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InSAR (Remote sensing)

Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) (deutsch Radarinterferometrie) ist eine Methodik der SAR-Interferometrie zur Nutzung von Phasenunterschieden bei der Erfassung der Empfangsstärken der vom Gelände zurückkommenden Signale mit zwei nebeneinander angeordneten Antennen. 

Aus diesen Phasenunterschieden können durch komplexe Rechenoperationen Objekthöhen der Geländetopographie und damit digitale Geländemodelle prozessiert werden.

Anwendungsfelder der Radar-Interferometrie sind die Erfassung von Veränderungen der Erdoberfläche im mm- und cm-Bereich (Gletscher, Vulkanismus, Hangrutschungen, Erdbeben, bergbaubedingte Senkungen usw.) sowie die Vermessung von Meeresströmungen.

Messverfahren

Aufnahmen können mittels Flugzeug-getragenen Systemen durchgeführt werden, hier liegt der Abstand zwischen den Antennen bei einigen Dezimetern. Beim Einsatz von Satellitentechnik werden größere Abstände benötigt. Bei der im Jahre 2000 durchgeführten Shuttle-Mission STS-99 (Shuttle Radar Topography Mission) wurde ein 60 m langer Ausleger benutzt, um interferometrische SAR-Daten zu gewinnen. Es wurden große Teile der Erdoberfläche aus etwa 230 km Höhe dokumentiert bei einmaligem Überflug. Dieses Verfahren wird daher auch als „Single-Pass-Interferometrie“ bezeichnet.

Die Vorteile der Methodik sind:

  • Erzeugung von Oberflächenmodellen
  • Hohe Präzision
  • Kosteneffektivität
  • Simultane Aufnahme großer Flächen

Bei InSAR können darüber hinaus auch von jeweils korrespondierenden Bildpunkten zweier zu unterschiedlichen Zeiten aufgenommener SAR-Bilder die entsprechenden Phasenwerte verglichen werden. Dadurch ist man in der Lage Entfernungsunterschiede vom Bruchteil einer Wellenlänge (cm) zu messen. Hierbei sind die Flugbahnen leicht versetzt, wobei nur jeweils eine Antenne die Aufzeichnung durchführt. Dieses „Repeat-Pass-Verfahren“ besitzt den Nachteil, dass zwischenzeitliche Veränderungen, die die Oberflächenrauhigkeit beeinträchtigen, das Radarecho beeinflussen und dadurch Messaufnahmen und die berechneten Geländetopografien verfälschen. Einflussfaktoren sind beispielsweise Windverhältnisse oder Regenfälle.

Technik

Den Durchbruch erzielte diese Technik mit den Starts der Satelliten ERS-1 und ERS-2 (European Remote Sensing Satellite) 1991 und 1995 sowie der STS-99 Mission im Jahr 2000. Letztere hat in den vergangenen Jahren ein nahezu globales Höhenmodell mit bisher unerreicht hoher geometrischer Auflösung geliefert. Weitere aktuelle Radar-Systeme sind PALSAR auf dem japanischen Satelliten ALOS und ASAR auf Envisat. Seit 2007 liefert der deutsche Satellit TerraSAR-X SAR-Daten. Seit 2010 wird dessen Mission durch den Satelliten TanDEM-X ergänzt. 

Anwendung in der Geothermie

  • InSAR wird routinemäßig zur Vermessung von Bergsenkungen während der Produktion verwendet.
  • Kartierung von vertikalen Bewegungen an ausstreichenden Störungszonen.
  • Geophysikalisches Monitoring von Naturgefahren (Erdbeben, Vulkane, Hangrutschungen)
  • Landhebung durch Mineralquellen (z. B. Umwandlung von Anhydrit zu Gips bei Wasserzufuhr) oder Fluidintrusion.

InSAR wurde sowohl in Landau als auch in Staufen zur Kartierung der Bodenhebungen eingesetzt.

Literatur

Opplinger G, Coolbaugh M, Shevenell L. : Improved visualization of satellite radarInSAR observed structural controls at producing geothermal fields using modeled horizontal surface displacements. In: GRC Transactions Nummer 30 (2006), S. 927-930 

S. Tabrez ALI, Nicholas C. DAVATZES, Kurt L. FEIGL, Herb F. WANG, William FOXALL, Robert J. MELLORS, John AKERLEY, Ezra ZEMACH, Paul SPIELMAN: Deformation at Brady Hot Springs Geothermal Field Measured by Time Series Analysis of InSAR Data, Stanford Geothermal Workshop, 2015

S Tabrez ALI, Nicholas C DAVATZES, Robert J MELLORS, William FOXALL, Peter S DRAKOS, Ezra ZEMACH, Corne KREEMER, Herbert F WANG, Kurt L FEIGL : InSAR Measurements and Numerical Models of Deformation at Brady Hot Springs Geothermal Field (Nevada), 1997-2013 , Stanford Geothermal Workshop , 2014

Hammond, William C.; Bell, John W.  : Structural Controls on Geothermal Reservoir Deformation at Stillwater, Nevada From InSAR and GPS Data , Geothermal Resources Council Transactions , 2013

Shevenell, Lisa; Oppliger, Gary; Coolbaugh, Mark; Faulds, James : Bradys (Nevada) InSAR Anomaly Evaluated with Historical Well Temperature and Pressure Data , Geothermal Resources Council Transactions , 2012

Falorni, Giacomo; Morgan, Jessica; Eneva, Mariana : Advanced InSAR Techniques for Geothermal Exploration and Production , Geothermal Resources Council Transactions, 2011

Sarychikhina, O.; Glowacka, E.; Mellors, R. :Preliminary Results of a Surface Deformation Study, Using Differential InSAR Technique at the Cerro Prieto Geothermal Field, B.C., Mexico , Geothermal Resources Council Transactions, 2007

Eneva, Mariana; Combs, Jim : Application of InSAR to Subsidence Monitoring in the Geothermal Fields of Imperial Valley, California , Geothermal Resources Council Transactions , 2006

Oppliger, Gary; Coolbaugh, Mark; Shevenell, Lisa : Improved Visualization of Satellite Radar InSAR Observed Structural Controls at Producing Geothermal Fields Using Modeled Horizontal Surface Displacements , Geothermal Resources Council Transactions , 2006

Oppliger, Gary; Coolbaugh, Mark; Shevenell, Lisa; Taranik, James : Elucidating Deep Reservoir Geometry and Lateral Outflow Through 3-D Elastostatic Modeling of Satellite Radar (InSAR) Observed Surface Deformations: An Example From the Bradys Geothermal Field , Geothermal Resources Council Transactions , 2005

Oppliger, Gary; Coolbaugh, Mark; Foxall, William : Imaging Structure with Fluid Fluxes at the Bradys Geothermal Field with Satellite Interferometric Radar (InSAR): New Insights into Reservoir Extent and Structural Controls, Geothermal Resources Council Transactions , 2004

Weitere Literatur unter Literaturdatenbank und/oder Konferenzdatenbank

Weblinks

https://de.wikipedia.org/wiki/Interferometric_Synthetic_Aperture_Radar

http://en.openei.org/wiki/InSAR 

zuletzt bearbeitet Januar 2020