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TerraSAR-X

Das deutsche Radar-Auge im AllThe German Radar Eye in Space

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TerraSAR-X. Das deutsche Radar-Auge im All 3The German Radar Eye in Space

Erste Ergebnisse 4First Results

Anwendungsbeispiele und experimentelle Modi 9Examples of Application and Experimental Modes

Die Mission TerraSAR-X 15The TerraSAR-X Mission

Öffentlich-Private Partnerschaft 17Public-Private Partnership

SAR-Technologie und Geschichte 20SAR Technology and History

Das Prinzip der SAR-Technologie 20The Principle of SAR Technology

Geschichte des SAR-Einsatzes 22History of SAR Use

SAR-Missionen 25SAR Missions

Der Satellit 26The Satellite

Primäre Nutzlast: Das Synthetic Apertur Radar (SAR) 27Primary Payload: the Synthetic Aperture Radar (SAR)

Sekundäre Nutzlasten: LCT und TOR 29Secondary Payloads: LCT and TOR

Start und Orbit 30Launch and Orbit

Technische Daten 31Technical Data

TerraSAR-X – Nutzung 32TerraSAR-X – Utilization

Wissenschaftliche Nutzung 32TerraSAR-X – Utilization

Kommerzielle Nutzung 35Commercial Utilization

Missionsbetrieb 38Mission Control

Das TerraSAR-X-Bodensegment 38The TerraSAR-X Ground Segment

Ausblick 41Future Prospects

InhaltContent

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TerraSAR-X. Das deutsche Radar-Auge im AllThe German Radar Eye in Space

TerraSAR-X ist Deutschlands ersternationaler Fernerkundungssatellit,der in öffentlich-privater Partnerschaftzwischen dem Deutschen Zentrumfür Luft- und Raumfahrt (DLR) undder EADS Astrium GmbH mit erheb-licher finanzieller Beteiligung derIndustrie realisiert wurde. Er wirdfür die Dauer von mindestens fünfJahren hochwertige Radardaten fürdie wissenschaftliche Erdbeobach-tung liefern. Gleichzeitig soll der stetig steigende Bedarf der Privat-wirtschaft und der öffentlichen Handnach Fernerkundungsdaten für denkommerziellen Markt befriedigtwerden.

Der TerraSAR-X-Satellit wurde am 15. Juni2007 vom russischen WeltraumbahnhofBaikonur aus erfolgreich gestartet. Kurzdanach konnten die Inbetriebnahme desSatelliten sowie des Radar-Instrumentesplanmäßig abgeschlossen werden, so dassTerraSAR-X Anfang 2008 den operatio-nellen Betrieb aufnahm. Seitdem habender Satellit und das Instrument ihre außer-ordentliche Leistungsfähigkeit vielfachunter Beweis gestellt: Es wurden vieletausend Aufnahmen erfolgreich durchge-führt und zu Bildprodukten weiter verar-beitet, deren Qualität die ursprünglichenAnforderungen oft deutlich überschreitet.Besonders hervorzuheben ist die hoheStabilität des Sensors, die große Genauig-keit der Kalibrierung sowie die extremgute Positionsgenauigkeit der Produkte.Das erste Bildprodukt konnte in Rekord-zeit von 4 Tagen nach dem Start vorge-legt werden, seitdem zeichnet sich dieMission durch einen reibungslosenBetriebs- und Produktionsablauf aus.

Die folgenden Radaraufnahmen zeigenbeispielhaft einige der ersten Ergebnisseder TerraSAR-X-Mission.

TerraSAR-X is Germany’s first nationalremote sensing satellite that hasbeen implemented in a public-privatepartnership between the GermanAerospace Center (DLR) and EADSAstrium GmbH, with a significantfinancial participation from theindustrial partner. It will supply high-quality radar data for purposes ofscientific observation of the Earth fora period of at least five years. At thesame time it is designed to satisfythe steadily growing demand of theprivate sector for remote sensingdata in the commercial market.

The TerraSAR-X satellite was successfullylaunched from the Russian spaceportBaikonur on June 15th, 2007. Shortlyafter, the commissioning of the satelliteand the radar instrument could be com-pleted according to schedule thus enab-ling TerraSAR-X to start its operationalservice at the beginning of 2008. Sincethen the satellite and the instrumenthave proven their extraordinary perfor-mance in many cases. Many thousanddata takes were successfully acquiredand further processed into image pro-ducts, the quality of which often signifi-cantly exceeds the original requirements.The high stability of the sensor, the highprecision of calibration as well as theextremely good position accuracy mustbe emphasized. The first image could bepresented in record time four days afterlaunch, since then the mission can becharacterized by its smooth operationand productionprocess.

The following radar images exemplifysome of the first results of the TerraSAR-X mission.

Erste ErgebnisseRussland – westlich von Wolgograd

Das erste TerraSAR-X-Bild, das vomDeutschen Zentrum für Luft- und Raum-fahrt (DLR) in Oberpfaffenhofen am 19.Juni 2007 prozessiert wurde, zeigt eineRegion in der südrussischen Steppe, etwa500 Kilometer nordöstlich des SchwarzenMeeres und circa 50 Kilometer westlichvon Wolgograd.

Im Zentrum des Bildes ist derTsimlyanskoye-Stausee zu erkennen. Hier wird der Fluss Don aufgestaut unddas Wasser zur Stromgewinnung ge-nutzt. Etwa in der Mitte der Aufnahmegibt es eine Eisenbahnbrücke über denaufgestauten Fluss Don. Von dort ziehtsich eine Bahnlinie entlang dem linkenSeeufer durch das Bild.

Während der obigen Aufnahme herrsch-te dichte Bewölkung. Mit optischen Sen-soren wären unter diesen Bedingungenkeine Bilder entstanden. Außergewöhn-lich starker Niederschlag, etwa heftigeGewitterschauer, können aber selbst Ra-daraufnahmen beeinträchtigen. Ein der-artiges Ereignis ist im oberen rechten Bild-bereich als heller Schleier zu erkennen.

First ResultsRussia – west of Wolgograd

The first TerraSAR-X image processed bythe German Aerospace Center (DLR) inOberpfaffenhofen on June 19th, 2007shows a region in the South Russiansteppe, approx. 500 kilometers north-east of the Black Sea and approx. 50kilometers west of Wolgograd.

In the center of the image theTsimlyanskoye reservoir can be seen.Here the river Don is impounded and thewater is used for power generation.Approximately in the center of the imagea railroad bridge crosses the impoundedriver Don. From there, a railroad linealongside the left lakeside crosses theimage.

The above image was taken at thickcloud coverage. No images could havebeen generated with optical sensorsunder these conditions. However, extra-ordinarily heavy precipitation like heavythunder showers could even compromiseradar images. Such a result can be seenas a light fog in the upper right sectionof the image.

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Aufnahmedatum: 19. Juni 2007Originalauflösung: 3 Meter Modus: Stripmap ModePolarisation: HH Einfallswinkel: 51,7 Grad

Erste TerraSAR-X-Aufnahme:

Tsimlyanskoye-Stausee in Russland

First TerraSAR-X image:

Tsimlyanskoye Impounding Reservoir in Russia

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Sydney, Australien

Zu den besonderen Fähigkeiten desTerraSAR-X-Satelliten gehört der Spotlight-Modus, mit dem Bilder der Erdoberflächemit hoher Auflösung von bis zu einemMeter aufgenommen werden können.Hier wird eine hochaufgelöste „Spotlightrepeat pass“-Szene von Sydney gezeigt.Die Farben im Bild setzen sich aus Auf-nahmen vom 12. Januar 2008 (rot), 21. Dezember 2007 (grün) und 1. Januar2008 (blau) zusammen. Objekte, die sichzwischen den Aufnahmen nicht verän-dert haben, erscheinen weiß. Objekte,die nur auf einer der drei Aufnahmenerfasst wurden – wie das (grüne) Schiffnahe der Brücke – erscheinen in der je-weiligen Farbe für den entsprechendenAufnahmetag. Die Radar-Reflexion derWasseroberfläche ist bei den drei Auf-nahmen unterschiedlich, was die beson-deren Farbeffekte zur Folge hat. In derBildmitte ist die beeindruckende HarbourBridge in Sydney zu sehen.

Sydney, Australia

One of the special features of theTerraSAR-X satellite is the SpotlightMode, providing images of the Earth’ssurface with a high resolution of up toone meter. The image shows a high-resolution “Spotlight repeat pass“ scene of Sydney. The colors shown on theimage are composed of images takenon January 12th, 2008 (red), December21st, 2007 (green), and January 1st, 2008(blue). Objects that did not change between the data takes appear inwhite. Objects having been present only in one of the three takes – like the(green) ship near the bridge – appear inthe respective color used for this day.The radar reflection of the water surfaceis different for the three takes, whichresults in the special color effects. Inthe center of the image the impressiveHarbour Bridge in Sydney can be seen.

TerraSAR-X-Aufnahme von Sydney, Australien

TerraSar-X image of Sydney, Australia

Aufnahmedatum: 21. Dezember 2007 (grün) 1. Januar 2008 (blau)12. Januar 2008 (rot)

Originalauflösung: 1 MeterModus: HR Spotlight Mode Polarisation: HH Einfallswinkel: 21 Grad

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Frankfurt Airport

Another example for the capabilities ofthe Spotlight Mode is the image of theFrankfurt Airport as shown here. Theimage represents a combination of threedata takes at different points in time,each being encoded in a different color(September 18th, 2007 (red), September29th, 2007 (blue), and December 10th, 2007 (green)).

The airport terminals, airstrips and taxi-ways are clearly visible on the image. The prevailing activities at the airport are depicted by the color-coded objects,like aircraft, cars, and containers.

Dubai, The World Islands

Off the coast of Dubai, at a distance offour kilometers to Jumeirah, “The WorldIslands“ have been built for some years.Between the 7-star hotel Burj Al Araband Port Rashid near the first, also artifi-cial palm island “The Palm Jumeirah“,300 smaller islands, arranged in theshape of a world map, are being cre-ated on an area of 9 by 6 kilometers.The images of the “World Islands” takenby the TerraSAR-X satellite documentthe state of construction at the time ofthe data take in summer 2007. In par-ticular, the wave structures at sea are clearly visible. The upper image of the“Palm Jumeirah“ is an overlay of twodata takes at different times in June 2007(red) and April 2008 (green). The differ-ences are shown in blue and representthe changes that occurred in between.

Frankfurter Flughafen

Ein weiteres Beispiel für die Fähigkeitendes Spotlight Modus ist die hier abgebil-dete Aufnahme des Frankfurter Flugha-fens. Für das Bild wurden drei Aufnahmenzu unterschiedlichen Zeitpunkten kom-biniert, die jeweils unterschiedlich farb-lich verschlüsselt waren (18. September2007 (rot), 29. September 2007 (blau),10. Dezember 2007 (grün)).

Im Bild sind die Flughafengebäude, dieStart- und Landebahnen sowie die Taxi-ways gut erkennbar. Die am Flughafenherrschende Aktivität ist insbesonderedurch die farbig erscheinenden beweg-lichen Objekte wie Flugzeuge, Autos undContainer zu erkennen.

Dubai, The World Islands

Vor der Küste Dubais, vier Kilometer ent-fernt von Jumeirah, entstehen seit einigenJahren „The World Islands“. Zwischendem Siebensternehotel Burj Al Arab undPort Rashid nahe der ersten, ebenfallskünstlichen Palmeninsel „The PalmJumeirah“ entstehen auf einer Flächevon 9 mal 6 Kilometern 300 kleinere, inForm einer Weltkarte angeordnete Inseln.Die Aufnahme des TerraSAR-X-Satellitender „World Islands“ dokumentiert denAusbauzustand zum Zeitpunkt der Auf-nahme im Sommer 2007. Sehr gut sindinsbesondere auch Wellenstrukturen aufdem Meer zu erkennen. Die obere Ab-bildung der „Palm Jumeirah“ ist eineÜberlagerung zweier Aufnahmen zu unter-schiedlichen Zeitpunkten vom Juni 2007(rot) und April 2008 (grün). Unterschiedesind blau dargestellt und geben die Ver-änderungen in der Zwischenzeit wieder.

300 MHz – High Resolution Spotlight-Aufnahme des Flughafens Frankfurt

300 MHz – High Resolution Spotlight Image of the Frankfurt Airport

Aufnahmedatum: 18. September 2007 (rot) 29. September 2007 (blau) 10. Dezember 2007 (grün)

Originalauflösung: 1 Meter Modus: HR Spotlight Mode

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Aufnahmedatum: 26. Juni 2007 (rot), 7. April 2008 (grün) Differenz (blau)

Modus: Stripmap Mode Polarisation: VV

Aufnahmedatum: 7. Juli 2007Originalauflösung: 2 MeterModus: Spotlight ModePolarisation: HH

TerraSAR-X-Aufnahme der Palmeninsel „Palm Jumeirah“, Dubai

TerraSAR-X image of the palm island “Palm Jumeirah”, Dubai

TerraSAR-X-Aufnahme der „World Islands“, Dubai

TerraSAR-X image of the “World Islands”, Dubai

Messung der Eisbewegung des Drygalski

Gletschers aus TerraSAR-X-Daten

Measurement of the ice motion of the

Drygalski glacier from TerraSAR-X data

Aufnahmedatum: 21. November 2007 und 2. Dezember 2007

Farbkodierung: von schwarz (0.0 m/Tag) bis rot (10 m/Tag)

Originalauflösung: 3 MeterModus: Stripmap Mode Polarisation: HH

TerraSAR-X > AnwendungsbeispieleTerraSAR-X > Examples of Application

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Anwendungsbei-spiele und experi-mentelle ModiTerraSAR-X-Produkte können für eineVielzahl von Anwendungen genutzt wer-den. Darüber hinaus konnten inzwischenaber auch erste experimentelle Testauf-nahmen erfolgreich durchgeführt werden:Dazu gehören Aufnahmen im sogenann-ten Dual-Receive Antenna Mode, mit demu. a. Bewegungsmessungen gemacht alsauch voll-polarimetrische Daten erhobenwurden. Zudem konnte erstmals der so-genannte TOPS-Mode demonstriert wer-den, ein neues Verfahren, um Aufnahmenin besonders breiten Streifen mit hoherQualität aufzunehmen.

Beispiel Eisforschung

Der Drygalski Gletscher (1.050 Quadrat-kilometer) befindet sich an der Ostküsteder Antarktis oberhalb des früherenLarsen-A Eisschelfs, das im Januar 1995auseinanderbrach. Die Änderungen derEisdynamik in der Region nach diesemVorfall sind von besonderem Interesse.TerraSAR-X ermöglichte erstmals seit1995 die Messung der Eisbewegung desDrygalski Gletschers, die eine deutlicheZunahme des Eistransports zeigte.

