DE69725547T2

DE69725547T2 - Verfahren und vorrichtung für geodäsie und/oder bilderzeugung mittels bearbeitung von satellitensignalen

Info

Publication number: DE69725547T2
Application number: DE69725547T
Authority: DE
Inventors: Didier Massonnet
Original assignee: Centre National dEtudes Spatiales CNES
Current assignee: Centre National dEtudes Spatiales CNES
Priority date: 1996-05-29
Filing date: 1997-05-30
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2017-05-31
Also published as: DE69725547D1; US6130644A; WO1998007046A1; JPH11510914A; EP0852734B1; FR2749398B1; EP0852734A1; FR2749398A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für Geodäsie und/oder terrestrische Bilderzeugung durch Verarbeitung von Radiosatellitensignalen.
Herkömmlicherweise werden in der Geodäsie oder der ultrahochfrequenten terrestrischen Bilderzeugung Bilderzeugungsradare mit synthetischer Antenne (synthetic aperture radar oder SAR nach der im Allgemeinen vom Fachmann verwendeten angelsächsischen Terminologie) eingesetzt, wie sie einige Beobachtungssatelliten aufweisen, etwa der Satellit ERS-1.
Insbesondere durch interferometrische Verarbeitung von SAR-Bildern ist es möglich, terrestrische seismische Verformungen, Erdbeben, Vulkanausbrüche usw. zu verfolgen.
Zu den Techniken der Interferometrie mit Satellitenradar und ihren Anwendungen für die terrestrische Bilderzeugung und Geodäsie wird auf die folgenden Publikationen verwiesen:

– "Deflation of Mount Etna monitored by spaceborne radar interferometry", Didier Massonnet et al., Letters to Nature, Band 375, Nr. 6532, 15. Juni 1995;
– "Radar interferometric mapping of deformation in the year after the Landers earthquake", Didier Massonnet et al., Letters to Nature, Band 369, 19. Mai 1994;
– "Satellite radar interferometric map of the coseismic deformation field of the M = 6.1 Eureka Valley, California earthquake of May 17, 1993", Didier Massonnet, Kurt L. Feigl, Geophysical Research Letters, Band 22, Nr. 12, Seiten 1541 bis 1544, 15. Juni, 1995;
– "The displacement field of the Landers earthquake mapped by radar interferometry", Didier Massonnet et al., Letters to Nature, Band 364, Nr. 6433, 8. Juli 1993;
– "Discrimination of geophysical phenomena in satellite radar interferograms", Didier Massonnet, Kurt L. Feigl, Geophysical Research Letters, Band 22, Nr. 12, Seiten 1537 bis 1540, 15. Juni 1995.

Weiter wird auf folgende Publikation verwiesen:

– "A passive reflectometry and interferometry system (Paris): application to ocean altimetry", Martin-Neira M, E.S.A. Journal, Band 17, Nr. 4, 1. Januar 1993, Seiten 331 bis 355,

Die Beobachtung der Erde durch Satelliten-SAR ist für Vermessungstechniker am Boden, die im Allgemeinen keine Spezialisten für diese Techniken sind, schwer durchführbar.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung für Bilderzeugung oder Geodäsie vorzuschlagen, die den Zugang zu den gleichen Informationen wie die Satelliten-SAR-Techniken erlauben und sich dabei am Boden leicht einsetzen lassen.
Der Vergleich eines reflektierten Signals mit einem Referenzsignal ist eine Technik, die bei anderen Anwendungen eingesetzt wird, beispielsweise zum Bestimmen von radioelektrischen Bildern, die als Hilfe zum Landen von Flugzeugen dienen, wie in DE 42 10 823 vorgeschlagen.
Bei dieser Druckschrift werden das reflektierte und das Referenzsignal jedoch ausgehend von einem beweglichen System (Flugzeug) aufgenommen, was das Zeitintervall beschränkt, während dem man die Referenzstrahlung beobachten kann, und komplizierte Datenverarbeitung erforderlich macht, da die Bewegungsparameter der Empfänger berücksichtigt werden müssen, und zudem keine Präzisionsmessungen erlaubt.
Insbesondere verhindert diese Anordnung den Vergleich von Signalen, die zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommen werden, und könnte keine geodätische Information über die Bodenbewegungen zwischen zwei Zeitpunkten und noch weniger eine Information über drei Dimensionen liefern.
Die Erfindung schlägt ein Verfahren für Geodäsie und/oder terrestrische Bilderzeugung nach Anspruch 1 vor.
Damit wird es einem Vermessungstechniker am Boden mit einem Minimum an zu bedienenden Instrumenten ermöglicht, feine geodätische Messungen und Verschiebebereichs-Messungen in den drei Dimensionen durchzuführen.
Dieses Verfahren wird vorteilhafterweise von den folgenden Merkmalen vervollständigt, die für sich stehen oder in allen technisch möglichen Variationen kombiniert werden können:

