Inhalt

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   Kurzfassung
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   Danksagung
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   Inhaltsverzeichnis
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   Liste der verwendeten Abkürzungen
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   Liste der verwendeten Symbole
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   Liste der verwendeten physikalischen Konstanten
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  1. Einleitung
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  1.1 Radartechnologie
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   1.1.1 Funktionsprinzip
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   1.1.2 Einteilung und Anwendung der Radargeräte
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  1.2 Radarfernerkundung
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   1.2.1 SAR - Synthetic Aperture Radar
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   1.2.2 Mono-, bi- und multistatisches SAR
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   1.2.3 Neue Anwendungsfelder des SAR
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   1.2.4 Aktuelle SAR-Projekte/Missionen
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  1.3 Forschungsbereich SAR
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   1.3.1 Allgemeine Herausforderungen
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   1.3.2 Entwicklung neuer Prozessierungsalgorithmen und -verfahren
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   1.3.3 Zielsetzung der Arbeit
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   1.4 Gliederung der Arbeit
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  2. Grundlagen SAR – Radar mit synthetischer Apertur
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  2.1 Allgemeine Betrachtungen
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   2.1.1 Historisches
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   2.1.2 Das SAR-Prinzip
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   2.1.3 Fachbegriffe
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  2.2 Spezielle Eigenschaften und Methoden
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   2.2.1 Das Dopplerkonzept des SAR
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   2.2.2 Geometrische Auflösung
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   2.2.3 Prozessierung
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   2.2.4 Besonderheiten der Abbildung mittels SAR
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   2.2.5 Antennentypen
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   2.2.6 Betriebsmodi von SAR-Systemen
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  3. Modellierung und Simulation von SAR-Konstellationen
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   3.1 SAR-Simulation
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  3.2 Konzepte der Simulationstechnik
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   3.2.1 Physikalische vs. phänomenologische Modellbildung
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   3.2.2 Ablaufsteuerung (Zeitachse)
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   3.2.3 Modularität
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   3.2.4 Kinematik und Trajektorienberechnung
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   3.2.5 Koordinatensysteme und -transformationen
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   3.2.6 Multisensorsysteme
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   3.2.7 Visualisierung
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   3.3 Verfügbare SAR-Simulatoren
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  4. Bedarfsanalyse für den modularen SAR-Simulator
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   4.1 SAR-spezifische Anforderungen
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   4.2 Simulatorarchitektur
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   4.3 Implementierung des Frameworks
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   4.4 Geometrischer Ansatz des SAR-Simulators
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   4.5 Benutzerspezifische Anwendungen
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  5. Grundkonzepte des SAR-Simulators
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  5.1 Modularität des Simulators
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   5.1.1 Szenarien
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   5.1.2 Baukastensystem
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  5.2 Modellierung der Signalübertragung
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   5.2.1 Physikalischer Ansatz
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   5.2.2 Geometrischer Ansatz
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   5.3 Benötigte Koordinatensysteme
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   5.4 Schrittsteuerung des Simulators
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   5.5 Trennung von Simulation und Visualisierung
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   5.6 Implementierungsumgebung
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  6. Simulatorarchitektur & Ablaufsteuerung
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  6.1 Architekturentwurf des Simulators
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   6.1.1 Rohentwurf der Simulatorarchitektur
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   6.2 Simulator-Komponenten
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   6.2.1 Rechen- und Steuerwerk
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   6.2.2 Geometrie-Komponente
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   6.2.3 Visualisierungskomponente
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   6.2.4 Simulationskontrolle
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   6.2.5 Interface mit Zugriff auf die Kontrollstruktur
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   6.3 Simulationsablauf
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  7. Softwaretechnische Umsetzung
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   7.1 Objektabstraktion
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  7.2 Simulationsklassen und Vererbungsstrukturen
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   7.2.1 Szenario
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   7.2.2 Trägerplattformen
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   7.2.3 Sensor
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   7.2.4 Signale
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   7.3 Besonderheiten der Klassenstruktur
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  7.4 Koordinatensysteme
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   7.4.1 Koordinatenklassen
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   7.4.2 Transformationen
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  8. Generierung synthetischer Sensordaten
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   8.1 Geometrischer Ansatz
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  8.2 GPS-Sensor
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   8.2.1 Reales Funktionsprinzip
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   8.2.2 Modellierung mittels des geometrischen Ansatzes
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  8.3 Laser Ranger
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   8.3.1 Reales Funktionsprinzip
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   8.3.2 Modellierung mittels des geometrischen Ansatzes
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  8.4 Star Tracker
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   8.4.1 Reales Funktionsprinzip
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   8.4.2 Modellierung mittels des geometrischen Ansatzes
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  9. Generierung synthetischer SAR-Rohdaten
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  9.1 Abtastung und Diskretisierung der Erdoberfläche
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   9.1.1 Radarabtastung einer komplexen Szene
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   9.1.2 Diskretisierung der Erdoberfläche
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   9.1.3 Erdoberflächen