TerraSAR-X trägt mit Datenaufnahmenüber den Polen im Rahmen verschiedenerwissenschaftlicher Vorhaben zum Inter-nationalen Polarjahr 2007-2008 bei, diedurch einzelne Wissenschaftler oder grö-ßere Gruppen wie die World Meteoro-logical Organization (WMO) koordiniertwerden.

Examples of Appli-cation and Experi-mental ModesTerraSAR-X products can be used for avariety of applications. Moreover, thefirst experimental data acquisitions havebeen successfully completed, amongthem data takes in the so-called Dual-Receive Antenna Mode, which allowsmotion measurements as well as fullypolarimetric data acquisitions. In addi-tion, the so-called TOPS-Mode could bedemonstrated for the first time, a newmethod for imaging particularly wideswathes with high quality.

Example Glaciology

The Drygalski glacier (1,050 square kilo-meters) is located on the east coast of theAntarctic Peninsula above the previousLarsen-A ice shelf which collapsed inJanuary 1995. The changes of ice dyna-mics in the region after this event are ofparticular interest. For the Drygalski glacierTerraSAR-X enabled for the first time since1995 the mapping of ice motion downto the glacier front showing a significantincrease of ice export.

TerraSAR-X contributes to the InternationalPolar Year (IPY) 2007-2008 with dataacquisitions over polar sites carried outwithin various science proposals, coordi-nated by individual scientists or largergroups like the World MeteorologicalOrganization (WMO).

Example Oceanography

Using TerraSAR-X images, the offshoreswell can be measured up to a wave-length of 10 meters. This allows, amongother things to track the accumulation ofthe swell, thus enabling conclusions toexisting underwater walls. On these wallsthe swell is broken and thus the under-water topography can be determined.The interaction of swell and current canbe tracked into the estuaries.

The picture shows a Spotlight Image of the entrance of the Bay of Melbourne. A groundswell of approx. 250 meters isapproaching the coast. The swell is re-duced by its interaction with the groundtopography and is diffracted towards thecoast. The diffraction patterns of the swellcan be seen at the entrance of the bay.

The diffraction rays have been layed overthe TerraSAR-X image. At coast sections,where the swell energy is concentrated,the streaking in the TerraSAR-X imagecaused by breaking of higher waves canbe measured.

Beispiel Meeresforschung

Mit TerraSAR-X-Bildern kann der Seegangküstennah bis zu einer Wellenlänge vonzehn Metern vermessen werden. Damitkann unter anderem das Auflaufen desSeegangs verfolgt werden, wodurchRückschlüsse auf vorhandene Unter-wasserwälle möglich sind. Auf diesenbricht sich der Seegang, damit kann dieUnterwassertopographie bestimmt wer-den. Die Interaktion von Seegang mit derStrömung kann bis in Flussmündungenhinein verfolgt werden.

Die Abbildung zeigt eine Spotlight-Auf-nahme des Eingangs in die Bucht vonMelbourne. Auf die Küste läuft eine etwa250 Meter lange Dünung zu. Der See-gang verkürzt sich durch seine Interaktionmit der Bodentopographie und wird aufdie Küste zu gebeugt. In der Einfahrt zurBucht sind die Beugungsmuster des See-gangs erkennbar.

Dem TerraSAR-X-Bild überlagert sind die Beugungsstrahlen des Seegangs. AnKüstenabschnitten, an denen sich dieSeegangsenergie konzentriert, ist dieVerstreifung im TerraSAR-X-Bild durchBrechung höherer Wellen vermessbar.

Beugung von Seegang an der Einfahrt in die

Bucht von Melbourne

Diffraction of swell at the entrance of the

Bay of Melbourne

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Beispiel Verkehrsdatenerfassung

In vielen Industrieländern sind heute Ver-kehrsinformationssysteme im Einsatz, dieden Verkehrsteilnehmern eine Optimie-rung der Routenwahl erlauben. Da diezugrunde liegenden Sensoren wie Induk-tionsschleifen, Kameras und Floating Carsjedoch oft nur lückenhaft bzw. punktuellzur Verfügung stehen, ist eine Verifizie-rung dieser Systeme von Interesse. Hierkann der TS-X wichtige Informationenliefern. Ebenso bei Naturkatastrophen,wo es um die Frage geht, welche Straßennoch befahrbar sind. Durch die weltwei-te Abdeckung des Satelliten besteht keinMangel an Einsatzgebieten.

Der hier abgebildete Szenen-Ausschnittliegt westlich von Dresden und wurdemit einem speziellen TerraSAR-X-2-Kanalmode (Dual-Receive AntennaMode) aufgenommen. Die Radardatendes rund 15 x 4 Kilometer großen Ge-biets sind mit dem TerraSAR-X-TrafficProcessor (TTP) automatisch verarbeitetworden. Er erlaubt eine Aufspürung undVermessung von bewegten Objekten. Indiesem Beispiel beschränkte sich die Ver-kehrsmessung auf die in Ost-West-Rich-tung verlaufende Autobahn A4. Es wur-den 293 Fahrzeuge, in der MehrzahlLKWs, automatisch erkannt und derenGeschwindigkeit bestimmt. Der insge-samt verarbeitete Streifen war mehr als40 Kilometer lang. Die Aufnahme ent-stand am Mittwoch, 22. April 2009 um7:17 Uhr Ortszeit.

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TerraSAR-X > AnwendungsbeispieleTerraSAR-X > Examples of Application

Example Traffic Monitoring

Today many industrial countries makeuse of traffic information systems allow-ing the traffic participants to optimizetheir selected route. Since the sensorsthey are based on, like induction loops,cameras and floating cars, are often limited or only sporadically available, a verification of these systems is required.Here, TS-X can provide valuable informa-tion. The same applies to natural disas-ters where it is important to know, whichroads are still fit for traffic. Due to theworldwide access of the satellite thereis no lack of application areas.

The scene detail depicted here is locatedwest of Dresden and has been taken bymeans of the special TerraSAR-X Dual-Receive Antenna Mode. The radar dataof the area covering about 15 x 4 kilo-meters have been automatically processedwith the TerraSAR-X Traffic Processor(TTP). It allows tracking and measurementof moving objects. In this particularexample the traffic measurement waslimited to the freeway A4 in east-west-direction. 293 vehicles, mostly trucks,were automatically recognized and theirvelocity was determined. The total stripprocessed was more than 40 kilometerslong. The image was taken on Wednes-day, April 22nd, 2009 at 7:17 a.m. localtime.

Verkehrsströme auf der A4 mit farblich kodierter

Geschwindigkeitsverteilung von Fahrzeugen

Traffic flows on the A4 with color coded velocity

distribution of vehicles

Voll polarimetrische TerraSAR-X-Aufnahme

nördlich von München

Fully polarimetric TerraSAR-X image north

of Munich

Aufnahmedatum: 6. August 2008Originalauflösung: 3 Meter Modus: Stripmap, voll polarimetrischer

Modus

Polarisation: rot=HH, grün=VV, blau=(HV+VH)/2

TerraSAR-X > AnwendungsbeispieleTerraSAR-X > Examples of Application

Beispiel vollpolarimetrischer Modus

Eine der ersten TerraSAR-X-Aufnahmenim experimentellen, voll polarimetrischenModus wurde ungefähr 130 Kilometernördlich von München in der RegionDeggendorf aufgenommen (das Bild istim Norden begrenzt durch die Donauund im Südosten durch die Isar). DasGebiet repräsentiert eine typische land-wirtschaftlich genutzte Gegend mit eini-gen kleinen Wäldern und kleineren Dör-fern. Die Nutzung der SAR Polarimetrieverbessert den Informationsgehalt derAufnahme, da es so möglich wird, ver-schiedene Streumechanismen innerhalbeiner Auflösungszelle zu unterscheiden.Außerdem ist das Verfahren sensitiv fürdie Geometrie und die Materialeigen-schaften der aufgenommenen Objekte.Dies kann sehr gut an dem farbigen Bildgezeigt werden, wo die verschiedenenPolarisationskanäle durch unterschiedlicheFarben dargestellt sind (rot=HH, grün=VVund blau=(HV+VH)/2). Die landwirtschaft-lichen Gebiete werden durch eine Viel-zahl unterschiedlicher Farben wiederge-geben, die verschiedenen Fruchtständenentsprechen: grüne Felder sind nicht bewachsen, rote Felder werden durchWechselwirkung zwischen dem Bodenund den Pflanzenhalmen verursacht undblaue Felder sind dicht bewachsen. Felder,in denen alle genannten Eigenschaften in einer Auflösungszelle auftreten, erschei-nen weiß.

Example Fully Polarimetric Mode

One of the first TerraSAR-X images ac-quired in the experimental fully polar-imetric mode has been taken in theregion of Deggendorf, approximately130 kilometers north of Munich (theimage is bordered in the north by theriver Danube and in the south-east bythe river Isar). The area represents a typicalregion for agricultural use with some smallforests and smaller villages. Using SARpolarimetry enhances the information con-tent of the image, since it is possible todifferentiate between the different scat-tering mechanisms within one resolutioncell. Moreover, the method is sensitive togeometries and material properties of theilluminated objects. This can be shownvery well by the colored image wherethe different polarization channels arerepresented by different colors (red=HH,green=VV, and blue=(HV+VH)/2). Theagricultural regions are depicted by avariety of different colors representingthe different crop growth status: greenfields are not covered with vegetation,red fields are caused by interactions be-tween the soil and the plant spears, andblue fields are abundantly covered withvegetation. Fields where all propertiesare present in one resolution cell appearin white.

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Beispiel TOPS-Modus

Der TOPS (Terrain Observation with Pro-gressive Scan) Modus ist ein neuer undviel versprechender SAR Modus zur Auf-nahme von sehr breiten Szenen, der vieleVorteile gegenüber dem bisher dafür ver-wendeten Standard-Modus ScanSAR be-sitzt. TOPS ist daher von der EuropäischenWeltraumorganisation (ESA) auch für ihrzukünftiges SAR System Sentinel-1 alsder Standard-Modus ausgewählt wor-den. Zwei TOPS-Aufnahmen wurdenüber einem flachen Gebiet mit hoherÜbereinstimmung aufgenommen. DasGebiet zeigt den Uyuni-See in Bolivien,einer der größten Salzseen der Erde. DieAufnahmen wurden am 10. und 21. Oktober 2007 durchgeführt. Die ersteAufnahme ist im linken Bild gezeigt. DasBild rechts zeigt das aus der Kombina-tion der beiden Aufnahmen erstellteInterferogramm. Mit TerraSAR-X wurdenTOPS-Modus sowie TOPS-Interferometriezum ersten Mal demonstriert.

Example TOPS Mode

The TOPS (Terrain Observation withProgressive Scan) mode is a new andpromising mode of wide swath SAR op-eration for future SAR satellite missionswhich overcomes the drawbacks of theactual standard wide swath modeScanSAR. TOPS has been selected as thebaseline mode for ESA’s coming Sentinel-1SAR system. Two TOPS data takes havebeen acquired over a flat and high coher-ent region. The chosen area is the Uyunisalt lake, Bolivia, one of the largest in theworld. The data takes were recorded onOctober 10th, 2007 and October 21st,2007. The first data take is shown onthe image on the left. The image on theright shows the interferogram generatedby combining both acquisitions. WithTerraSAR-X the TOPS mode and TOPSinterferometry were demonstrated forthe first time.

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TOPS Amplitudenbild des Uyuni Salzsees in Bolivien

TOPS amplitude image of the Uyuni salt lake, Bolivia

TOPS interferometrisches Phasenbild über dem Uyuni Salzsee, Bolivien

TOPS interferometric phase image over the Uyuni salt lake, Bolivia

Aufnahmedatum: 10. Oktober 2007Originalauflösung: 16 Meter Szenengröße: 74 Kilometer x 110 Kilometer Modus: experimentell TOPS

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Die MissionTerraSAR-XIn der heutigen Zeit sind Satelliten ausunserem Leben nicht mehr wegzuden-ken. Sei es der tägliche Wetterberichtmittels meteorologischer Satelliten, dieLive-Übertragung eines aktuellen Ereig-nisses aus entlegenen Teilen der Erdemittels moderner Kommunikationssatelli-ten oder die Positionsbestimmung vonSchiffen auf den Weltmeeren mittels derNavigationssatelliten: Diese inzwischenselbstverständlich gewordenen Dienstesind nur dank technologisch ausgefeilter,im Weltraum operierender Missionenmöglich.

Weltraumgestützte Sensoren werden aberauch für die Erdbeobachtung eingesetzt,etwa für die Erforschung von Verände-rungen in unserer Atmosphäre, für dieKlimaforschung, für die Beobachtungvon Vorgängen in unseren Weltmeeren,für geologische Untersuchungen und vieles mehr. Fernerkundungsdaten ausdem All ergänzen und komplettieren dabeierdgestützte Messungen. Unverzichtbarsind sie immer dann, wenn ein globalerBlick auf unsere Erde notwendig ist, wiezum Beispiel beim Wetter oder bei derBeobachtung der Eiskappen der Pole.

Mit dem neuen Radarsatelliten TerraSAR-Xwerden insbesondere die Landmassen derErde in Augenschein genommen. Dazugehören die Kartierung unserer Wald-flächen, die Erstellung und regelmäßigeAktualisierung von Landnutzungskarten,die Erfassung von Feldfruchtarten auflandwirtschaftlich genutzten Flächensowie die Erforschung und Überwachunggeologisch aktiver Gebiete wie Vulkan-und Erdbebenregionen. Mit der zuneh-menden technischen Leistungsfähigkeitder Sensoren lassen sich derartige Datenimmer präziser von Satelliten aus erheben.

The TerraSAR-XMissionToday it is difficult to imagine our lifewithout satellites. Whether the dailyweather report using meteorologicalsatellites, the live transmission of anongoing event from remote areas usingmodern communication satellites or thenavigation of ships on the world’s oceansby means of global positioning satellites:These services that in recent times havebecome part of our daily life are onlypossible thanks to technologically ad-vanced missions operating in space.

Sensors based in space are also used forEarth observation, be it for research intothe alterations taking place in our atmos-phere, for climate research, for the moni-toring of processes in our oceans, forgeological investigations, and much morebesides. Remote sensing data obtainedfrom space thus complement and com-plete Earth-based measurements. Theyare always essential if a global view ofour Earth is required, as is the case, forexample, with the weather, or with themonitoring of the polar ice caps.

With the new TerraSAR-X radar satellite,the land masses of the Earth are particu-larly closely inspected. This includes themapping of our forests, the generationand current updating of land utilizationmaps, the recording of derelict landareas and the estimation of the maturity-level of areas in agricultural use, as wellas the study and monitoring of geologi-cally active areas such as volcanic andearthquake regions. With the increasingtechnical capability of these sensors thiskind of data can be extracted from satel-lites with ever more precision.