– das Referenzsignal ist ein direktes Radiosatellitensignal, das mittels einer Antenne aufgenommen wird, die in der Nähe der gerichteten Antenne angeordnet ist;
– es wird eine Korrelationsbehandlung zwischen dem von der gerichteten Antenne aufgenommenen reflektierten Radiosatellitensignal und dem Referenzsignal sowie eine Phasenkorrektur durchgeführt, um die Bewegung des Satelliten, der das aufgenommene Signal aussendet, zwischen zwei Messungen zu berücksichtigen;
– das aufgenommene Radiosatellitensignal ist ein GPS-Radiopositionsbestimmungssignal oder ein SAR-Signal.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung für Geodäsie und/oder terrestrische Bilderzeugung nach Anspruch 6.
Vorteilhafterweise umfasst die Vorrichtung eine in der Nähe der gerichteten Antenne angeordnete Antenne, um ein direktes Radiosatellitensignal aufzunehmen, das als Referenzsignal dienen soll.
Diese Antenne zum Aufnehmen des Referenz-Radiosatellitensignals kann eine ungerichtete Antenne sein.
Sie kann auch eine gerichtete Antenne sein, die in Richtung des Satelliten zeigt, dessen Radiosatellitensignal ausgewertet wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor. Diese dient nur der Veranschaulichung und ist nicht einschränkend. Sie nimmt auf die beigefügten Zeichnungen Bezug, in denen:
1 eine schematische Darstellung einer Anwendung der Erfindung ist;
2 ein Schema ist, das die bei der Bestimmung der Korrelationslänge zu berücksichtigenden Parameter zeigt;
3 eine schematische Darstellung der interferometrischen Verarbeitung des von der Erfindung vorgeschlagenen Verfahrens ist;
4 schließlich eine Anwendung der Erfindung zur Beobachtung von dreidimensionalen Bewegungen in einem gegebenen Bereich veranschaulicht.
In 1 ist ein Satellit S abgebildet, der ein radioelektrisches Signal in einem gegebenen Frequenzband zur Erde sendet.
Auf dem Boden besteht die erfindungsgemäße Vorrichtung aus einem Empfänger R, der nahe am Bereich Z angeordnet ist, der beobachtet werden soll, und zwei Antennen aufweist, die in 1 schematisch durch ihre Antennendiagramme 1 und 2 dargestellt sind.
Der Empfänger R kann natürlich entweder direkt auf dem Boden stehen oder quasi-fest gegenüber dem Boden sein, indem er beispielsweise von einem Fesselballon getragen wird.
Die eine der Antennen ist hoch und ungerichtet (Antennendiagramm 1). Sie nimmt das vom Satelliten S zur Erde gesendete radioelektrische Signal auf. Das so aufgenommene Signal dient als Referenzsignal.
Die andere Antenne (Antennendiagramm 2) ist eine Richtantenne und beobachtet den Bereich des Bodens, in dem geodätische Bilder oder Messungen aufgenommen beziehungsweise durchgeführt werden sollen.
Diese zweite Antenne nimmt also das vom Boden retroreflektierte Signal auf.
Der Satellit S und das radioelektrische Signal, das er aussendet, können von jeder Art sein.
Wie verständlich wurde, hat die Erfindung den Vorteil, dass ein geodätisches Bild oder geodätische Messungen durch Auswertung von radioelektrischen Signalen möglich sind, die von bereits existierenden Raumfahrtsystemen ausgesendet werden.
Zum Beispiel steht der Empfänger R vorteilhafterweise auf Empfang für das Radiopositionsbestimmungssignal, das von einem GPS-Satelliten S ausgesendet wird.
Oder der Satellit S kann der Satellit ERS-1 sein und das empfangene radioelektrische Signal das von seinem SAR-Radar ausgesendete Signal.
Es ist festzustellen, dass wenn mehrere Satelliten im gleichen Frequenzband senden, was insbesondere bei den GPS-Satelliten der Fall ist, die hohe Antenne mit einer gewissen Richtwirkung versehen werden muss, um Störungen zwischen den von den verschiedenen Sendern dieser Satelliten ausgesendeten Signalen zu vermeiden.
Der Empfänger R besitzt Mittel, um die von den Antennen empfangenen radioelektrischen Signale adäquat zu verstärken, einen Eingangsfilter, der für das aufzunehmende Raumsignal geeignet ist, sowie Mittel, die es erlauben, die empfangenen Signale bei einer Trägerwelle des Senders derart zu mischen, dass die Signale im Basisband zurückgewonnen werden. Die Trägerwelle wird mit ausreichender Genauigkeit wiedergegeben, sodass jede Abweichung weit unter der Breite des Emissionsbands des Signals liegt.
Der Empfänger R umfasst auch Mittel zum Abtasten der so erhaltenen Signale im Basisband. Um das verwendbare Band zu behalten, ist der Abtastschritt kleiner als c/B, wobei c die Lichtgeschwindigkeit und B die Breite des Bands des Senders sind (ERS: 15 MHz; GPS: 20 MHz).
Im ganzen folgenden Text werden die am Ausgang der hohen Antenne (vom Satelliten gesendetes Signal) beziehungsweise der gerichteten Antenne (Echosignal) abgetasteten Signale mit M(k) beziehungsweise S(k) bezeichnet, wobei k ein ganzzahliger Index ist, der der Indizierung des Abtastens entspricht.
Der Empfänger R umfasst Mittel, die eine Korrelationsbehandlung, eine Verarbeitung zur Bildberechnung sowie eine interferometrische Verarbeitunng durchführen.
Die verschiedenen Verarbeitungen werden nun detailliert beschrieben.
1) Korrelation – Erzeugung der Linien
Man korreliert M und S und berechnet ein entsprechendes Signal L für eine gegebene Zeit, das heißt bei einer ganzzahligen Indizierungszahl n bei der Linie L_n wie beispielsweise:
wobei * die komplexe Konjugationsoperation und "long" die später genauer beschriebene Korrelationslänge bezeichnen.
Diese Linie L_n wird von ebenso vielen Abtastwerten gebildet, wie es verschiedene Werte von i gibt.
In der Praxis genügt es, wenn die Linie den beobachteten Bereich bedeckt, also wird die Anzahl an Abtastwerten gleich der Tiefe des beobachteten Bereichs geteilt durch die Größe der Auflösungszelle, im Allgemeinen nahe c/B gewählt.
In 1 ist ein Punkt P am Boden dargestellt, der sich in einem Abstand D1 vom Satelliten S und einem Abstand D2 vom Empfänger R befindet. Der Abstand zwischen dem Satelliten S und dem Empfänger R ist mit D bezeichnet. Somit entspricht der Punkt P dem Abtastwert: i = (D₁ + D₂ – D)·B/c.
Die Korrelationslänge "long" entspricht:

