ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА КОСМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ЧАСТЬ 2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА КОСМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ЧАСТЬ 2

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА КОСМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА КОСМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ГИС территории Тематическое дешифрирование Нормализации изображений Прием и предварительная обработка изображений Режим наблюдения {Δx, δt, τ} Подсистема наблюдения Космический сегмент Территория Режим наблюдения {Δx', δt, τ'} Протоколы наблюдений Подсистема наблюдения Наземный сегмент Решение прикладных задач Пользователи Архив цифровых изображений Оператив- ные карты

Данные ДЗЗ являются косвенными наблюдениями, так как регистрируются не значения свойств реальных объектов, а интенсивность собственного или отраженного электромагнитного излучения участков подстилающей поверхности. Чтобы получить "объективную" картину НМ космический снимок нужно правильно обработать, т.е. перейти от яркостных характеристик поверхности к свойствам объектов. Для определения соответствия между изображением объектов на космических снимках и их наземными образами в СКМ подсистема наблюдения разделена на две части: космический сегмент включает КА ДЗЗ с бортовой целевой аппаратурой; подспутниковые полигоны на Земле.

КОСМИЧЕСКИЙ СЕГМЕНТ ПАРАМЕТРЫ ОРБИТ КА ДЗЗ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦЕЛЕВОЙ АППАРТУРЫ

ПАРАМЕТРЫ ОРБИТ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ Нисходящий узел Восходящий узел Фокальная ось Z A X O Орбита i Y N П Плоскость экватора q

ПОЛОЖЕНИЕ КА НА ЭЛЛИПТИЧЕСКОЙ ОРБИТЕ ОПИСЫВАЕТСЯ ШЕСТЬЮ ПАРАМЕТРАМИ: долготой восходящего угла ; наклонением орбиты i; большой полуосью a; эксцентриситетом e (0 e <1), при e=0 орбита круговая; аргументом перигея (угловое расстояние перигея от восходящего узла); временем прохождения перигея (динамическим элементом движения). В случае кеплеровского движения все параметры считаются постоянными. ДЛЯ КА ДЗЗ ВАЖНЫ ТРИ ПАРАМЕТРА: - высота орбиты - наклонение орбиты - период обращения вокруг Земли

КА ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ОБЫЧНО ВЫВОДЯТСЯ НА КРУГОВЫЕ ОРБИТЫ ВЫСОТОЙ ОТ 600 ДО 1000 КМ. Высота орбиты, т.е. расстояние от КА до поверхности Земли, существенно влияет на результаты дистанционного зондирования. От нее зависят такие характеристики изображения, как полоса обзора и пространственное разрешение. Чем выше спутник находится над поверхностью Земли, тем больше потенциальная полоса обзора и тем меньше разрешение. С другой стороны, чем ниже орбита, тем сильней сопротивление среды и, следовательно, тем больше энергии требуется для стабилизации орбиты.

Наклонение орбиты - двугранный угол i между плоскостью орбиты КА и плоскостью экватора фиксирует предельные широты доступные для наблюдения. При i=0° орбита спутник будет постоянно вращаться вдоль линии экватора по направлению вращения Земли, а при i = 180 ° – в противоположном направлении. Максимальный обзор обеспечивают так называемые приполярные орбиты (i около 90°). A X O i Y N П Z q

A X O i Y N П Z q Плоскость экватора период обращения (Т) вокруг Земли - отрезок времени, за который КА делает один полный оборот, Долготное смещение трассы за этот период, вычисляемое по формуле = –Т* с, где с – угловая скорость вращения Земли, равная 7,292*10-5 с-1. При движении по солнечно-синхронной орбите КА пересекает плоскость экватора в восходящем узле всегда в одно и то же местное время и соблюдается условие одинаковой освещенности при проведении съемок.

КАРТА ПОКРЫТИЯ ЗЕМЛИ ТРАССАМИ КА СПУТНИКА TERRA

КА ДЗЗ ВЫВОДЯТСЯ НА ПРИПОЛЯРНЫЕ КРУГОВЫЕ СОЛНЕЧНО-СИНХРОННЫЕ ОРБИТЫ КА ДЗЗ ВЫВОДЯТСЯ НА ПРИПОЛЯРНЫЕ КРУГОВЫЕ СОЛНЕЧНО-СИНХРОННЫЕ ОРБИТЫ Нисходящий узел Восходящий узел Фокальная ось Z A X O Орбита i Y N П Плоскость экватора q

БОРТОВАЯ АППАРАТУРА В системах мониторинга используются приборы как пассивного (сканеры), так и активного (радары) зондирования.

ПРИНЦИПЫ ДИСТАНЦИОННОЙ РЕГИСТРАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ видимый диапазон инфракрасный диапазон радарное зондирование

ТЕХНОЛОГИИ РЕГИСТРАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ ЛИНЕЙКИ И МАТРИЦЫ ПРИБОРОВ С ЗАРЯДОВОЙ СВЯЗЬЮ (ПЗС)

ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРЫ НА РЕГИСТРИРУЕМЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ЯРКОСТИ В ДИСТАНЦИОННОМ ЗОНДИРОВАНИИ I - интенсивность излучения на поверхности; II - интенсивность излучения, регистрируемая на спутнике.