TerraSAR-X > Die MissionTerraSAR-X > The Mission

Bei TerraSAR-X wird hierfür ein modernerRadarsensor benutzt, ein sogenanntes„Synthetic Apertur Radar“ (SAR). Es er-möglicht hoch auflösende Abbildungender Erdoberfläche. Ein SAR hat dabeigegenüber optischen Systemen einigeVorteile: Radar ist unabhängig von derBeleuchtung durch die Sonne, sodassMessungen rund um die Uhr durchge-führt werden können. Zudem ist einRadarsensor weitgehend unabhängigvon den Wetterverhältnissen wie zumBeispiel der Wolkenbedeckung. Diesträgt erheblich zur Verlässlichkeit desSystems bei, eine Eigenschaft, die vonvielen Nutzern zunehmend verlangt wird,da Daten oft zu einem genau definiertenZeitpunkt benötigt werden.

With TerraSAR-X a modern radar sensor isbeing used for this purpose, a so-called“Synthetic Aperture Radar“ (SAR). It isable to produce high-resolution imagesof the Earth’s surface, similar to photo-graphic equipment. A SAR has a numberof advantages compared with opticalsystems: for instance, radar is independ-ent of any illumination by the sun, sothat measurements can be made aroundthe clock at any time of day or night.Moreover, a radar sensor is to a largeextent independent of weather conditions,such as, for example, cloud coverage.This contributes significantly to the relia-bility of the system, a property that isincreasingly requested by many users,since data are often required at a certainpoint in time.

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Das Wilkins-Eisschelf in der Antarktis nach

dem Kollaps der Eisbrücke, aufgenommen

von TerraSAR-X am 6. April 2009

The Wilkins Ice Shelf in the Antarctic after

the ice bridge had collapsed, imaged by

TerraSAR-X on April 6th, 2009

ScientificExploitation

Satellite Control &Tasking

Image DataDown Link

Satellite Control

Ordering, Processing &Archiving

Regional Distribution

Direct AccessPartner

Direct AccessCustomer

Global Distribution

CommercialExploitation

Missionskonzept Mission Concept

TerraSAR-X > Die MissionTerraSAR-X > The Mission

Today, these kinds of capabilities are nolonger just of interest for scientific appli-cations – such data are also being askedfor increasingly on the commercial mar-ket. This is the reason why TerraSAR-X,Germany’s first national remote sensingsatellite, has been implemented in a so-called public-private partnership betweenthe German Aerospace Center (DLR) andEADS Astrium GmbH.

Public-Private PartnershipIn the past, space projects have beenalmost exclusively financed by the state,due to their high costs and global missionobjectives. They served primarily scientificobjectives, such as research into weight-lessness, processes in our Earth’s atmos-phere, or the state of the neighbouringplanets in our solar system. With the fur-ther technology development particularareas of space activities have also be-come of interest for the private market, so that in recent times, for example, theconstruction of telecommunication satel-lites has developed to become a purelyprivate business sector.

Today remotely sensed Earth data andthe information extracted from this dataare also increasingly required for privatesector applications alongside scientificutilization. It is therefore the objective of the national Earth remote sensing program to transfer the extraction of thistype of data in the long term to the pri-vate sector, and to open up a self-sup-porting, sustainable area of business.

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TerraSAR-X > PartnerschaftTerraSAR-X > Partnership

Derartige Fähigkeiten sind inzwischennicht mehr nur für wissenschaftliche An-wendungen interessant, auch auf demkommerziellen Markt werden solche Datenimmer häufiger nachgefragt. Aus diesemGrund wurde TerraSAR-X als erster deut-scher Fernerkundungssatellit in einer sogenannten öffentlich-privaten Partnerschaftzwischen dem Deutschen Zentrum fürLuft- und Raumfahrt (DLR) und der EADSAstrium GmbH realisiert.

Öffentlich-private-PartnerschaftIn der Vergangenheit wurden Weltraum-projekte wegen ihrer hohen Kosten undglobalen Missionsziele fast ausschließlichvom Staat finanziert. Sie dienten primärwissenschaftlichen Zielen, wie der Erfor-schung der Schwerelosigkeit, von Prozes-sen in unserer Erdatmosphäre oder desZustands der Nachbarplaneten in unse-rem Sonnensystem. Mit zunehmendemEntwicklungsstand werden spezielle Bereiche der Raumfahrt auch für den privaten Markt interessant, sodass sichinzwischen etwa der Bau von Telekom-munikationssatelliten zu einem rein pri-vatwirtschaftlichen Geschäftsfeld entwi-ckelt hat.

Heute werden auch Fernerkundungs-daten der Erde und daraus gewonneneInformationen neben der wissenschaft-lichen Nutzung zunehmend für privat-wirtschaftliche Anwendungen benötigt.Daher ist es das Ziel des nationalen Erd-erkundungsprogramms, die Erhebungderartiger Daten langfristig in privatwirt-schaftliche Hand zu überführen und einsich selbst tragendes, nachhaltigesGeschäftsfeld zu eröffnen.

TerraSAR-X wird mindestens fünf Jahrelang hochwertige Informationen über dieErdoberfläche liefern, die sich für eineFülle wissenschaftlicher wie auch kommer-zieller Anwendungen nutzen lassen. DieMission dient somit sowohl dem Interesseder deutschen Forschungspolitik wie auchdem der Wirtschaft. Daher wurde mitTerraSAR-X erstmals in Deutschland einRaumfahrtprojekt in öffentlich-privaterPartnerschaft unter erheblicher finanziellerBeteiligung der Industrie realisiert. Ziel ist die Kooperation gleichberechtigterPartner, in denen jeder einen ausgewoge-nen Beitrag leistet, um durch das gemein-same Projekt seinen eigenen Bedarf zubefriedigen.

Dieser Ansatz geht deutlich über die bisher genutzten Möglichkeiten der Auf-tragsvergabe mit staatlicher Finanzierunghinaus und beruht auf partnerschaftli-chem Projektmanagement. Beide Seiten

For at least five years TerraSAR-X willsupply high-quality information concern-ing the Earth’s surface that can be usedfor a wealth of both scientific and com-mercial applications. The mission is thusserving the interests of both the Germanresearch policy and the economy. Andwith TerraSAR-X a space project hasbeen implemented for the first time inGermany in a public-private partnershipwith significant financial contribution bythe industry. The objective is a coopera-tion between equal partners in whicheach provides a balanced contribution in order to satisfy its own requirementsthrough the joint project.

This formula clearly goes beyond theoptions previously used for placing con-tracts with state finance and is based onproject management conducted in part-nership. Both sides contribute resourceson the basis of their different objectives,

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bringen auf Grund ihrer unterschiedlichenZiele Ressourcen ein, führen das Projektgemeinsam durch und nutzen die Ergeb-nisse. Daraus ergibt sich der Vorteil, dasssich zugleich die Ziele der Wissenschafterfüllen lassen und parallel die industrielleVermarktung unterstützt wird. Damitwerden Projektinvestitionen gesichert, dieansonsten von einem Partner allein derzeitnicht finanzierbar wären.

Die Basis der Kooperation zwischen Staatund Wirtschaft bildet ein Kooperations-vertrag, den die Raumfahrt-Agentur desDLR und die EADS Astrium GmbH am 25.März 2002 unterzeichnet haben. Das DLRvergab damit den Auftrag für Entwick-lung, Bau und Start des Satelliten an EADSAstrium. Die Forschungsinstitute des DLRübernehmen den Aufbau eines Satelliten-betriebssystems sowie des Kalibrierungs-und des Bodensegments für den Empfangder Radardaten sowie deren Prozessie-rung, Archivierung, Kalibrierung undVerteilung. Das DLR ist außerdem ver-antwortlich für den fünfjährigen Betriebdes Satelliten.

EADS Astrium hingegen hat sich zumAufbau eines Vertriebssystems und zurKommerzialisierung der TerraSAR-X-Daten und Produkte durch die InfoterraGmbH, eine 100-prozentige Tochterge-sellschaft der EADS Astrium, verpflichtet.Gegen Gewährung der exklusiven, kom-merziellen Nutzungsrechte für die Terra-SAR-X-Daten hat sich EADS Astrium an den Entwicklungskosten des Satellitenbeteiligt. Darüber hinaus beteiligt sichEADS Astrium in der Betriebsphase um-satzabhängig an den Satellitenbetriebs-kosten des DLR und hat erhebliche Be-träge in den Aufbau des Vertriebssystemsund die Vermarktung der Satellitendatenund Produkte investiert. Bei erfolgreicherGeschäftsentwicklung wird die EADSAstrium GmbH zudem nach Ablauf derLebensdauer des Satelliten ein Nachfolge-system finanzieren und so die Nachhaltig-keit des Geschäfts sichern. Das DLR alsVertreter des Bundes bleibt Eigentümerder TerraSAR-X-Daten und koordiniertderen wissenschaftliche Nutzung.

conduct the project jointly and utilize theresults. From this the advantage arisesthat it is possible to fulfil the scientificobjectives while the industrial marketingis supported in parallel. In this way pro-ject investments are secured which onepartner alone would otherwise not beable to finance at the present time.

A cooperation agreement forms thebasis of the cooperation between thestate and the private sector – which wassigned on the 25th, March 2002 by the DLR space agency and EADS AstriumGmbH. DLR placed a contract for thedevelopment, assembly and launch ofthe satellite to EADS Astrium. The DLRresearch institutes are undertaking thedevelopment of the satellite operatingsystem as well as the ground segmentfor reception of the radar data as well asits processing, archiving, calibration anddistribution. Moreover, DLR is responsiblefor the operation of the satellite over aperiod of five years.

EADS Astrium, on the other hand, hascommitted itself to the development of a commercial service system and to thecommercialization of the TerraSAR-Xdata and products through InfoterraGmbH, a 100 % owned subsidiary ofEADS Astrium. In exchange for the exclu-sive commercial utilization rights for theTerraSAR-X data EADS Astrium contrib-uted to the development costs of thesatellite. Moreover, in the operationphase EADS Astrium is contributing tothe satellite operating costs of DLR andhas significantly invested in the develop-ment of the service system and the mar-keting of the satellite data and products.With achievement of a successful busi-ness development, EADS Astrium willalso finance a follow-up system at theend of the operational life of the firstsatellite and so secure the sustainabilityof the business. The DLR as the repre-sentative of the state remains the ownerof the TerraSAR-X data and coordinatesits scientific utilization.

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TerraSAR-X > PartnerschaftTerraSAR-X > Partnership

ScanSAR Mode

55°

514 km

550 km

550 km

190 km190 km

20°

55°

20° 55°

20°

Stripmap Mode

Spotlight Mode

Die Aufnahme-Modi von TerraSAR-X

Scanning Modes of TerraSAR-X Das Prinzip derSAR-TechnologieDas SAR-Prinzip geht auf das Jahr 1951zurück. Damals erreichte der IngenieurCarl Wiley bei Flugaufnahmen zum erstenMal eine hohe Auflösung mit einem Radar-system. Um dies zu ermöglichen, fügteer eine Phasenkorrektur für aufeinanderfolgende Radarimpulse ein, die gemäßdem Doppler-Effekt aus der relativen Be-wegung zwischen Radarantenne undAufnahmeobjekt abgeleitet war.

Bei einem Synthetik Apertur Radar (SAR)wird die Erdoberfläche mit kurzen, voneiner Radarantenne abgestrahlten Impul-sen „beleuchtet“. Der Radarimpuls wirdvon der Erdoberfläche reflektiert und dasso genannte Radarecho wird wieder mitder Antenne empfangen und aufgezeich-net.

Um eine hohe räumliche Auflösung zuerzielen, wird ein technischer Trick ange-wendet: Der Satellit mit dem SAR-Instru-ment bewegt sich mit hoher Geschwin-digkeit über der Erdoberfläche. Währenddes Überflugs werden die Echos vielerabgestrahlter Radarimpulse aufsummiert.

The Principle ofSAR TechnologyThe SAR principle goes back to the year1951. At that time the engineer CarlWiley achieved for the first time high-resolution images with a radar system in flight. To make this possible he intro-duced a phase correction for successiveradar pulses that was derived from therelative movement between the radarantenna and the object to be imaged in accordance with the Doppler effect.

With a Synthetic Aperture Radar (SAR)the Earth’s surface is “illuminated“ withshort pulses radiated by a radar antenna.The radar pulse is reflected from theEarth’s surface, and the so-called radarecho is again received by the antennaand recorded.

In order to achieve a high spatial resolu-tion a technical trick is applied: The satel-lite with the SAR instrument moves athigh velocity over the Earth’s surface.During the overflight the echoes of manyradiated radar pulses are summarized.The result is equivalent to a very largeradar antenna (synthetic aperture), pro-portional to the distance the satellite travelled in this period of time. With thistechnique the spatial resolution is in-creased in the flight direction, since itdepends upon the size of the antenna.

A SAR system like TerraSAR-X can beoperated in different imaging modes, inorder to achieve various results. In mostcases the so-called Stripmap Mode is used.In this mode a carrier vehicle with a SARsystem moves along a flight path, with afixed radar beam illuminating a targetarea underneath at an inclined angle. Animage is taken within a strip, the lengthof which corresponds to the distancethat has been overflown. The radar pul-

SAR-Technologie und GeschichteSAR Technology and History

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Dieses kommt fiktiv einer sehr großenRadarantenne gleich (synthetische Aper-tur), in Abhängigkeit von der in dieserZeit zurückgelegten Entfernung. Mit die-sem Verfahren wird die räumliche Auf-lösung in Flugrichtung erhöht, da diesevon der Antennengröße abhängt.

Ein SAR-System wie TerraSAR-X kann manin verschiedenen Aufnahmearten betrei-ben, um unterschiedliche Ergebnisse zuerzielen. In den meisten Fällen benutztman den so genannten Streifenmodus.In diesem Modus bewegt sich ein Trägermit einem SAR-System auf einer Flugbahn,wobei ein feststehender Radarstrahl einZielgebiet schräg nach unten beleuchtet.Es wird ein Streifen abgebildet, dessenLänge der überflogenen Strecke ent-spricht. Die Radarimpulse werden dabeinicht senkrecht nach unten, sondernschräg zur Erdoberfläche ausgestrahlt.Dadurch können weiter vom Radar ent-fernt liegende Punkte durch Laufzeitmes-sungen von nahen Punkten unterschiedenwerden, da das Radarsignal auf seinemWeg von der Antenne zum Zielpunkt undzurück für die größere Entfernung mehrZeit benötigt. Die schräge Abbildungs-geometrie erlaubt die Umrechnung dergemessenen Laufzeit in eine Position amBoden. Typische Einfallswinkel liegen imBereich zwischen 20 und 60 Grad.

Der ScanSAR-Modus wird in satellitenge-tragenen SAR-Systemen eingesetzt, umdie dort existierende Beschränkung derStreifenbreite durch alternierendes Ab-tasten mehrerer Teilstreifen zu überwin-den. Dazu wird der Radarstrahl quer zurFlugrichtung gesteuert, wodurch einegrößere Streifenbreite bei reduzierter Auflösung erreicht wird.

