SAR-Prozessoren werden als sogenannte End-to-End-Systeme ausgelegt, die aus dem vom SAR-Instrument gelieferten Bitdatenstrom hochgenaue kalibrierte Produkte für Wissenschaftler und kommerzielle Anwender generieren.
Die folgende Illustration fasst anschaulich die wesentlichen Stufen einer interferometrischen Verarbeitung zusammen, wie sie beispielsweise für die TanDEM-X Mission entwickelt wurde. Durch Fokussierung der holographisch aufgezeichneten Radarechos gewinnt man ein scharfes Bild der Radarreflektivität der Erdoberfläche. Neben den Signalstärken, die im linken oberen Teil als Grauwerte dargestellt sind, enthalten diese Bilder auch hochgenaue Entfernungsangaben in Form von Phasenwinkeln. Aus der Differenz der Phasen zweier, aus leicht unterschiedlicher Perspektive aufgenommener SAR Bilder entsteht ein Interferogram, im mittleren Teil als farbiges Streifenmuster dargestellt. Daraus kann, nach Auflösen von Phasenmehrdeutigkeiten und mit dem Wissen der exakten Aufnahmegeometrie ein digitales Höhenmodel der Erdoberfläche erstellt werden, wie rechts unten koloriert und schattiert angedeutet.
Entwicklungsphasen eines SAR-Prozessors
Die Entwicklung eines operationellen SAR-Prozessors dauert normalerweise mehrere Jahre und umfasst folgende Schritte:
Die wichtigsten Entwicklungen sind der TerraSAR Multi-Mode SAR Prozessor TMSP sowie der Integrierte TanDEM-X Prozessor ITP.
TerraSAR Multi-Mode SAR Prozessor (TMSP)
Dieser Prozessor verarbeitet alle SAR-Daten der TerraSAR-X Mission. Er wird sowohl im Bodensegment des DLR als auch in den Empfangsstationen externer Partner weltweit eingesetzt. Die besonderen Merkmale des Systems sind:
Basierend auf den TSMP Entwicklungen wurde auch ein End-to-End SAR Prozessor für den Betrieb im Bodensegment der spanischen PAZ SAR Mission entwickelt.
Integrierte TanDEM-X Prozessor (ITP)
Die TanDEM-X Mission stellt mit dem erstmaligen Konfigurationsflug zweier SAR-Satelliten und dem bi-statischen interferometrischen Aufnahmeprinzip eine neue Herausforderung an die SAR-Datenverarbeitung. Das Prozessierungssystem ITP vereint die Aspekte der bi-statischen SAR-Prozessierung, der interferometrischen Verarbeitung und schließlich der Erzeugung von digitalen Höhenmodellen aus den abgeleiteten Phaseninformationen. Die besonderen Merkmale des Systems sind
Neben der Entwicklung von End-to-End Prozessoren entwickeln wir in Vorbereitung auf zukünftige Missionen neue algorithmische Verarbeitungskonzepte passend für neue SAR Instrumenttechnologien, wie beispielsweise das Frequency-Scan-Verfahren in Verbindung mit azimutal verteilten Phasenzentren der Empfangsantenne. Diese Konzepte sind Kernelemente einer vorgeschlagenen High-Resolution Wide-Swath (HRWS) Mission in Nachfolge von TerraSAR-X. Für andere künftige SAR Missionen, die beispielsweise eine Onboard-Verarbeitung der SAR Daten erfordern, implementieren wir aktuell im Rahmen eines europäischen Horizon 2020 Förderprojekts Hardware-nah einen SAR Fokussierungsalgorithmus in einen FPGA-Baustein, während wir anderseits für künftiges On-Ground-Processing auch GPGPUs einbeziehen werden.