– der Anzahl an Abtastwerten des Impulses, wenn der Sender unregelmäßig sendet; beispielsweise beim Empfang von Signalen des SAR-Senders des Satelliten ERS-1, der Impulse von 30 μs in einem Takt in der Größenordnung von 1700 Hz sendet, entspricht die Länge "long" 700;
– der Anzahl an Abtastwerten, die der Zeit entspricht, die erforderlich ist, um von einer Linie zur folgenden zu gelangen, wenn der Sender kontinuierlich sendet (Fall GPS). Wir nennen den Kehrwert dieser Zeit "Pseudo-Wiederholungsfrequenz".

Die Berechnung dieser Zeit wird unter Bezugnahme auf 2 erläutert. Um das auf einen Beobachtungsbereich der Breite L in der Fortbewegungsrichtung (Pfeile in den 1 und 2) des Satelliten gesendete Signal in geeigneter Weise abzutasten, nimmt man jedes Mal, wenn sich das Signal dekorreliert, eine neue Messung, das heißt sobald die Veränderung der Position des Satelliten von der Position S1 zur Position S2 bewirkt, dass sich die Differenz der Sichtweite zwischen den Enden des beobachteten Bereichs um einen Wert gleich der Wellenlänge ändert, nämlich: [(Dd – Dc) – (Db – Da)] < λ wobei (D_d – D_c) und (D_b – D_a) für die Position S1 beziehungsweise die Position S2 die Differenz der Sichtweite des Satelliten zwischen den Enden des beobachteten Bereichs darstellen und λ die Wellenlänge des pseudozufälligen Signals ist.
Im Fall eines GPS-Satelliten, der in der Vertikalen eines beobachteten Bereichs von 10 km Breite angeordnet ist, beträgt die berechnete Pseudo-Wiederholungsfrequenz 10 Hz, und damit die Zeit zwischen den Linien 0,1 Sekunde und die Korrelationslänge "long" liegt in der Größenordnung von 2.000.000. Wenn sich der Sendesatellit gegenüber seiner Zenitposition verschiebt, nimmt die Pseudofrequenz ab (der oben angegebene Wert "long" passt also immer).
Wird das gleiche Kriterium auf den Fall des unregelmäßig sendenden Satelliten ERS-1 angelegt, der einen Bereich von 5 km Breite beobachtet, findet sich als Bedingung, dass die Pseudo-Wiederholfrequenz mindestens 850 Hz beträgt, also die Hälfte der tatsächlich vom Sender verwendeten Frequenz. Dies erklärt sich dadurch, dass das System dafür konzipiert ist, die Signale, die den Weg vom Satelliten zur Erde und zurück zurückgelegt haben, in geeigneter Weise abzutasten, was alle Entfernungsvariationen verdoppelt. Eine weitere Besonderheit beim Einsatz dieses Systems ist, dass sich die Pseudofrequenz nicht ändert, wenn der beobachtete Bereich breiter als 5 km ist, denn der Satellit ERS beleuchtet ohnehin nur eine Breite von 5 km, was den beobachteten Bereich unverzüglich begrenzt. Auf jeden Fall zwingt ein unregelmäßiges System, wie zuvor bereits erwähnt, dem Gerät seine Wiederholfrequenz auf (im Fall von ERS 1700 Hz).
Da das Referenzsignal direkt der Hochfrequenz-Antenne entnommen wird, muss der Empfänger das genaue Format des ausgewerteten Signals nicht kennen. Insbesondere lässt sich die Erfindung mit dem GPS-System einsetzen, ohne dass eine Kenntnis der genauen Codes erforderlich wäre.
Außerdem trennt die Korrelation des Ursprungssignals mit dem vom Boden kommenden Signal auch die Anteile der verschiedenen GPS-Satelliten, die den beobachteten Bereich gleichzeitig beleuchten.
2) Bestimmung des Bildes
Die Bestimmung des Bildes vervollständigt die vorhergehende Verarbeitung durch eine Verarbeitung an den Linien, die analog zur herkömmlicherweise eingesetzten Verarbeitung im Fall von einem Synthetik-Apertur-Radar ist.
Hierzu wird auf die folgende Publikation verwiesen:

– "CNES General-Purpose SAR Correlator", D. Massonnet, M. Rossi, F. Adragna, IEEE (TGARS), Band 32, Nr. 3 (05-1994); deren Lehre hier durch Bezugnahme enthalten ist.

Beispielsweise kann diese Verarbeitung die folgenden Schritte für jeden Punkt des beobachteten Bereichs aufweisen:

– man berechnet die Zahl des für diesen Punkt in jeder der zuvor beschriebenen Linien charakteristischen Abtastwerts i;
– wenn diese Zahl ein Bruch ist, wird die Linie eventuell neu abgetastet, um den komplexen Abtastwert zu erhalten, der i genau entspricht;
– man korrigiert die Phase der aus dem Phasenhub erhaltenen komplexen Zahl 2π(D₁ + D₂ – D)/λ in dem Moment, in dem die Zeile erhalten wurde, gegenüber einem Referenzhub, beispielsweise dem, der in dem Moment berechnet wurde, in dem der Abstand D₁ + D₂ – D am kleinsten war;
– man summiert die für diesen Punkt in jeder der Zeilen erhaltenen komplexen Zahlen.