Der Spotlight-Modus ermöglicht eine sehrhohe geometrische Auflösung in Flugrich-tung. Bei diesem Modus wird der Radar-strahl in Flugrichtung so gesteuert, dasswährend der gesamten Datenaufzeich-nung das gleiche Zielgebiet beleuchtetwird. Dadurch erreicht man eine erhöhteZiel-Beleuchtungszeit und somit einehohe Auflösung in Flugrichtung.

ses are not radiated vertically downward,but at an inclined angle to the Earth’ssurface. This allows to distinguish targetpoints with different distances perpen-dicular to the flight direction of the radarby transit time measurements. This isbecause the radar signal travels a longertime for the greater distance on its jour-ney from the antenna to the target pointand back. The inclined imaging geometryallows the conversion of the measuredtransit time into a position on the ground.Typical angles of incidence are lying inthe range between 20 and 60 degrees.

The ScanSAR Mode is used in satellite-based SAR systems to overcome the limi-tation of the strip width by alternatelysampling a number of component strips.For this purpose the radar beam is steer-ed perpendicular to the flight direction,which allows to image a wider strip withreduced resolution.

The Spotlight Mode allows to achieve avery high geometric resolution in theflight direction. In this mode the radarbeam is steered in flight direction in away that the same target region is illu-minated during the whole of the datarecording sequence. In this way anincreased target illumination time isachieved and with it a high resolution in the flight direction.

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SAR > TechnologieSAR > Technology

Stripmap-Modus

Stripmap Mode

ScanSAR-Modus

ScanSAR Mode

Spotlight-Modus

Spotlight Mode

Geschichte desSAR-EinsatzesDer erste zivile SAR-Satellit, SEASAT,wurde 1978 von der NASA gestartet,musste aber wegen einer Fehlfunktionseinen Betrieb bereits nach wenigenWochen wieder einstellen. Seitdem wurdeeine Reihe von meist erfolgreichen SAR-Missionen durchgeführt, darunter in den90er-Jahren die ERS-Missionen der Euro-päischen Weltraumorganisation ESA, bishin zum ASAR-Instrument auf dem euro-päischen ENVISAT-Satelliten, der 2002gestartet wurde und bis mindestens2013 in Betrieb sein soll.

Spätestens seit der ESA-Mission ERS-1 istdie Erdbeobachtung mit Radarsensorenauch eine bedeutende Kernkompetenzder deutschen Weltraumwissenschaft. ERS-1 hatte sich bei der Erdbeobachtungnoch auf eine einzige Wellenlänge be-schränkt. In Kooperation mit Italien undden USA wurde das Radarsystem derartweiterentwickelt, dass eine Beobachtungder Ozeane und Landmassen gleichzeitigmit mehreren Wellenlängen möglich wur-de, was sinnbildlich dem Übergang vonder Schwarzweiß- zur Farbfotografie oderder Einführung von „Farbradaren“ ent-spricht. Während die Radarimpulse desamerikanischen Systems SIR-C („ShuttleImaging Radar-C“) im L-Band (24,2 Zen-timeter Wellenlänge) und C-Band (5,7Zentimeter) beispielsweise in den Wald-boden eindringen können und Feuchtig-keitsmessungen ermöglichen, könnenmithilfe des im X-Band (3,1 Zentimeter)arbeitenden deutsch-italienischen X-SAR(„X-Band Synthetik Apertur Radar“) Baum-kronen sondiert werden, um etwa ihrenVerdunstungsgrad zu messen. Damitkonnte das Gerät, das von den FirmenDornier System und Alenia Spazio ge-baut wurde, im Rahmen des internatio-nalen Programms „Mission zum Plane-ten Erde“ besonders zur Untersuchungder Vegetation und ihrer Veränderungeneingesetzt werden.

ERS-1 (1991–2000)

SEASAT (1978)

History of SAR UseThe first civil SAR satellite, SEASAT, waslaunched in 1978 by NASA, but due to amalfunction its operation had to be ter-minated after just a few weeks. Sincethat time a series of SAR missions havebeen conducted, most of which havebeen successful, amongst them the ERSmissions of the European Space Agency(ESA) in the 1990s, and including theASAR instrument on the European ENVI-SAT satellite, which was launched in2002 and should be in operation until atleast 2013.

Since ESA’s ERS-1 mission at the latest,Earth observation using radar sensors has also been an important core capabili-ty of German space science. ERS-1 was,however, limited in its observation of theEarth to a single wavelength, and radarsystems have since been developed fur-ther in collaboration with Italy and theUSA to feature multiple wavelengths,comparable to a step from black & whiteto colored photography or ”coloredradar waves“. With this system, namedSIR-C/X-SAR (”Shuttle Imaging Radar-C/X-band Synthetic Aperture Radar“), ithas been possible to investigate oceansand landmasses at several wavelengthsat the same time. The radar pulses of the American SIR-C system in the L-band(24.2 centimeters wavelength) and C-band(5.7 centimeters) can, for example, pene-trate to the forest floor and provide mois-ture measurements, while with the aid ofthe German-Italian X-SAR working in theX-band (3.1 centimeters) treetops can beprobed in order to measure their levelsof evaporation, for example. Thus theequipment that was built by the DornierSystem and Alenia Spazio companiescould be used within the framework ofthe international ”Mission to Planet Earth“program, in particular, for the investiga-tion of vegetation and the changes thatit undergoes.

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Getestet wurden die Instrumente erstmalsauf einer zehntägigen Shuttle-Mission imApril 1994 (SIR-C/X-SAR; STS-59), als ausder Ladebucht des Raumtransporters diezwölf Meter lange und rund vier Meterbreite Radarantenne auf die Erdoberflächegerichtet wurde. Forschungsgebiete warenhierbei der globale Kohlenstoffzyklus, alsodie Veränderung der Vegetationsdecke,der Wasserzyklus, die ozeanische Zirku-lation und schließlich der Austauschpro-zess zwischen Ozeanen und Atmosphäre.Für die wissenschaftlich-technische Erpro-bung stellte die NASA den Mitflug aufdem Space Shuttle und die Mitbenutzungihrer Radareinrichtung kostenlos zur Ver-fügung. Ein zweiter Flug fand im Okto-ber desselben Jahres statt (STS-68), sodassvergleichende Messungen zu unterschied-lichen Jahreszeiten durchgeführt werdenkonnten.

Fortgesetzt und wesentlich erweitertwurde die Radarbeobachtung der Erdeim Februar 2000 mit der „Shuttle RadarTopography Mission“ (SRTM; STS-99),bei der ein digitales, dreidimensionalesHöhenmodell der Erde zwischen dem 60.nördlichen und südlichen Breitengrad mithoher Auflösung erstellt wurde. Bis zumStart des Space Shuttles Endeavour gabder beste globale Datensatz nur alle 1.000Meter einen auf 100 Höhenmeter genau-en Punkt an. Die SRTM-Sensoren solltendies auf 30 Meter bei einer Genauigkeitvon sechs Höhenmetern verbessern.Hierfür wurde die Erdoberfläche erstmalsgleichzeitig aus zwei unterschiedlichenPerspektiven durch das deutsch-amerika-nische Radarsystem ins Visier genom-men, zum einen aus der Ladebucht desRaumtransporters, zum anderen durcheine zusätzliche, am Ende eines 60 Meterlangen Mastes angebrachte Radaran-tenne. Aufgabe der sechs an Bord befind-lichen Astronauten, unter ihnen derDeutsche Dr. Gerhard Thiele, war hierbeidie präzise Ausrichtung der Radarsensorensowie die Überwachung der Datenauf-zeichnung mit einem Umfang von gutzwölf Terabyte.

SIR-C/X-SAR (1994)

The instruments were tested for the firsttime on the 10-day shuttle mission inApril 1994 (SIR-C/X-SAR; STS-59), as fromthe cargo bay of the shuttle the radarantenna, 12 meters long and about 4meters wide, was directed towards theEarth’s surface. The research fields herewere the global carbon cycle, or in otherwords the changes to vegetation cover,the water cycle, the oceanic circulationsand finally the exchange processes be-tween the oceans and the atmosphere.For the scientific-technical investigationNASA offered the flight opportunity onthe Space Shuttle and joint use of itsradar equipment. A second flight tookplace in October of the same year (STS-68)so that comparative measurements couldbe carried out for the different seasons.

The radar observation of the Earth wasprogressed and significantly expanded inFebruary 2000 with the ”Shuttle RadarTopography Mission“ (SRTM; STS-99), inwhich a digital three-dimensional heightmodel of the Earth was generated be-tween the 60° latitudes north and southwith high-resolution. Before the launchof the Space Shuttle Endeavour the bestglobal data set provided only one meas-urement point every 1,000 meters with a height accuracy of 100 meters. TheSRTM sensors were to improve this to 30 meters with a height accuracy of 6 meters. To allow this, the Earth’s surfacewas targeted for the first time from twodifferent perspectives by the German-American radar system – on the one handfrom the cargo bay of the shuttle, on theother hand by an additional radar antennafitted to the end of a 60 meters longmast. Here the task of the six astronautson board, amongst them the GermanDr. Gerhard Thiele, was the precise align-ment of the radar sensors as well as themonitoring of the data recording with acapacity of a good 12 terabytes.

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SAR > GeschichteSAR > History

ERS-2 (seit/since 1995)

Mit der Teilnahme an der SRTM-Missionwurde Deutschland der frühzeitige Zu-gang zu dem neuen Datensatz, der füralle Zweige der Erderkundung von höchs-tem Interesse war, ermöglicht. Die Mis-sion stellte einen Meilenstein auf demWeg zu operationellen SAR-Systemenund deren kommerzieller Nutzung dar:etwa in den Bereichen Mobilfunk (Funk-wellenausbreitung), Navigation, Wasser-wirtschaft, Katastrophenmanagement(Vorsorge, Einsatz, Bilanz), Verkehrsinfra-strukturplanung, Wettervorhersage oderKlimamodellierung.

Dank exakter Informationen über dieKontur der Erde können Wissenschaftlerbeispielsweise vorhersagen, entlang wel-cher Wege das Wasser auf der Oberflächeunseres Planeten fließt. Durch „virtuellesFluten“ der digitalen Landschaft am Com-puter lassen sich die Auswirkungen langandauernder Regenfälle simulieren undÜberschwemmungen beziehungsweisederen Auswirkungen auf die Umwelt vor-hersagen. Mit Computermodellen vonFlüssen und ihren Stromgebieten könnenauch Voraussagen über die Verfügbarkeitvon Wasser getroffen werden – eineMöglichkeit, die Lebenssituation in denwasserarmen Regionen dieser Welt zuverbessern.

Die Kombination von genauen Höhen-daten mit Informationen über den Be-wuchs und vom Menschen erschaffeneOberflächenstrukturen wie Straßen undGebäude hilft Konstruktionsfirmen, bei-spielsweise Stromleitungen, Öl-Pipelines,aber auch Eisenbahnlinien oder Brückenam Computer zu planen. Die digitale

With this participation on the SRTM mission Germany was able to gain earlyaccess to the new dataset that was ofthe greatest interest for all branches ofEarth observation. The mission represent-ed a milestone on the way to operationalSAR systems and their commercial utiliza-tion: for example in the sectors of mobiletelephone systems (propagation of radiowaves), navigation, water management,disaster management (provision ofresources, deployment, balance), trafficinfrastructure planning, weather fore-cast or climate modelling.

Thanks to exact information concerningthe contours of the Earth, scientists can,for example, predict along which routesthe water flows on the surface of ourplanet. By means of ”virtual flooding“ ofthe digital landscape on the computer itis possible to simulate the effects of longduration rainfalls and to predict floodedareas and their effects on the environ-ment. With computer models of riversand their basins predictions of wateravailability can also be made – one possi-ble means for improving the life situationin the regions of this world that sufferfrom water shortage.

The combination of exact height datawith information concerning the naturalcover and the surface structures createdby people, such as streets and buildings,helps construction companies for exam-ple to plan power lines, oil pipelines, andalso railway lines and bridges on thecomputer. Here the digital map replacesor supports the land surveyor on site.With the aid of a landscape model mo-bile telephone companies can simulatethe propagation of the radio waves anddetermine the optimum positions fortheir antenna masts. While still in theplanning phase it is possible to expose“radio holes“ and remove these by careful positioning of the masts.

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SRTM-Instrument mit Mast in der Ladebucht

des Space Shuttle

SRTM radar including mast in the shuttle

cargo bay

SAR > GeschichteSAR > History

Karte unterstützt damit den Landver-messer vor Ort. Mobilfunkunternehmenkönnen mithilfe eines Geländemodellsdie Ausbreitung der Funkwellen simulierenund die optimale Position ihrer Antennen-masten bestimmen. Schon in der Planungs-phase lassen sich „Funklöcher“ aufdeckenund durch eine günstige Positionierungder Masten beseitigen. Störungen entste-hen etwa durch Reflexionen der Radio-wellen an Bauwerken oder Bergen. Sieverhindern den Empfang der Signale, diesich geradlinig ausbreiten. Schon heutewarnen Navigationssysteme den Piloten,wenn sein Flugzeug sich unbeabsichtigtdem Erdboden oder einem Hindernisnähert. Je präziser die Geländemodelle,die diesen Systemen zu Grunde liegen,desto früher und zuverlässiger ist eineWarnung möglich. Wissenschaftler desDLR arbeiten zurzeit an Systemen, die im Cockpit eine künstliche Außensichtschaffen. Damit sehen die Piloten aufihren Bildschirmen auch bei Nacht oderin dichter Bewölkung jedes Detail derüberflogenen Landschaft, die zuvor aufBasis von digitalen Höhenmodellen imBordcomputer gespeichert wird.

Disturbances are caused, for example, bythe reflections of radio waves from build-ings or hills. They prevent reception ofthe signals, which propagate in straightlines. Today navigation systems alreadywarn the pilot if his aircraft unintention-ally approaches the ground or an obsta-cle. The more precise the landscapemodel that forms the basis of these sys-tems, the earlier and more reliable is thewarning that is possible. Scientists of theDLR are working at the present time onsystems that can generate an artificialexternal view in the cockpit. With suchsystems the pilots can see on theirscreens every detail of the landscapewhich they are overflying, even at nightor in thick cloud cover, the landscapehaving previously been stored in the on-board computer on the basis of digitalheight models.