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   9.2 Abtastkriterien
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   9.2.1 Abtastkriterium 1: Footprint
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   9.2.2 Abtastkriterium 2: Reflexion
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   9.2.3 Abtastkriterium 3: Radarschatten
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   9.2.4 Signalgenerierung
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  10. Parallelisierung der synthetischen SAR-Rohdatengenerierung
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   10.1 Abtastungsaufwand der Erdoberfläche
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  10.2 SAR-Rohdatenmatrix
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   10.2.1 Aufbau einer Rohdatenmatrix
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   10.2.2 Berechnung der Dimension der Rohdatenmatrix
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   10.2.3 Rohdatengenerierung
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   10.3 Parallele Generierung von SAR- Rohdaten
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   10.3.1 Kontrollierte Parallelisierung: Brute Force – Ansatz
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   10.3.2 Verbesserte Rohdatengenerierung
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   10.3.3 Kontrollierte Parallelisierung: Optimierter Ansatz
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   10.3.4 Autonome Parallelisierung
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   10.3.5 Benchmark Test
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  11. Modellierung von Bewegungstrajektorien
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   11.1 Satellitentrajektorien
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   11.1.1 Gravitation
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   11.1.2 Atmosphäre
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   11.1.3 Gravitationskräfte der Himmelskörper
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   11.1.4 Gravitation durch Gezeiten
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   11.1.5 Verifikation der Satellitentrajektorie
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  11.2 Flugzeugtrajektorien
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   11.2.1 Vereinfachter Modellansatz
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  12. Positionsschätzung
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   12.1 Problemstellung
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  12.2 Kalman-Filter
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   12.2.1 Mathematische Formulierung
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   12.2.2 Ablauf einer Kalman-Filterung
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  12.3 Positionsschätzung mit einem Kalman-Filter
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   12.3.1 System- und Messgleichung
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   12.3.2 Initialisierung der Kovarianzmatrizen
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  12.4 Berechnung der Jacobi-Matrix mit automatischer Differentiation (AD)
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   12.4.1 Problemstellung
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   12.4.2 Ableitungsberechnung eines Programmcodes
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   12.4.3 Automatische Differentiation
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   12.5 Beispiel
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  13. Missionsplanung und -optimierung
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  13.1 SAR-Parameter
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   13.1.1 Grundlagen
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   13.1.2 SAR-Parameter für mono-, bi- und multistatische Anordnungen
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  13.2 Automatisierte Antennensteuerung
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   13.2.1 Ziele der Antennensteuerung
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   13.2.2 Vorgabe eines Groundtracks
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   13.2.3 Antennensteuerungsstrategien
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   13.2.4 Beispielanwendung
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  14. SAR-Testszenario
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   14.1 Testszenario
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   14.2 Testergebnisse
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  15. Zusammenfassung und Diskussion
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   15.1 Zielsetzung
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  15.2 Zusammenfassung
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   15.2.1 Entwicklung des SAR-Simulators
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   15.2.2 Anwendungsorientierter Teil
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  15.3 Diskussion
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   15.3.1 Simulatorarchitektur
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   15.3.2 Entwicklungstechnischer und anwendungsorientierter Teil
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   15.3.3 Fazit
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  16. Ausblick
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  16.1 Auszuführende Arbeiten
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   16.1.1 Anpassungen am Framework
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   16.1.2 Anpassungen am Rechen- und Steuerwerk
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  16.2 Forschungsbereich: Missionsplanung und -optimierung
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   16.2.1 Erweiterungen
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   16.2.2 Verbesserungen
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   17. Literatur
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  Anhang
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  A Koordinatensysteme
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   A.1 IS - Initial System
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   A.2 ECS - Earthfixed Coordinate System
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   A.3 GCS - Geocentric Coordinate System
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   A.4 WGS84 - World Geodatic System 1984
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   A.5 TS - Trajectory System
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   A.6 PS - Platform System
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   A.7 SLS - SAR Lobe System
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  B Koordinatentransformationen
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   B.1 Homogene Koordinaten
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   B.2 Transformation zwischen IS und ECS
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   B.3 Transformation zwischen ECS und GCS
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   B.4 Transformation zwischen ECS und WGS84
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   B.5 Transformation zwischen IS und WGS84
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   B.6 Transformation zwischen IS und TS
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   B.7 TS-Binnentransformation
•  
   B.8 Transformation zwischen TS und PS
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   B.9 PS-Binnentransformation
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   B.10 Transformation zwischen PS und SLS
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   B.11 SLS-Binnentransformation
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   B.12 Drehmatrizen
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  C Positionsberechnung der Himmelskörper Sonne und Mond
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   C.1 Sonnenposition
•  
   C.2 Mondposition
•  
  D Technische Daten der Trägerplattformen und der SAR-Systeme
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   D.1 Technische Daten der Satelliten
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   D.2 Technische Daten des PAMIR-Trägerflugzeugs
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   D.3 Technische Daten der SAR-Systeme