Man erhält dann ein Bild aus komplexen Zahlen, das einem Bild eines Synthetik-Apertur-Radars entspricht.
Natürlich sind auch andere Behandlungsarchitekturen möglich.
Die Auflösung des Bildes in der zur Fortbewegungsrichtung des Satelliten senkrechten Richtung liegt in der Größenordnung von c/B. Sie kann je nach der Position des Senders und der Ausrichtung seiner Bahn gegenüber der Visierachse des Geräts variieren.
Die Auflösung gegenüber der Fortbewegungsrichtung des Satelliten hängt von der Zeit ab, während der der Bereich beobachtet und verarbeitet wurde. In dieser Richtung entspricht die Größe der Auflösungszelle annähernd der Breite L des Be reichs geteilt durch das Produkt aus Beobachtungszeit und minimalem Grenzwert der Pseudo-Wiederholungsfrequenz.
Wenn der Rauschabstand des erzeugten Bildes nicht groß genug ist, kann man das Aussehen der Amplitude des Bildes verbessern, indem eine quadratische Demodulation an einer Pixelumgebung durchgeführt wird. Diese Operation verbessert die radiometrische Qualität auf Kosten der Auflösungsfeinheit. Für interferometrische Verarbeitung muss jedoch das komplexe Bild beibehalten werden, um es mit einem anderen Bild kombinieren zu können, auch wenn das Signal später durch Mitteln der Kombination verbessert wird.
3) Interferometrische Verarbeitung
Bilder, die zu verschiedenen Zeitpunkten vom gleichen Empfänger R aufgenommen wurden oder gleichzeitig von zwei Empfängern R, die an unterschiedlichen Stellen angeordnet sind, können durch die Technik der Interferometrie kombiniert werden, die an sich bekannt ist und hier nicht näher beschrieben wird.
Anwendungsbeispiele interferometrischer Verarbeitung finden sich in den beiden zuvor genannten Artikeln sowie in:

– "Radar interferometry: Limits and Potential", D. Massonnet, Th. Rabaute, IEEE (TGARS), Band 31, Nr. 2 (03-1993).