SAR-Missionen SAR Missions

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SAR > MissionenSAR > Missions

Mission Name Agency Frequency Band Dates

SEASAT SEASAT NASA (USA) L-band 1978

ERS-1 European Remote Sensing Satellite-1 ESA (Europe) C-band 1991-2000

J-ERS-1 Japanese Remote Sensing Satellite NASDA (J) L-band 1992-1998

SIR-C/X-SAR Spaceborne Imaging Radar-C/ NASA/DLR/ASI L-, C-, X-bands 1994X-band Synthetic Imaging Radar

RADARSAT-1 RADARSAT-1 CSA (CAN) C-band 1995-present

ERS-2 European Remote Sensing Satellite-2 ESA C-band 1995-present

SRTM Shuttle Radar Topography Mission NASA/DLR C-, X-bands 2000

ENVISAT/ASAR ENVISAT ESA C-band 2002-present

ALOS/PALSAR Advanced Land Observing Satellite JAXA (J) L-band 2005-present

SAR-Lupe SAR-Lupe BMVg (D) X-band 2006-present

TerraSAR-X TerraSAR-X DLR/Astrium (D) X-band 2007-present

CosmoSkymed CosmoSkymed ASI (I) X-band 2007-present

RADARSAT-2 RADARSAT-2 CSA C-band 2007-present

TanDEM-X TanDEM-X DLR/Astrium (D) X-band 2009

Höhenmodell des Cotopaxi in Ecuador aus

SRTM Daten

Elevation model of the Cotopaxi in Ecuador

from SRTM data

Der etwa 1,3 Tonnen schwere TerraSAR-X-Satellit baut auf dem Flexbus-Konzeptder EADS Astrium GmbH auf und nutztweitestgehend die Erfahrungen aus denerfolgreichen Missionen CHAMP undGRACE.

Der circa 5 Meter hohe und 2,4 Meterdurchmessende Satellitenbus weist eineStruktur mit sechseckigem Querschnittauf. Eine der sechs Seiten trägt die 5Meter lange und 80 Zentimeter breiteRadarantenne. Die Elektronikboxen desSAR-Instruments sowie des Satelliten-busses sind ebenfalls auf den Seitenflä-chen der Struktur untergebracht, genau-so wie der 5,25 Quadratmeter großeSolargenerator des Satelliten, der dieEnergieversorgung über Gallium-Arsenit-Solarzellen sicherstellt.

Die vom SAR-Instrument aufgezeichnetenDaten werden über eine Downlink-An-tenne zu einer Empfangsstation am Bodenübertragen. Diese ist an einem 3,3 Meterlangen Mast befestigt, um Störungendurch die Radar-Antenne zu vermeiden.Dieser Mast ist während des Starts einge-klappt und wird erst nach Aussetzen desSatelliten in der Umlaufbahn ausgefah-ren. Er erlaubt die gleichzeitige Datenauf-nahme und -weiterleitung zum Boden.

Die hochgenaue Lageregelung des Satelliten wird über Sternsensoren reali-siert, die nahe der Radarantenne mon-tiert sind, sodass die geforderte hoheAusrichtgenauigkeit der Antenne von 65Bogensekunden erreicht werden kann.Eine präzise Orbitbestimmung wird übereinen an Bord befindlichen GPS-Empfän-ger ermöglicht.

The approximately 1.3-ton TerraSAR-Xspacecraft is based on the EADS AstriumFlexbus-concept and has an extensive her-itage from the successful CHAMP andGRACE missions.

The 5 meters long and 2.4 meters widesatellite bus features a structure with ahexagonal cross-section. One of the sixsides carries the 5 meters long and 80centimeters wide radar antenna. Theelectronic boxes of the SAR instrumentand the satellite bus are also fitted onthe side faces of the structure, in just thesame way as the satellite’s solar gener-ator, 5.25 square meters in size, whichensures the supply of energy by meansof gallium arsenide solar cells.

The data recorded by the SAR instrumentare transferred via a downlink antennato the ground receiving station. Theantenna is secured to a 3.3 meters longmast in order to avoid interferencescaused by the radar antenna. The mast isfolded up during the launch and is onlyextended after positioning of the satelliteinto its orbit. It allows simultaneousacquisition of new data by the radar andtransmission of previously stored data tothe ground.

The high accuracy position control of thesatellite is implemented by means of starsensors that are installed near the radarantenna, so that the required high accu-racy of the antenna alignment of 65 arcsecs can be achieved. A GPS receiverlocated on board enables a precise determination of the orbit.

Der SatellitThe Satellite

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TerraSAR-X-Satellit während

der Testkampagne

TerraSAR-X satellite during

test campaign

Downlinkantenna Solar generator

SAR antenna

Konstruktionszeichnung, TerraSAR-X

Technical drawing, TerraSAR-X

Primäre Nutzlast:Das SyntheticApertur Radar(SAR)Primäre Nutzlast ist ein Synthetic AperturRadar (SAR) mit aktiver Antenne, welchedie Verwendung verschiedener Aufnah-memethoden erlaubt und sehr flexibeleinsetzbar ist. Mit Radarinstrumentenkönnen unterschiedliche Frequenzbe-reiche des Radarspektrums beobachtetwerden, so genannte Bänder. TerraSAR-Xwird im X-Band betrieben, das bei einerFrequenz von 9,65 GHz liegt, was einerWellenlänge von etwa 3 Zentimeternentspricht.

Die Technologie der aktiven, phasenge-steuerten Antenne ermöglicht eine hoheFlexibilität und Missionseffizienz. Wäh-rend bei passiven Systemen der gesamteSatellit gedreht werden muss, um die An-tenne auf das Zielgebiet auszurichten,kann die aktive Antenne von TerraSAR-Xdie Radarimpulse gezielt in eine bestimm-te Richtung lenken und empfangen. DieAntenne ist 4,80 Meter lang und 80Zentimeter breit. Der Satellit ist so kons-truiert, dass er mitsamt Antenne in vollerGröße auf der Trägerrakete montiertwerden kann. Dadurch kann auf einenaufwändigen Entfaltungsmechanismusverzichtet werden.

Die TerraSAR-X-Antenne kann in zweiPolarisationen, H (horizontal) und V (ver-tikal) operieren und besteht aus zwölfPaneelen mit jeweils 32 Hohlleiterschlitz-strahlern. Jeder dieser Strahler ist miteinem Transmit/Receive Modul (TRM)ausgestattet, sodass die Gesamtantenneaus 384 TRMs besteht. Dies erlaubt eineSteuerung des Radarstrahls um 0,75 Gradin Flugrichtung und 20 Grad quer zurFlugrichtung. Die aufgenommenen Datenwerden in einem Massenspeicher mit256 Gbit Kapazität abgelegt, bevor sieüber ein 300 Mbit/s X-Band-System zurBodenstation übertragen werden.

Eins von zwölf Elementen der Radarantenne

One of 12 modules of the radar antenna

Einer von 384 Hohlleiterschlitzstrahlern der

Radarantenne

One of 384 slotted waveguide elements of

the radar antenna

Primary Payload:the SyntheticAperture Radar(SAR)The primary payload is a SyntheticAperture Radar (SAR) with an activeantenna that allows for the utilization of different imaging modes and can beused in a very flexible manner. With radarinstruments various frequency ranges ofthe radar spectrum can be observed, theso-called bands. TerraSAR-X is operatedin the X-band, which is lying at a fre-quency around 9.65 GHz, correspondingto a wavelength of about 3 centimeters.

The technology of the active, phase-con-trolled antenna enables a high flexibilityand mission efficiency. While in case ofpassive systems the whole radar antennaor even the satellite must be rotated inorder to align the antenna onto the tar-get area, the active antenna of TerraSAR-Xcan steer its radar pulses in a certain direc-tion. The antenna is 4.80 meters long and80 centimeters wide. The satellite is desi-gned in a way that it can be installed,together with its antenna at its full size,on the launch vehicle. In this way a com-plex unfolding mechanism can be avoi-ded.

The TerraSAR-X radar can operate in twopolarizations, H (horizontal) and V (vertical)and consists of 12 antenna panels, eachequipped with 32 slotted waveguideradiators. Each of these waveguides isfitted with a transmit/receive module(TRM), so that the whole antenna con-sists of 384 TRMs.

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Der Satellit > Primäre NutzlastThe Satellite > Primary Payload

Die aktive Antenne erlaubt es, unter-schiedliche Aufnahmemethoden zu nutzen, zwischen denen sehr schnellumgeschaltet werden kann:

- Im Spotlight-Modus erfasst das Radar-bild ein Gebiet von fünf bis zehn malzehn Kilometern Größe. Dabei wirdeine maximale Auflösung von bis zueinem Meter erreicht.

- Im Stripmap Mode tastet der Satelliteinen Streifen von 30 Kilometern Breiteund einer maximalen Länge von 1.500Kilometern ab. Die Auflösung beträgt drei Meter.

- Im ScanSAR Mode wird ein Streifen von 100 Kilometern Breite und 1.500Kilometern maximaler Länge mit einerAuflösung von 18 Metern abgetastet.

Die Elemente des SAR-Instruments sindredundant ausgelegt, das heißt, es exis-tieren zwei voll funktionale Elektronik-ketten. Dies erlaubt ein neues Konzept,das die gleichzeitige Aktivierung beiderKetten vorsieht. Dieses experimentelleBetriebsszenario wird „Dual ReceiveAntenna“ (DRA) Mode genannt, wobeidie Antenne elektrisch in zwei Hälftengeteilt wird und die empfangenen Datenseparat aufgezeichnet und ausgewertetwerden. Hierdurch wird es möglich, inte-ressante neue Techniken anzuwenden,wie die Along-Track Interferometrie, dievoll polarimetrische Datenerfassung oderdie Steigerung der geometrischenAuflösung. Die Along-Track Interferome-trie erlaubt unter anderem das Erkennenvon bewegten Objekten, wie zum Beispielvon Autos oder Schiffen. Diese Anwen-dung ist besonders interessant für dieVerkehrsforschung, aber auch für die Un-tersuchung etwa von Meeresströmungen.

This allows the control of the radar beamby 0.75° in the flight direction and 20°perpendicular to the flight direction. Thedata received are stored in a mass storagesystem with a 256 Gbit capacity beforethey are transmitted via a 300 Mbit persecond X-band system to the ground station.

The active antenna enables differentimaging methods to be used with veryfast switching between them:

- In the Spotlight Mode the radar imagerecords an area of 5 to 10 by 10 kilo-meters size. In this manner a maximumresolution of up to one meter isachieved.

- In the Stripmap Mode the satellite images a strip of 30 kilometers widthand a maximum length of 1,500 kilo-meters. The resolution is 3 meters.

- In the ScanSAR mode a strip of 100kilometers width and 1,500 kilometersmaximum length is scanned with aresolution of 18 meters.

The elements of the SAR instrument aredesigned fully redundant, which meansthat two fully functional sets of electron-ic boxes exist. This allows to utilize a newconcept that envisages the simultaneousactivation of both chains. This experi-mental operating scenario is called “DualReceive Antenna“ (DRA) mode, in whichthe antenna is electrically separated intotwo halves, and the data received areindependently recorded and evaluated.In this way it is possible to apply interest-ing new techniques such as Along TrackInterferometry, fully polarimetric datarecording, or an increase in geometricresolution. Along Track Interferometryallows, amongst other things, the detec-tion of moving objects such as, for exam-ple, cars or ships. This application is ofparticular interest both for traffic re-search, and also for the investigation of ocean currents, for example.

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Vergleich der Auflösung der verschiedenen

Aufnahmemethoden

Comparison of the Spatial Resolution for

the different Modes of Operation

Der Satellit > Primäre NutzlastThe Satellite > Primary Payload

Sekundäre Nutz-lasten: LCT und TORNeben dem SAR-Instrument fliegen zweisekundäre Nutzlasten auf TerraSAR-X.

Das Laser Communication Terminal(LCT)

Das LCT ist ein Technologie-Demonstrator,der zur In-Orbit-Verifikation einer schnellenoptischen Datenübertragung im Weltraumeingesetzt wird. Mit dem vom DLR finan-zierten und von der Firma TESAT gebau-ten Instrument konnte erstmals ein repro-duzierbarer Datenaustausch zwischenden zwei niedrig fliegenden SatellitenTerraSAR-X und NFIRE mit einer Übertra-gungsrate von 5,5 Gigabit pro Sekundeerreicht werden. Außerdem konnten er-folgreich Daten zu einer Bodenstationübertragen werden. Später wird manüber dieses neuartige Lasersystem opera-tionell große Datenmengen zum Bodensenden können. Diese Technologieermöglicht prinzipiell einen extrem schnel-len Datenaustausch über Relaisstationenrund um die Welt.

Das Tracking, Occultation andRanging Experiment (TOR)

Das TOR-Experiment wurde vom Geo-ForschungsZentrum Potsdam (GFZ) inZusammenarbeit mit dem Center forSpace Research der Universität Texas (UT-CSR) zum Mitflug auf TerraSAR-Xbereitgestellt. Es besteht aus dem Zwei-frequenz-GPS (Global Positioning System)Empfänger IGOR sowie einer Laser Reflek-tor Einheit. IGOR erlaubt eine hochexakteBahnbestimmung des Satelliten mit biszu wenigen Zentimetern Genauigkeit,was der Qualität der Radarbilder zu Gutekommt. Zudem wird IGOR für die Durch-führung von Radio-Okkultationsmessun-gen in der Atmosphäre und Ionosphäreeingesetzt. Hierbei werden die Signaleder am Erdhorizont auf- oder unterge-henden GPS-Satelliten von IGOR aufge-zeichnet.

Laser Communication Terminal

Secondary Payloads:LCT and TORAlongside the SAR instrument two secondary payloads are flying onTerraSAR-X.

The Laser Communication Terminal(LCT)

The LCT is a technology demonstratorthat is used for in-orbit verification ofrapid optical data transfer in space. Withthe instrument, financed by DLR andbuilt by the TESAT Company, a reproduc-ible data exchange with a transmissionrate of 5.5 gigabyte per second couldbe achieved for the first time betweenthe two low-orbit satellites TerraSAR-Xand NFIRE. Moreover, data could be suc-cessfully transmitted to a ground station.Later on, it will be possible to transmitlarge quantities of data operationally tothe ground by means of this new type of laser system. This technology basicallyenables an extremely rapid data exchangevia relay stations around the world.

The Tracking, Occultation andRanging Experiment (TOR)

The TOR experiment has been prepared by the Geosciences Research Center inPotsdam (GFZ) in collaboration with theCenter for Space Research of the Uni-versity of Texas (UT-CSR) for a flight onTerraSAR-X. It consists of the IGOR dualfrequency GPS receiver together with alaser reflector unit. IGOR allows a highlyaccurate determination of the satellite’sorbit with an accuracy of up to just afew centimeters, which enhances thequality of the radar images. IGOR isalso used to conduct radio occultationmeasurements in the atmosphere andthe ionosphere. Here IGOR records thesignals of the GPS satellites that areappearing or disappearing on the Earth’s horizon.

