http://www.dlr.de/rd/Portaldata/28/Resources/dokumente/re/Datenblatt_AAFO.pdf)
Datenblatt ADM Airborne Demonstrator, Phase II (http://www.dlr.de/rd/Portaldata/28/Resources/dokumente/re/Datenblatt_ADM_II.pdf)
Datenblatt High Power Mixed Garnet Laser (http://www.dlr.de/rd/Portaldata/28/Resources/dokumente/re/Datenblatt_HighPowerMixedGarnet.pdf)
Datenblatt WALES Airborne Demonstrator (http://www.dlr.de/rd/Portaldata/28/Resources/dokumente/re/Datenblatt_WALES.pdf)