Es wird auch auf die verschiedenen Publikationen verwiesen, auf die in diesen Artikeln Bezug genommen wird.
Ein großer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Bedingungen, die die Technik der Interferometrie der Wiederholgenauigkeit der Satellitenumlaufbahnen auferlegt – die auf allgemeine Weise in der Referenz [5] beschrieben sind – um einen Faktor in der Größenordnung von zwei entspannt sind, da die Welle eine einfache Bahn beschreibt.
Genauer gesagt muss eine Auflösungszelle am Boden in jedem der Bilder mit einer Einfallsdifferenz beobachtet werden, die nicht zu einer Fortbewegungsdifferenz gleich oder größer der Wellenlänge λ führt. Dies ist in 3 veranschaulicht, in der die Wellenfronten F1 und F2 einer Auflösungszelle CR dargestellt sind. Wenn die Größen der Auflösungszellen "a" beziehungsweise "b" sind, lautet die Bedingung der Interferometrie |b – a| < λ.
Im Fall von ERS-1 liegt die Grenze für den Abstand zwischen zwei Umlaufbahnen, die es erlaubt, die Interferometrie auf die bei diesen beiden Umlaufbahnen gewonnenen Bildern anzuwenden, in der Größenordnung von 1 km. Die Bedingung wird bei 60 Prozent der Umflaufbahnen erfüllt.
Bei den Bildern, die durch Einsatz der Erfindung unter Aufnahme der ERS-Radarsignale erhalten wurden, geht diese Grenze auf 2 km über. Damit sind fast alle Umlaufbahnen verwendbar.
Im Fall eines GPS-Senders ist ein Abstand gegenüber der nominalen Umlaufbahn in der Größenordnung von höchstens 250 km erforderlich, um innerhalb der interferometrischen Bedingungen zu bleiben. Diese Technik lässt sich also zumindest in folgendem Fall anwenden:
Die GPS-Korrelation umfasst 24 Satelliten, deren Bahnen in sechs Orbitalebenen mit 4 Satelliten pro Ebene angeordnet sind, wobei die Ebene gegenüber den Sternen fest ist. Die Bahnen werden in 12 Stunden durchlaufen. Möchte man ein gewonnenes Bild mit einem anderen vergleichen, beispielsweise während ein GPS-Satellit im Zenit des Bereichs war, muss man warten, bis dieser Bereich wieder in eine der sechs Orbitalebenen gelangt. Insbesondere nach einem Tag findet man sich in ungefähr der gleichen Umlaufebene unter dem gleichen Satelliten wieder, aber mit einer Abweichung von vier Minuten (aufgrund des Unterschieds zwischen Sonnentag und siderischem Tag); nun aber erzeugt die Erdrotation während dieser Zeit höchstens eine Verschiebung von 110 km (am Äquator).
Es gibt zahlreiche weitere Gelegenheiten für interferometrische Kombinationen zwischen verschiedenen GPS-Satelliten. Beispielsweise nach 6 oder 12 Stunden oder wenn man wartet, bis die siderische Abweichung (die in 15 Tagen eine Stunde erreicht) in Kombination mit einer Ebenenänderung (ein gegebener Punkt der Erde überschreitet alle zwei Stunden eine GPS-Orbitalebene) es erlaubt, sich unter einem anderen GPS-Satelliten zu befinden, bestenfalls 250 km entfernt.
Unter Bezugnahme auf 4 wird nun ein mögliches Anwendungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
In dieser 4 ist ein Ort dargestellt, dessen Bewegungen in den drei Dimensionen überwacht werden sollen. Hierzu verwendet man drei Empfänger, die an mehreren Punkten A1, A2, A3 des Ortes angeordnet werden. Diese drei Empfänger führen eine Messung zu Beginn und am Ende der zu überwachenden Zeit durch. Die gerichteten Antennen dieser Empfänger – schematisch durch ihr Antennendiagramm dargestellt – sind wie in 4 gezeigt, so ausgerichtet, dass es möglich ist, die Bewegung des Ortes in drei Dimensionen zu überwachen.