29

Der Satellit > Sekundäre NutzlastThe Satellite > Secondary Payload

Die Auswertung dieser Messungen er-laubt Aussagen über Druck, Temperatur,Wasserdampfgehalt und Elektronendichtein der Atmosphäre, die beispielsweise fürdie Verbesserung numerischer Wettermo-delle oder Untersuchungen zum Klima-wandel genutzt werden können. Mit derLaser Reflektor Einheit lässt sich mittelseines auf der Erde installierten Laser-Mess-netzwerks der genaue Abstand des Sa-telliten zu den einzelnen Empfangsstatio-nen messen, was ebenfalls eine genaueBahnbestimmung unterstützt.

Start und OrbitTerraSAR-X ist am 15. Juni 2007 erfolg-reich auf einer russisch-ukrainischenDNEPR-1 Trägerrakete vom Weltraum-bahnhof Baikonur in Kasachstan gestar-tet worden. Diese ehemals als SS-18 be-kannte Interkontinentalrakete wurde inFolge des START-II Vertrags in eine zivileTrägerrakete umgewandelt. Sie hat Terra-SAR-X in einen 514 Kilometer hohen,nahezu polaren Orbit gebracht. Die Um-laufbahn wurde so gewählt, dass derSatellit in einem sonnen-synchronen,dusk-dawn Orbit fliegt. Das bedeutet,dass der Satellit entlang der Tag-Nacht-Grenze der Erde fliegt und der Sonneimmer dieselbe Seite zuwendet. Dies dientinsbesondere einer optimalen Energiever-sorgung durch die Solarzellen. WährendTerraSAR-X die Erde umkreist, nimmt derSatellit alle Regionen der unter ihm rotie-renden Erde streifenweise auf, bis er nachjeweils elf Tagen wieder seine ursprüng-liche Position erreicht und ein neuer Zyklusbeginnt. Mit unterschiedlichen Blick-winkeln kann jeder Punkt der Erde inner-halb von zwei bis vier Tagen ins Visiergenommen werden.

Gesteuert wird der Satellit von der DLR-Bodenstation in Weilheim. Hierbei werdensowohl der Kommandokanal als auch dieDatenübertragung verschlüsselt, um sievor unberechtigtem Zugriff zu schützen.

TerraSAR-X Start auf DNEPR-1

TerraSAR-X launch on DNEPR-1

Evaluation of these measurements allowsconclusions to be drawn concerning pres-sure, temperature, water vapour content,and electron density in the atmosphere,which can be used, for example, in the improvement of numerical weathermodels, or investigations into climatechange. With the laser reflector unit it ispossible by means of a laser measuringnetwork installed on the Earth to measurethe exact distance of the satellite to theindividual receiving stations, which simi-larly supports an exact determination ofthe orbit.

Launch and OrbitOn June 15th, 2007, TerraSAR-X was successfully launched on a Russian/Ukrainian DNEPR-1 launch vehicle fromthe Baikonur cosmodrome in Kazakhstan.The intercontinental ballistic missile, pre-viously known as the SS-18, has beenconverted as a consequence of theSTART II treaty into a civilian launchvehicle. It delivered TerraSAR-X into a514 kilometers high, near-polar orbit.The orbit was selected such that thesatellite flies in a sun-synchronous, dusk-dawn orbit. This means that the satellitemoves along the day-night boundary ofthe Earth and always presents the sameface to the sun. In this way an optimumenergy supply via the solar cells is ens-ured. While TerraSAR-X circles the Earth,the satellite images all regions of theEarth in a stripwise manner, until aftereach 11 days it returns back to its originalposition and begins a new cycle. Withdifferent angles of view each point ofthe Earth can be targeted within two tofour days.

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Der Satellit > Start und OrbitThe Satellite > Launch and Orbit

The satellite is controlled from the DLRground station in Weilheim. Both thecommand channel and the data transferare encrypted to prevent unauthorizedaccess.

The data obtained are stored on thesatellite in a 256 GBit large memory andtransferred via the DLR data receivingstation in Neustrelitz to the ground. Inaddition data can also be sent to otherdirect receiving stations that are operatedby commercial customers.

Die gewonnenen Daten werden auf dem Satelliten in einem 256 GBit großenSpeicher abgelegt und über der DLR-Datenempfangsstation in Neustrelitz zumBoden übertragen. Zusätzlich könnenDaten auch zu weiteren Direktempfangs-stationen gesendet werden, die insbe-sondere von kommerziellen Kundenbetrieben werden.

Technische Daten Technical Data

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Der Satellit > Start und Orbit/Technische DatenThe Satellite > Launch and Orbit/Technical Data

TerraSAR-X

Start 15. Juni 2007

Ort Baikonur, Kasachstan

Trägerrakete DNEPR-1

Orbithöhe 514 Kilometer

Inklination 97,44 Grad

Satellitenmasse ca. 1.230 Kilogramm

Satellitengröße 5 Meter Höhe x 2,4 Meter Durchmesser

Radarfrequenz 9,65 GHz

Energieverbrauch 800 Watt (gemittelt)

Missionsbetrieb Deutsches Raumfahrtkontroll-zentrum, Oberpfaffenhofen

Satellitenkommandierung DLR-Bodenstation Weilheim

Datenempfang DLR-Bodenstation Neustrelitz

Lebensdauer mindestens 5 Jahre

TerraSAR-X

Launch June 15th, 2007

Site Baikonur, Kazakhstan

Launch vehicle DNEPR-1

Orbit height 514 kilometers

Inclination 97.44 degree

Satellite mass approx. 1,230 kilogram

Satellite size 5 meters height by 2.4 meters diameter

Radar frequency 9.65 GHz

Energy consumption 800 watt (Average)

Mission operation German Space Operations Center, Oberpfaffenhofen

Satellite command DLR Ground Station, Weilheim

Data reception DLR Ground Station, Neustrelitz

Operational life at least 5 years

DNEPR-1, Startsequenz

DNEPR-1, Launch Sequence

WissenschaftlicheNutzungMit TerraSAR-X können aus früheren SAR-Missionen gewonnene Techniken undErkenntnisse ausgebaut und systematischeLangzeitbeobachtungen durchgeführtwerden. So ist etwa die Beobachtung derVegetation von herausragender Bedeutungfür menschliches Leben. Präzise und ak-tuelle Information über die Verteilung,Zusammensetzung und Änderung vonVegetationsarten ist die Basis für vieleAnwendungen. Sie werden benötigt fürStudien zum globalen Klimawandel, dieErfassung und Beobachtung von Habita-ten, die Risikoabschätzung, die Schaffungvon soliden Planungsgrundlagen sowiedie Einführung und Durchsetzung voninternationalen und nationalen Konven-tionen, etwa dem Kyoto-Protokoll.

Aus Forschungssicht stehen dabei dieVerfahrensentwicklung und die Vertiefungder Kenntnisse der die Umwelt beein-trächtigenden Faktoren im Vordergrund.Eines der herausragenden Merkmale vonTerraSAR-X ist die hohe räumliche Auf-lösung, die bisher bei keinem zivilen Radar-system erreicht wurde. Diese ermöglichtdie Einbeziehung von detaillierten Boden-merkmalen für eine bessere Klassifizierung,zum Beispiel die Trennung verschiedenerFeldfrüchte. Bei einer parallelen Auswer-tung mit L-Band-Daten, wie sie der japa-nische ALOS-PALSAR liefern wird, kanndie Entwicklung der Pflanzen über ver-schiedene Wachstumsstadien hinwegbeobachtet und analysiert werden.

Völlig neue Perspektiven bietet TerraSAR-Xfür die Beobachtung städtischer Räume.Rund 40 Prozent der Menschen in denEntwicklungsländern und über 75Prozent der Menschen in den Industrie-nationen leben in Ballungszentren. Somitwohnt – mit rund drei Milliarden Men-schen – etwa die Hälfte der Weltbevöl-kerung in Städten. Nach neuesten Schät-zungen wird sich dieser Anteil in dennächsten drei Jahrzehnten sogar auf rundzwei Drittel erhöhen. Mit einer solchen

Vergleich ERS-Daten mit 25 Metern

Auflösung (oben), simulierte

TerraSAR-X-Daten (Mitte) und die

entsprechende Klassifizierung

(unten) von Ludwigshafen am Rhein

Comparison of ERS data with 25

meters resolution (top), simulated

TerraSAR-X data (center) and the cor-

responding classification map (bot-

tom) of Ludwigshafen/Rhine

Scientific UtilizationWith TerraSAR-X, techniques and expe-rience gained from earlier SAR missionscan be utilized and systematic long-termobservations can be carried out. Thus,for example, the monitoring of vegeta-tion is of exceptional importance tohuman life. Precise and up-to-date infor-mation for the distribution, constitutionand variation of vegetation-types formsthe basis for many applications. They arerequired for studies into global climatechange, the recording and monitoring ofhabitats, risk assessment, the provisionof a solid basis for planning as well asthe introduction and achievement ofinternational and national conventions,such as the Kyoto protocol.

From the research point of view thedevelopment of techniques and the deepening of knowledge of the factorsinfluencing the environment have highpriority. One of the outstanding featuresof TerraSAR-X is the high spatial resolu-tion that has not previously been achiev-ed by any civilian radar system. This enables the inclusion of detailed groundfeatures for better classification, forexample the separation of different typesof trees or crops. With a parallel evalua-tion using L-band data, of the kind thatthe Japanese ALOS-PALSAR will deliver,the development of plants can be moni-tored and analyzed over their various stages of growth.

TerraSAR-X offers completely new per-spectives for the monitoring of urbanenvironments. Around 40 % of the people in the developing countries, andover 75 % of the people in the industrialnations, live in population centers. Thuswith around 3,000 million people approxi-mately half the world’s population lives in urban areas. According to latest esti-mates this proportion will increase overthe next three decades to around twothirds. Such a concentration of popu-lation is accompanied by an enormousdynamic in terms of alterations in theregions concerned, the results of whichare often serious economic, ecological or social conflicts.

TerraSAR-X – NutzungTerraSAR-X – Utilization

32

Bevölkerungskonzentration geht eineenorme Dynamik an Veränderungen inden entsprechenden Regionen einher,deren Folge oftmals schwer wiegendeökonomische, ökologische oder sozialeKonflikte sind.

Um diese Konfliktpotenziale frühzeitig zu erkennen und Methoden zu derenVermeidung und Lösung entwickeln zukönnen, bedarf es einer nachhaltigenErhebung aktueller, raumbezogenerInformationen. Heutige SAR-Sensorenbieten eine Auflösung von etwa 25Metern, welche die Trennung von bebau-ten Flächen und anderer Landnutzungermöglicht. Die hohe Auflösung vonTerraSAR-X hat den Detaillierungsgraddeutlich verbessert, sodass einzelneGebäude, Stadtstrukturen und Infra-struktur wie Straßen und Eisenbahnlinienerkannt und kartiert werden können.

Eines der Hauptanwendungsfelder heutiger SAR-Systeme ist die so genann-te SAR-Interferometrie. Ähnlich demStereoprinzip werden hier zwei Auf-nahmen kombiniert. Dabei werden dieUnterschiede der Schrägentfernungenzwischen dem Bodenpunkt und denAntennenpositionen ausgewertet.

Diese Technik kann zur Ableitung vonHöhenmodellen – wie etwa bei SRTM –oder zur Messung von Bodenbewegun-gen zwischen zwei zeitlich versetztenAufnahmen herangezogen werden.Unter günstigen Bedingungen könnenheutige Systeme Bewegungen bis zueinem Zentimeter verlässlich messen. Die hohe Auflösung und Frequenz vonTerraSAR-X erlauben eine Verbesserungum den Faktor 10, das heißt Bewegungenvon einem Millimeter werden messbar.

Für die Analyse von Bewegungen der Erd-oberfläche sind die kurzen Wiederholungs-raten der Überflüge ein weiterer Vorteil,da dies eine optimale Abstimmung derMessungen auf die Art und Geschwindig-keit der Bewegung zulässt. TerraSAR-Xist damit ein interessantes Instrument für

In order to be able to detect thesepotentials for conflict at an early stageand to be able to develop methods fortheir avoidance and solution, there is aneed for a sustainable survey of up-to-date information related to the geo-graphical environment. Today’s SAR sensors offer a resolution of about 25meters that enable the separation ofbuilt-up areas from other types of landusage. The high resolution of TerraSAR-Xhas significantly improved the level ofdetailing, so that individual buildings,urban layouts and infrastructure, such asstreets and railway lines, can be detectedand mapped.

One of the main application fields oftoday’s SAR systems is the so-called SARinterferometry. Here in a similar mannerto the stereo principle two images arecombined. The difference of the distancesbetween the ground point and the twoantenna positions is then evaluated.

This technique can be used for the deri-vation of height models – as for examplewith SRTM – or for the measurement ofground movements between two imagesdisplaced in time. Under favourable con-ditions today’s systems can reliably meas-ure movements up to one centimeter.The high resolution and frequency ofTerraSAR-X allow an improvement by afactor 10, that is to say, movements ofone millimeter become measurable.

For the analysis of movements of theEarth’s surface the short repetition ratesof the overflights are a further advantagesince this permits an optimum adjust-ment of the measurements to the typeand velocity of the movement. Thus,TerraSAR-X is an interesting instrumentfor the investigation of tectonic displace-ments, the monitoring of volcanic activi-ty, and also other application areas inwhich previously only Earth-bound measurements could be carried out.

33

Nutzung > WissenschaftlichUtilization > Scientific

Auswirkungen des Bam-Erdbebens vom

26. Dezember 2003. Die farbigen Linien re-

präsentieren durch das Erdbeben verursachte

Verschiebungen der Erdoberfläche, gemessen

durch das Envisat-ASAR Instrument

Impacts of the BAM earthquake of December

26th, 2003. The colored lines represent shifts

of the earth’s surface, measured by the

Envisat-ASAR instrument

die Untersuchung tektonischer Verschie-bungen, die Vulkanbeobachtung, aberauch andere Einsatzbereiche, in denenbisher nur erdgebundene Messungendurchgeführt werden konnten.

Die Fernerkundung gewinnt zudemimmer mehr an Bedeutung bei der Ab-schätzung von Gefahren für Städte. DieseGefahren können natürlich bedingt seinwie in Erdbebenregionen, aber auch vomMenschen erzeugt werden wie durchBautätigkeiten oder Entnahme von Grund-wasser und Erdöl. Die Vorteile der Radar-fernerkundung, unabhängig von Wetterund Sonnenstand beobachten zu können,sind für den Katastrophenfall von entschei-dender Bedeutung. Hier ist die schnelleErfassung der betroffenen Fläche sowiedes Grads der Zerstörung erforderlich.

Ein weiteres wissenschaftliches Anwen-dungsfeld für TerraSAR-X ist die Beobach-tung der Ozeane und der Küstenregionen.Die Ozeane bedecken etwa 70 Prozentder Erdoberfläche und spielen eine wich-tige Rolle im globalen Klimasystem. Siesind zudem von vielen menschlichen Akti-vitäten betroffen, wie beispielsweise Off-Shore Förderung, Schifffahrt und Fischerei.

