Unter optischen Instrumenten versteht man in der satellitengestützten Erdbeobachtung passive, räumlich und spektral auflösende Kameras, die Intensitätsmessungen erlauben. Sie sind eine Zusammenführung der klassischen Instrumententypen Kamera (Abbildung), Spektrometer (Spektralmessung) und Radiometer (Intensitätsmessung).
Je nach Anwendung - und technologischen Möglichkeiten - liegt die Gewichtung auf einer oder zwei der drei Eigenschaften. Passiv bedeutet hier im Unterschied zu den aktiven Lidarsystemen, dass die Instrumente für ihre Messungen eine externe Lichtquelle benötigen. Dies können etwa Sonne, Mond oder das Eigenleuchten der Erdatmosphäre im infraroten Spektralbereich sein.
Es gibt zwei wesentliche Kamera-Blickrichtungen, die unterschiedliche Messungen ermöglichen:
Die räumliche Auflösung eines weltraumgestützten optischen Instrumentes reicht vom Sub-Meterbereich für Beobachtungen der Erdoberfläche bis zu mehreren hundert Metern oder Kilometern im meteorologischen Bereich. Die räumliche Szenengröße reicht von einigen zehn bis zu mehreren tausend Kilometern. Als Szene wird in der Fernerkundung die Breite des Ausschnittes bezeichnet, den die Kamera von der Erdoberfläche aufnimmt. Aus technologischen Gründen ist die räumliche Szenengröße mit der räumlichen Auflösung verknüpft. Je höher die räumliche Auflösung, desto kleiner ist in der Regel die räumliche Szenengröße.
Für die Bezeichnung der optischen Spektralbereiche gibt es keine allgemein gültige Definition. Häufig verwendet werden folgende Abkürzungen:
Bedeutung
Die spektrale Auflösung eines weltraumgestützten optischen Instrumentes richtet sich nach der jeweiligen Anwendung. Die Definition ist auch hier nicht einheitlich. Oft wird zwischen folgenden Instrumenttypen unterschieden:
Häufig werden optische Instrumente mit einer spektralen Auflösung, die besser als ein Nanometer ist, als Spektrometer bezeichnet. Hier werden im Allgemeinen nicht die Anzahl der Spektralkanäle, sondern die Auflösung und der Spektralbereich zur Charakterisierung der Instrumente genannt. Spektrometer werden vor allem zur Spurengasmessung in der Erdatmosphäre verwendet. Beispiele sind die Instrumente MIPAS (MWIR-TIR, spektrale Auflösung 0,06-0,75 nm) und SCIAMACHY (UV-SWIR, spektrale Auflösung 0,24-1,48 nm) auf dem Satelliten ENVISAT.
Optische Instrumente sind seit Beginn der satellitengestützten Erdbeobachtung ein fester Bestandteil des Instrumentariums. Die Messtechniken werden dabei permanent verbessert und erweitert. Das DLR unterstützt gezielt die Weiterentwicklung wichtiger optischer Technologien für den Weltraumeinsatz. Die Entwicklung von Hyperspektralgeräten für niedrige Umlaufbahnen und die Weiterentwicklung von Spektrometern für den geostationären Orbit sind wichtige aktuelle technologische Themen.