Für einen gegebenen Punkt P des Ortes ist jeder der Empfänger empfindlich für die Änderung der Summe der Abstände D₁ und D₂, wobei D₁ der Abstand zwischen P und dem Sendesatelliten und D₂ der Abstand zwischen P und dem Empfänger ist. Geometrisch gesehen misst jeder Empfänger am Punkt P die Verschiebung entlang dem Normalvektor zum Umdrehungsellipsoid, der durch P verläuft, dessen Brennpunkte die mittlere Position des Senders während der Messung und die Position des Empfängers sind. Es ist klar, dass sich durch eine sinnvolle Anordnung der drei Empfänger die drei Dimensionen der Bewegung am Punkt P rekonstruieren lassen.
Wenn man weiß, dass die Bewegung nur vertikal ist, wird die Messung leichter mithilfe eines einzigen Empfängers erhalten, der eine Messung zu Beginn und am Ende der zu überwachenden Zeitspanne durchführt. Der Vergleich der beiden Messungen liefert an jedem Punkt des Bildes eine Verschiebung, die vollständig der vertikalen Komponente des normierten Vektors SP zugeschrieben werden kann, wobei diese vertikale Komponente mit SP_z bezeichnet wird; wenn die Phasenunterschiedsmessung x Prozent der Wellenlänge ergibt, gilt für die vertikale Bewegung am Punkt P x·λ/SP_z.
Im Fall von GPS-Empfang lassen sich die beiden Frequenzen des Signals dazu verwenden, die ionosphärischen Bahnwirkungen zu erfassen und zu beseitigen.
Außerdem kann ein System in Betracht gezogen werden, Glas gleichzeitig mehrere Satelliten abhören kann, bei den klassischen GPS-Empfängern beispielsweise vier GPS-Satelliten.
Die Empfänger umfassen Empfangsmittel, die für die beiden Frequenzen geeignet sind, sowie eine große, zum Boden gerichtete Antenne.
Es kann auch vorgesehen werden, dass das radioelektrische Referenzsignal von dem oder den Empfängern mittels gerichteter Antennen aufgenommen wird, die klein sind und mechanisch oder elektronisch zu den Satelliten gerichtet werden.
Die so von einem Empfänger aufgenommenen acht Signale erlauben dann die Position des Empfängers zu bestimmen, werden (auf 20 MHz) digitalisiert und mit variablen Verzögerungen mit den vom Boden reflektierten Signalen vermischt, was es ermöglicht, die Signale jedes Satelliten zu unterscheiden und sie in Abhängigkeit der Abstände D₁ + D₂ (Bezeichnung von 1) zu sortieren. Auch hier entnehmen die Empfänger die GPS-Referenzsignale direkt. Es ist also nicht nötig, über den genauen Code zu verfügen.
Außerdem trennt die Korrelation des Ursprungssignals mit dem vom Boden kommenden Signal auch die Anteile der verschiedenen GPS-Satelliten.
Es wurde deutlich, dass das erfindungsgemäße System zahlreiche Vorteile mit sich bringt.
Da es selbst kein radioelektrisches Signal aussendet, kann es ohne besondere Genehmigungen installiert werden.
Da das Signal der meisten Sender mit schwachem Einfall vom Boden empfangen wird, ist das System besonders empfindlich für vertikale Bewegungen, obwohl alle Empfänger im Allgemeinen in einer Ebene angeordnet sind (der des Bodens).
Die geodätische Messung wird von einem Bild begleitet, das den Bildern ähnlich ist, die mithilfe von Bilderzeugungsradaren erhalten werden. Obwohl dieses Bild nicht so leicht zu interpretieren ist wie ein herkömmliches Bild, erlaubt es mögliche Artefakte zu lokalisieren und zu erfassen, indem es eine visuelle Unterstützung der geodätischen Messung bietet.