Wichtige Indikatoren für den globalenKlimawandel sind die Ausdehnung undVerteilung von Meereis wie auch dasVolumen von Eisbergen. Für die Beobach-tung des Polarbereichs sind die Allwetter-tauglichkeit und Unabhängigkeit vomSonnenstand von großem Vorteil. Zudemist das X-Band besonders gut geeignet fürdie Erkennung von jungem Seeeis, da eseine Trennung mit offenen Wasserflächenermöglicht.

Mit TerraSAR-X können zudem Stärke undRichtung von Windfeldern vermessenwerden. Diese sind nicht nur wichtig fürdie Wettervorhersage, sondern auch fürdie Verbesserung der Kenntnisse der dyna-mischen Prozesse im Ozean. Zur Beobach-tung von Meeresströmungen kommt beiTerraSAR-X ein neues Verfahren zumEinsatz: Durch Teilung der Antenne inFlugrichtung werden zwei zeitlich nahe

TerraSAR-X-Kartierung von überschwemmten

Gebieten beim Hochwasser in England im Juli

2007

TerraSAR-X mapping of flooded areas during

the floodwaters in England in July 2007

Moreover, remote sensing is gainingmore and more in significance in the riskassessment for urban areas. These riskscan be natural in origin as in the case ofearthquake regions, but can also be pro-duced by people through building activi-ties or the extraction of ground waterand oil. The advantages of radar remotesensing – the ability to monitor inde-pendently of the weather and the stateof the sun – are decisive in importancefor the event of a disaster. Here the rapidrecording of the area affected as well asthe degree of destruction is required.

A further scientific field of application for TerraSAR-X is the monitoring of the oceans and coastal regions. The oceanscover about 70 % of the Earth’s surfaceand play an important role in the globalclimate system. Moreover, they areaffected by many human activities suchas, for example, offshore drilling, ship-ping and fishing.

Important indicators for the global cli-mate change are the extent and distri-bution of sea ice and also the volume oficebergs. For the monitoring of the polarregions the all-weather capability andthe independence of the state of the sunare a great advantage. Moreover the X-band is particularly well suited for thedetection of newly formed sea ice sinceit can differentiate between the ice andopen areas of water.

Moreover, with TerraSAR-X the strengthand direction of wind fields can bemeasured. These are not only importantfor weather forecasting, but also for theimprovement of our knowledge of thedynamic processes in the ocean. For themonitoring of ocean currents a newtechnique comes into use for TerraSAR-X.By the electrical separation of the anten-nas in the flight direction two imagesclose to each other in time are taken. By means of the so-called Along TrackInterferometry it is possible to detectmovements taking place during the over-flight, which allows, for example, torecord and measure ocean currents.

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Nutzung > WissenschaftlichUtilization > Scientific

beieinander liegende Aufnahmen gemacht.Durch die so genannte Along-Track Inter-ferometrie können Bewegungen, diewährend des Überflugs stattfinden, er-fasst und so beispielsweise Meeresströ-mungen vermessen werden.

KommerzielleNutzungDer Kooperationsvertrag zu TerraSAR-Xsieht die kommerzielle Vermarktung derTerraSAR-X-Daten durch den Industrie-partner EADS Astrium GmbH vor. Dieserist im Gegenzug verpflichtet, neben derfinanziellen Beteiligung am Projekt einSpektrum innovativer TerraSAR-X-basierterProdukte und Dienstleistungen zu entwi-ckeln sowie ein weltweites Vertriebssystemaufzubauen. Diese Aufgaben werden vonder Infoterra GmbH wahrgenommen, einer100-prozentigen Tochtergesellschaft derEADS Astrium, die 2001 eigens zu diesemZwecke gegründet wurde.

Das Infoterra-Portfolio umfasst Daten-produkte, Anwendungen und Vertriebs-partnerschaften.

Datenprodukte

Die Infoterra GmbH bietet kommerziellenNutzern TerraSAR-X-Daten in verschiede-nen Veredelungsstufen an. Dies beginntmit so genannten Basic Image Products,einfachen Bildprodukten, deren Auf-nahmemodus, Polarisationen und geo-metrische Projektion der Kunde entspre-chend seinen Bedürfnissen spezifizierenkann. Aufwändiger sind die EnhancedImage Products, etwa orthorektifizierte,das heißt topografisch entzerrte, Auf-nahmen oder Mosaike aus verschiedenenSzenen. Schließlich bietet Infoterra Geo-informationsprodukte an, die bereits aussagekräftige Informationen wie bei-spielsweise Veränderungskartierungenenthalten.

Commercial UtilizationThe public-private partnership agreementarranges for a commercial exploitation ofthe TerraSAR-X data by the industry part-ner, EADS Astrium GmbH. Apart fromthe direct financial contribution to theproject, the partner is obliged to developa portfolio of innovative TerraSAR-X-basedproducts and services and to establish aglobal distribution network. For this pur-pose, EADS Astrium has founded its100 % subsidiary Infoterra GmbH in2001.

Infoterra’s portfolio comprises of dataproducts, applications, and distribution partnerships.

Data Products

Infoterra offers TerraSAR-X data in differ-ent levels of refinement. They are rangingfrom Basic Image Products, raw imagedata that can be acquired in differentimaging modes, polarizations, and geo-metric projections according to clients´specifications, to Enhanced Image Prod-ucts, i.e. orthorectified images or mosaicsfrom several scenes, all the way to Geo-information Products, i.e. products thatcontain significant information such aschange detections.

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Nutzung > KommerziellUtilization > Commercial

Anwendungen

Die TerraSAR-X-Daten bilden die Grund-lage für ein breit gefächertes Portfoliovon Anwendungen. Hierbei unterschei-det Infoterra zwischen Basisanwendun-gen und thematischen Anwendungen:

Basisanwendungen- Topographische Basiskartierungen zei-

gen natürliche und künstliche Objekteauf der Erdoberfläche.

- Für Landnutzungskartierungen bietetTerraSAR-X die Möglichkeit, bestehendeInterpretationsmethoden zu verfeinern,regelmäßige Aktualisierungen durchzu-führen und damit die Qualität derKartierungen bedeutend zu verbessern.

- Digitale Höhenmodelle stellen das Reliefder Erdoberfläche dar. TerraSAR-X-Datenunterstützen die effiziente Produktionhochaufgelöster globaler Höhenmodellesowie die Aktualisierung existierenderModelle.

Thematische Anwendungen- Für die Raumplanung ermöglicht

TerraSAR-X die Erfassung multitemporalerund multipolarisierter Daten in verschie-denen räumlichen Auflösungsstufen.Dies ist besonders wichtig für abgele-gene Gebiete, die bisher nur schwer zu kartieren waren.

- Kartierungen im Katastrophenfall können insbesondere auf Grund derWetter- und Tageslichtunabhängigkeitvon TerraSAR-X sowie der flexiblen Auf-nahmemöglichkeiten schnell erstelltwerden. Diese Kartierungen helfenKrisenstäben und Helfern vor Ort, sichzu orientieren und das Ausmaß derKatastrophe besser einzuschätzen.Darüber hinaus bieten sie eine Grund-lage für Risikoabschätzungen, die fürVersicherungen, Rückversicherer undKatastrophenschützer von großerBedeutung sind.

- Die Forstwirtschaft profitiert vonTerraSAR-X-Fähigkeit, Daten in verschie-denen räumlichen Auflösungsstufen zu

Applications

TerraSAR-X data form the basis for a versatile portfolio of applications, differ-entiated into basic Applications and thematic Applications.

Basic Applications- Topographic Base Maps provide infor-

mation about the Earth’s surface on anartificial and natural level. Extractedlinear, point, and spatial thematic fea-tures of TerraSAR-X data are a valuableinput to topographic base mapping.

- Land Use/Land Cover Maps provideland surface information on differentthematic levels. TerraSAR-X data delivernew input parameters that improveexisting interpretation methods andthus the quality of land use and landcover maps.

- Digital Elevation Models describe therelief information of the Earth’s surface.TerraSAR-X data are an important sup-port of the efficient production andupdate of Digital Elevation Models.

Thematic Applications- Spatial Planning: TerraSAR-X supports

the use of other Earth observation datathrough its multiscale, multitemporaland multipolarized observations ofremote areas that were formerly almostimpossible to map. The backscatterintensity and textural information ofthe TerraSAR-X data provide informa-tion on the observed surface features inan area.

- Risk Diagnostics: The weather independ-ent TerraSAR-X data is an importantbasis for rapid mapping activities in thecase of natural disasters. Such mapssignificantly support crisis managementgroups and helpers on the scene. Inaddition, they support insurance servi-ces as well as liability and reinsurancebusinesses.

- Forestry: TerraSAR-X supports overviewforest mapping activities thanks to itsrelatively large swath, which facilitateslarge area assessments, but also allowsan assessment of small scale issues dueto its high spatial resolution products.

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erfassen: So werden forstliche Kartie-rungen sowohl in großen als auch insehr kleinen Maßstäben unterstützt.

- Für die Landwirtschaft bietet TerraSAR-Xmultitemporale und multipolarisierteAufnahmen, die großflächige Kartierun-gen ermöglichen. Diese Daten erlaubenin Kombination mit Zusatzinformationeneffiziente Auswertungen und Synergie-entwicklungen für kundenspezifischeAgraranwendungen.

Infoterra macht die entwickelten Produkteund Services einem breiten Spektrum anNutzern zugänglich, denn sowohl öffentli-che Einrichtungen als auch Kunden ausder Privatwirtschaft haben Bedarf angeometrisch, radiometrisch und zeitlichhochauflösenden Satellitendaten. Nationaleund regionale Behörden und Ämter setzenTerraSAR-X-Daten etwa in den BereichenKartographie, Raum- und Infrastruktur-planung, Umweltschutz, Land- und Forst-wirtschaft ein. Ebenso können nationaleSicherheitskräfte, der Katastrophenschutzund die Streitkräfte im Rahmen ihrer Ein-sätze auf Informationen, die aus Terra-SAR-X-Daten abzuleiten sind, zurück-greifen. Aber auch gewerbliche Nutzer,beispielsweise aus Land- und Forstwirt-schaft, gehören zum Kundenkreis Info-terras.

Das Vertriebskonzept

Das kommerzielle Vertriebskonzept bein-haltet, dass Infoterra Lizenzen zumDirektempfang von TerraSAR-X-Datenvermarktet. Es werden so genannte„Direct Access Services“ angeboten, indenen Bilddaten sowohl zur direktenNutzung durch einen Endkunden, den„Direct Access Customer“, als auch zumregional begrenzten Vertrieb durch einen„Direct Access Partner“ von Bodensta-tionen auf der ganzen Welt direkt emp-fangen werden können.

Die Infoterra GmbH hat in Deutschlandihre Vertriebszentrale aufgebaut, von deraus Kunden aus aller Welt mit spezifischenGeo-Informationsprodukten versorgtwerden.

- Agriculture: TerraSAR-X supports agricultural mapping services throughmultitemporal and multipolarizationobservations and facilitates large areaassessments. Agricultural applicationscan be generated from TerraSAR-X dataand auxiliary data through synergisticexploitation and will be developed task-specifically.

Infoterra provides these products andservices to a wide spectrum of users, asboth private industry and public sectorhave a strong need for geometric, radio-metric and timely high-resolution radardata. National and regional authoritiesand offices use TerraSAR-X data forexample in cartography, spatial- and infra-structure planning, nature protection, agri-culture, and forestry. In addition, securityforces, civil protection organizations andthe armed forces may use TerraSAR-X-based information in the course of theirassignments and duties. Besides that,commercial users from various industrysectors are part of Infoterra’s clientele.

Distribution Concept

The concept for commercial distributionincludes the marketing of licenses fordirect receipt of TerraSAR-X data byInfoterra. So-called “Direct AccessServices” are offered, which either pro-vide TerraSAR-X imagery for the immedi-ate use by an end user, the Direct AccessCustomer, or for further distribution in aspecific region of the world by a DirectAccess Partner. Direct Access Customersand Direct Access Partners around theglobe operate their own ground stationsand are able to receive the data directlyfrom the spacecraft.

Infoterra GmbH has established its distri-bution headquarters in Germany andprovides data, specific geo-information,and TerraSAR-X applications to clientsworldwide.

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Nutzung > KommerziellUtilization > Commercial

Klassifikationskarte auf der Basis von

TerraSAR-X-Daten

Classification Map Based on TerraSAR-X data

Das TerraSAR-XBodensegmentUm die Mission erfolgreich durchzufüh-ren, sind verschiedene Einrichtungen aufder Erde nötig, das so genannte Boden-segment. Das TerraSAR-X-Bodensegmentnimmt die Datenbestellungen auf undplant die entsprechenden Operationendes Satelliten. Es steuert die Instrumenteauf TerraSAR-X, verarbeitet die Radardatenzu Bildern und archiviert diese. Dank derprofessionellen Vorbereitungen sowie derumfangreichen Erfahrungen des Mis-sionsbetriebsteams ist es nach dem Startgelungen, den TerraSAR-X-Satelliten inRekordzeit in Betrieb zu nehmen und dieerste Radaraufnahme bereits vier Tagespäter aufzunehmen und zu veröffent-lichen. Das Bodensegment leitet die er-fassten Daten an die Nutzer weiter. Somitstellt das Bodensegment eine Schnittstelledar zwischen dem Satelliten sowie denwissenschaftlichen und kommerziellenNutzern.

Die wissenschaftlichen Anträge zurNutzung von TerraSAR-X werden vomWissenschaftlichen Koordinator des DLRbewertet. Dieser prüft die Anfragen hin-sichtlich des wissenschaftlichen Nutzens,weist die Prioritäten für die Aufnahmenzu und gibt den Wissenschaftlern denZugriff auf die so genannte Orderschnitt-stelle frei. Über diese Schnittstelle gebendie Forscher ihre Datenbestellungen einund werden nach erfolgter Datenauf-nahme und Prozessierung beliefert.

Die kommerziellen Nutzer werden vonder kommerziellen Service-Einrichtung,der TerraSAR-X-Exploitation Infrastructure,bedient. Diese wird von der InfoterraGmbH entwickelt und aufgebaut. Diekommerziellen Nutzer wenden sich mitihren Bestellwünschen an Infoterra, welchedie Bestellungen verwaltet und weiter-leitet. Die Auslieferung der Daten erfolgtebenfalls über die Infoterra GmbH.

The TerraSAR-XGround SegmentIn order to carry out the mission success-fully, various facilities are required onEarth, the so-called ground segment.The TerraSAR-X ground segment receivesthe orders for data and plans the corres-ponding operations of the satellite. Itcontrols the instruments on TerraSAR-X,processes the radar data into images andarchives them. Thanks to professionalpreparation and the comprehensiveexperience of the mission operationteam they succeeded in commissioningthe TerraSAR-X satellite in record timeafter launch and to acquire and publishthe first radar image just four days later.The ground segment distributes the datato the users. Thus, the ground segmentrepresents an interface between thesatellite and both the scientific and commercial users.

The scientific proposals for utilization of TerraSAR-X is evaluated by the DLRScientific Coordinator. The latter checksthe requests with regard to their scientificbenefits, allocates the priorities for thedata acquisition, and provides access tothe so-called order interface for thescientists. Via this interface the researchersinput their data requests and are suppliedwith the results after data acquisition andprocessing has taken place.

The commercial users’ interests arerepresented by the commercial servicesegment, the TerraSAR-X ExploitationInfrastructure, provided by InfoterraGmbH. The commercial users approachInfoterra with their order requirements –the latter manages the orders and for-wards them to the TerraSAR-X groundsegment. Delivery of the data also takesplace via the TerraSAR-X ExploitationInfrastructure. Exceptions are customers,who make use of their own receivingstations for the radar data and theoption of image processing. They obtaintheir data directly from the satellite.

MissionsbetriebMission Control

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Datenempfangsantenne der TerraSAR-X-

Bodenstation in Neustrelitz

Antenna for data reception of the TerraSAR-X

ground station in Neustrelitz

Eine Ausnahme stellen die Kunden undPartner dar, die über eigene Empfangs-stationen verfügen: Sie erhalten ihreDaten direkt vom Satelliten.

Die Koordination und Überwachung desSatellitenbetriebs sowie die Leitung derStrategischen Planungsgruppe, die überdie Nutzlastaktivitäten befindet, obliegtdem Missionsmanager, der ebenfalls vomDLR gestellt wird.

Das TerraSAR-X-Bodensegment gliedertsich in drei Teile, die von DLR-Einrich-tungen in Oberpfaffenhofen, Weilheimund Neustrelitz aufgebaut und betriebenwerden:

Missionsbetrieb

Das Deutsche Raumfahrt-Kontrollzentrumin Oberpfaffenhofen ist verantwortlich fürden Satellitenbetrieb und die Missions-planung. Dies betrifft- die Generierung von Telekommandos,

die über die Bodenstation in Weilheimzum Satelliten übertragen werden

- den Empfang von Telemetriedaten inWeilheim, deren Überwachung, weitereVerarbeitung und Archivierung

- die Überwachung des Zustands desSatelliten und des Radarinstrumentssowie deren Steuerung

- die Kontrolle des Orbits und der Lagedes Satelliten

- die Bereitstellung von Orbit- undLagedaten für die Bildprozessierung

- die Planung und Durchführung vonOrbitmanövern

- die konfliktfreie Planung der Radarauf-nahmen unter Berücksichtigung unter-schiedlicher Parameter wie beispiels-weise Aufnahmemodus, -ort und -zeit,Dringlichkeit, Priorität, Verbrauch vonSatellitenressourcen

The coordination and monitoring of thesatellite operation, as well as the man-agement of the Strategic Planning Groupthat coordinates the payload activities, isthe responsibility of the Missions Manager,who is also appointed by DLR.

The TerraSAR-X ground segment is dividedinto three parts that are put together and operated by DLR facilities in Ober-pfaffenhofen, Weilheim and Neustrelitz.

Mission Operation

The German Space Operations Center inOberpfaffenhofen is responsible for theoperation of the satellite and the missionplanning. This includes:- generation of tele-commands that are

transmitted to the satellite via theground station in Weilheim

- reception of telemetry data in Weilheim,their monitoring, further processingand archiving

- monitoring of the condition of thesatellite and the radar instrument aswell as their control

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Missionsbetrieb > BodensegmentMission Control > Ground Segment

Deutsches Raumfahrt-Kontrollzentrum in

Oberpfaffenhofen

German Space Operations Center

in Oberpfaffenhofen

Ground StationNeustrelitz

Instrument Operations& Calibration Segment

Oberpfaffenhofen

PayloadGround SegmentOberpfaffenhofen

ScienceService Segment

Ground StationWeilheim

MissionOperations Segment

Oberpfaffenhofen

CommercialService Segment

Order Data

Satellite ControlRadar Data

Bodensegment Ground Segment

Instrumentenbetrieb undKalibrierung

Die Aufgabe des Betriebs und der Kali-brierung des Radarinstruments wird vomInstitut für Hochfrequenztechnik und Radar-systeme (IHR) in Oberpfaffenhofen wahr-genommen. Im Einzelnen umfasst dies- die Festlegung dauerhafter Grundein-

stellungen des Radarinstruments- die Ermittlung der Instrumenteinstel-

lungen vor jeder Einzelaufnahme, umeine optimale Produktqualität zu erzielen,und die Erzeugung der entsprechendenKommandos für das Radarinstrument

- die ständige Überwachung der Leistungdes gesamten Systems

- die Durchführung von Korrekturmaß-nahmen im Falle verminderter Leistung

- die Durchführung von Kalibriermaß-nahmen

- die Bereitstellung von Instrument- undKalibrierdaten für die Bildprozessierung

Nutzlastbodensegment

Das Institut für Methodik der Ferner-kundung (IMF) und das Deutsche Ferner-kundungsdatenzentrum (DFD) zeichnenzunächst verantwortlich für die Entwicklungund den Betrieb der Empfangsstation inNeustrelitz. Beide in Oberpfaffenhofenansässigen DLR-Einrichtungen beschäfti-gen sich weiterhin mit der Bildprozessie-rung, Archivierung und Verteilung derDaten.

Das Aufgabenspektrum umfasst- den Empfang der Nutzlastdaten: Daten,

die während einer Erdumrundung vomRadarinstrument erzeugt und an Borddes Satelliten gespeichert wurden, wer-den bei jedem Überflug von Neustrelitzzur dortigen Empfangsstation gesendet.

- die Verarbeitung der empfangenen Datenzu Bildprodukten inklusive Qualitäts-kontrolle

- die Archivierung und Katalogisierungder Radardaten

- die Auslieferung der Produkte an dieNutzer

- die Bereitstellung eines Nutzerservicesund des Datenkatalogs

- die Entgegennahme und dieAbwicklung von Datenbestellungen

- control of the orbit and the attitude ofthe satellite

- preparation of orbit and location datafor the image processing

- planning and execution of orbit manoeuvers

- conflict-free planning of the data acqui-sitions taking into account differentparameters such as, for example, imag-ing mode, location and time, urgency,priority, utilization of satellite resources

Instrument Operation andCalibration

Operation and calibration of the radarinstrument are performed by theMicrowaves and Radar Institute (IHR) inOberpfaffenhofen. This includes in detail:- definition of robust base settings for

the radar instrument- determination of the instrument set-

tings for each individual image, in orderto achieve an optimum product quality,and the generation of the correspondingcommands for the radar instrument

- continuous monitoring of the perform-ance of the whole system

- execution of corrective measures in the event of reduced performance

- execution of calibration activities- preparation of instrument and calibra-

tion data for the image processing

Payload Ground Segment

The Remote Sensing Technology Institute(IMF) and the German Remote SensingData Center (DFD) are responsible for the development and operation of thereceiving station in Neustrelitz. In addition,both DLR facilities based in Oberpfaffen-hofen are in charge for the image processing as well as the archiving anddistribution of the data.

The spectrum of tasks includes:- receipt of the payload data – data that

are generated during an orbit by theradar instrument and have been storedon board the satellite are transmittedwith each overflight of Neustrelitz tothe receiving station located there.

- processing of the data received intoimage products, including quality control

- archiving and cataloging of the radar data- delivery of the products to the users- preparation of a user service and data

catalogue- receipt and handling of data orders

Missionsbetrieb > BodensegmentMission Control > Ground Segment

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AusblickFuture ProspectsAusblick

Future ProspectsMit TerraSAR-X wurde erstmals inDeutschland ein Raumfahrtprojekt inöffentlich-privater Partnerschaft untererheblicher finanzieller Beteiligung derIndustrie realisiert. Damit konnte eineProjektinvestition gesichert werden, dieansonsten durch staatliche Investitionallein nicht finanzierbar war. DieTerraSAR-X-Mission liefert wertvolleDaten für die wissenschaftliche Nutzungund erlaubt zugleich auch die nachhalti-ge Kommerzialisierung von Erdbeobach-tungsdaten.

Inzwischen ist ein NachfolgesystemTerraSAR-X-2 in Planung, das den Satel-liten zum Ende seiner Lebensdauer erset-zen soll. Dieses Nachfolgesystem soll da-bei allein aus Mitteln der Industrie ausden mit TerraSAR-X erzielten Gewinnenfinanziert werden.

Darüber hinaus ist das Projekt TanDEM-X(TerraSAR-X add-on for Digital ElevationMeasurement) inzwischen weit fortge-schritten. TanDEM-X soll ein globales,digitales Geländemodell aller Land-massen der Erde mit einer bisher nichterreichten Genauigkeit dreidimensionalerstellen. Dies soll in Ergänzung vonTerraSAR-X durch einen weiteren nahezubaugleichen Satelliten (TanDEM-X) in einerTandem-Orbitkonfiguration erreicht wer-den. Beide Satelliten werden dabei abEnde 2009 in einer engen Konstellationmit nur wenigen hundert Metern Abstandin nahezu demselben Orbit fliegen. Da-durch wird nicht nur ein paralleler, unab-hängiger Betrieb von TerraSAR-X mög-lich, sondern auch ein synchronisiertergemeinsamer Betrieb realisierbar. DieMissionszeit für TanDEM-X ist auf fünfJahre ausgelegt.

With TerraSAR-X a space project hasbeen implemented in a public-privatepartnership for the first time in Germany,with significant financial contribution bythe industry. In this way a project invest-ment could be secured which otherwisestate investment on its own would nothave been able to finance at the presenttime. The TerraSAR-X Mission deliversvaluable data for scientific use and at thesame time also enables sustainable com-mercialization of Earth observation data.

TanDEM-X

Auch TanDEM-X in wird einer öffentlich-privaten Partnerschaft realisiert. Das wis-senschaftliche Nutzungsspektrum lässtsich unterteilen in hochgenaue digitaleHöhenmodelle (z. B. für die Hydrologie),Along-Track Interferometrie (z. B. zurMessung von Meeresströmungen) undinnovative bistatische Anwendungen (z. B. polarimetrische SAR-Interferometrie).Das kommerzielle Nutzungspotenzialentsteht durch eine erhebliche Effizienz-steigerung der TerraSAR-X-Produktions-ketten, eine hoch effiziente und qualitativhochwertige Kartierungsfähigkeit sowiedie operationelle Umsetzung der Experi-mental-Modi und -Dienste. TanDEM-Xstellt den ersten Schritt in Richtung einerFormation von Radar-Satelliten dar undwird die führende Rolle Deutschlandsauf dem Gebiet der SAR-Technologie imX-Band nachhaltig stützen.

Meanwhile a follow-up system TerraSAR-X-2 is being planned that will replace thesatellite at the end of its operational life.It is foreseen that this follow-up systemwill be financed solely by the industry fromthe profits achieved with TerraSAR-X.

In addition the project TanDEM-X(TerraSAR-X add-on for Digital ElevationMeasurement) has far advanced in themeantime. TanDEM-X is to generate athree-dimensional global digital elevationmodel of all terrestrial landmasses withan accuracy that has not been reachedso far. This can be achieved by comple-menting TerraSAR-X with an additionalsatellite of nearly the same design(TanDEM-X) in a tandem orbit configura-tion. Both satellites will fly in a tight for-mation with only a few hundred metersseparation in approximately the sameorbit by the end of 2009. In this way not only parallel operation independentof TerraSAR-X is possible, but also a synchronized joint operation will beimplemented. The mission duration forTanDEM-X is designed for a period offive years.

TanDEM-X is also realized in a public-private partnership. The range of scientificutilization options can be divided intohigh-accuracy digital elevation models(e.g. for hydrology), Along-Track Inter-ferometry (e.g. for the measurement ofocean currents) and innovative bistaticapplications (e.g. Polarimetric SAR Inter-ferometry). The commercial utilizationpotential emerges from significant improve-ment in the efficiency of the TerraSAR-Xproduction sequence, a highly efficientand high-quality mapping capability aswell as operational implementation of the experimental modes and services.TanDEM-X represents the first step in the direction towards a formation ofradar satellites and will sustainably sup-port Germany’s leading role in the fieldof SAR technology in the X-band.

AusblickFuture

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ImpressumImprint

HerausgeberPublished by Deutsches Zentrum für Luft-

und Raumfahrt e.V.

German Aerospace Center

Raumfahrt-AgenturSpace Agency

AnschriftAddress Bonn-Oberkassel

Königswinterer Straße 522-52453227 BonnGermany

RedaktionEditor Dr. Niklas Reinke

Rolf Werninghaus

GestaltungDesign CD Werbeagentur GmbH,

Troisdorf

DruckPrinting Druckerei Thierbach KG,

Mülheim/Ruhr

DrucklegungPress date Köln, Juli 2009

Abdruck (auch von Teilen) oder sonstigeVerwendung nur nach vorherigerAbsprache mit dem DLR gestattet.

Reproduction in whole or in part or any other use is subject to prior permission from the German Aerospace Center (DLR).

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Das DLR im ÜberblickDas DLR ist das nationale Forschungszentrum der BundesrepublikDeutschland für Luft- und Raumfahrt. Seine umfangreichen For-schungs- und Entwicklungsarbeiten in Luftfahrt, Raumfahrt, Verkehrund Energie sind in nationale und internationale Kooperationeneingebunden. Über die eigene Forschung hinaus ist das DLR alsRaumfahrt-Agentur im Auftrag der Bundesregierung für die Planungund Umsetzung der deutschen Raumfahrtaktivitäten sowie für dieinternationale Interessenswahrnehmung zuständig. Das DLR fun-giert als Dachorganisation für den national größten Projektträger.

In den dreizehn Standorten Köln (Sitz des Vorstandes), Berlin, Bonn,Braunschweig, Bremen, Göttingen, Hamburg, Lampoldshausen,Neustrelitz, Oberpfaffenhofen, Stuttgart, Trauen und Weilheimbeschäftigt das DLR circa 6.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter.Das DLR unterhält Büros in Brüssel, Paris und Washington D.C.

DLR at a glanceDLR is Germany’s national research center for aeronautics and space.Its extensive research and development work in Aeronautics, Space,Transportation and Energy is integrated into national and internationalcooperative ventures. As Germany’s space agency, DLR has beengiven responsibility for the forward planning and the implementationof the German space program by the German federal governmentas well as for the international representation of German interests.Furthermore, Germany’s largest project-management agency is alsopart of DLR.

Approximately 6,000 people are employed at thirteen locations inGermany: Koeln (headquarters), Berlin, Bonn, Braunschweig, Bremen,Goettingen, Hamburg, Lampoldshausen, Neustrelitz, Oberpfaffen-hofen, Stuttgart, Trauen and Weilheim. DLR also operates offices inBrussels, Paris, and Washington D.C.

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