Claims

Verfahren für Geodäsie und/oder terrestrische Bilderzeugung, bei dem mittels wenigstens einer Richtantenne (2) ein am Boden reflektiertes Radiosatellitensignal aufgenommen und mit einem dem Radiosatellitensignal entsprechenden Referenzsignal behandelt wird, um ein Bild des Bereichs (Z) zu erhalten, in dessen Richtung die Richtantenne (2) orientiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtantenne eine in Bezug auf den Boden feste Antenne ist und dass eine interferometrische Verarbeitung an den Bildern durchgeführt wird, die zu verschiedenen Zeitpunkten von einer solchen Richtantenne oder gleichzeitig von mehreren solcher an unterschiedlichen Orten angeordneten Richtantennen aufgenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzsignal ein direktes Radiosatellitensignal ist, das mittels einer Antenne (1) aufgenommen wird, die in der Nähe der Richtantenne (2) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Korrelationsbehandlung zwischen dem von der gerichteten Antenne (2) aufgenommenen reflektierten Radiosatellitensignal und dem Referenzsignal sowie eine Phasenkorrektur durchgeführt werden, um die Bewegung des Satelliten (S), der das aufgenommene Signal aussendet, zwischen zwei Messungen zu berücksichtigen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aufgenommene Radiosatellitensignal ein GPS-Radiopositionsbestimmungssignal ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das aufgenommene Radiosatellitensignal ein SAR-Signal ist.
Vorrichtung für Geodäsie und/oder terrestrische Bilderzeugung, die folgendes umfaßt: wenigstens eine Richtantenne (2), die zum Boden orientiert ist, Empfangsmittel (R) am Ausgang der Antenne, die es erlauben, ein am Boden reflektiertes und von der Antenne empfangenes Radiosatellitensignal aufzunehmen, sowie Verarbeitungsmittel zum Bestimmen eines Bildes des Bereichs (Z) in dessen Richtung die Antenne orientiert ist, abhängig von dem aufgenommenen Signal und einem Referenzsignal dadurch gekennzeichnet, dass eine solche Antenne in Bezug auf den Boden fest ist und dass sie geeignete Mittel zum Durchführen einer interferometrischen Verarbeitung an den zu unterschiedlichen Zeitpunkten von einer solchen Richtantenne und/oder gleichzeitig von mehreren solcher an unterschiedlichen Orten angeordneten Richtantennen aufgenommenen Bildern umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Antenne (1) in der Nähe der Richtantenne (2) aufweist, um ein direktes Radiosatellitensignal aufzunehmen, das dazu bestimmt ist als Referenzsignal zu dienen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (1) zum Aufnehmen des Referenz-Radiosatellitensignals eine ungerichtete Antenne ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (1) zur Aufnahme des Referenz-Radiosatellitensignals eine Richtantenne (2) ist, die in Richtung des Satelliten (S) orientiert ist, dessen Radiosatellitensignal ausgewertet wird.