Находящиеся в атмосфере газы, водяной пар, озон и аэрозоли сильно искажают сигнал и являются источниками различных помех. Поэтому системы ДЗЗ нацелены в так называемые окна прозрачности атмосферы, которые расположены в видимом и инфракрасном диапазонах

«ОКНА ПРОЗРАЧНОЧТИ» АТМОСФЕРЫ В ДЗЗ

Для характеристики аппаратуры ДЗЗ важны четыре основных параметра: - пространственное разрешение; - ширина полосы обзора; - спектральный диапазон съемки; - радиометрическое разрешение. Два первых параметра определяют геометрические характеристики получаемых изображений.

СХЕМА ДЕЙСТВИЯ СКАНИРУЮЩИХ СИСТЕМ В зависимости от пространственного разрешения различают системы низкого (R > 100 м), среднего (10 м < R < 100 м), высокого (1 м < R < 10 м) и сверхвысокого (R < 1 м) разрешения. Полоса обзора – определяет размеры поверхности попадающей в кадр. Как правило, чем шире полоса обзора, тем ниже разрешение.

СПЕКТРАЛЬНЫЕ ДИАПАЗОНЫ Видимый диапазон (0,4 – 0,74 мкм) Для увеличения информативности видимый диапазон разбивается на три зоны: синюю (0,4 – 0,5 мкм), зеленую (0,5 – 0,6 мкм) и красную (0,6 – 0,7 мкм). Различные типы подстилающей поверхности (снег, почва, растительность) по-разному «проявляются» в этих зонах. Ближний ИК-диапазоне (0,74 – 1,3 мкм) Средний ИК-диапазон (1,3 до 8,0 мкм) для 3,0 мкм – собственное излучение Земли. Дальний или тепловой ИК-диапазон (8 до 20 мкм).

ОБРАБОТКА МУЛЬТИЗОНАЛЬНЫХ СНИМКОВ (RGB - видимый диапазон: 0,4 – 0,74 мкм)

СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОДСТИЛАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ

ИЗМЕНЕНИЕ СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК РАСТИТЕЛЬНОСТИ Ближний ИК-диапазоне (0,74 – 1,3 мкм) - используется, в частности, для контроля состояния сельскохозяйственных культур 1- нормальное состояние, 2- стрессовое

Дальний или тепловой ИК-диапазон (8 до 20 мкм) - используется для определения температуры подстилающей поверхности.

Радиометрическое (спектральное) разрешение определяет чувствительность прибора. Сканер MODIS имеет 4096 градаций яркости. Такая высокая чувствительность позволяет регистрировать даже небольшие по площади пожары. Хотя панхроматические системы, как правило, имеют более высокое разрешение (как спектральное, так и пространственное), применение мультиспектральных систем предпочтительней. Это связано с тем, что характерные особенности природных объектов разных классов наиболее четко выражаются в различных частях спектра. Для обработки и дешифрирования многозональных снимков разработаны специальные методы и технологии, позволяющие комбинировать изображения, снятые в нескольких различных диапазонах.

Для ряда задач критичным является временной шаг, определяющий периодичность съемки одного и того же участка поверхности Земли. Этот показатель зависит от времени обращения спутника, ширины полосы обзора и возможности изменения угла визирования сканирующей камеры. Он может изменяться от нескольких часов до двух-трех недель. Основной недостаток пассивных систем - плотная облачность для них непроницаема.

В отличие от пассивных систем радары ведут активное зондирование, как бы "ощупывая" Землю. Техническая реализация получения, обработки и интерпретации данных активного зондирования значительно сложнее, но зато результаты съемки не зависят от плотности облачного покрова и времени суток. Особенности радарных изображений определяются пятью параметрами: длиной волны, пространственным разрешением, размером сцены, интенсивностью принятого сигнала и поляризацией сигнала. Наиболее употребительными длинами волн космических радарных систем являются К(Q) - (0,8–1,1 см), Х - (2,4–3,8 см), C - ( см) и S - ( см) диапазоны. Длина волны определяет проникающую способность излучения, которая тем выше, чем больше длина волны. РАДАРЫ

СХЕМА РАДАРНОЙ СЪЕМКИ СПУТНИКА RADARSAT-1

Пространственное разрешение и размеры сцены радиолокационных изображений зависят от угла визирования и определяются режимом локации Современные РСА позволяют получать разрешение до 1 м. Интенсивность принятого сигнала (радиоэха) зависит от геометрической формы поверхности (текстуры) и вещественного состава природных объектов (почв, растительности, горных пород, воды). Еще одним параметром, влияющим на результаты зондирования, является поляризация луча радара. Различают горизонтальную (H), вертикальную (V) и комбинированную поляризацию. Комбинированные РСА могут посылать импульсы, поляризованные в одной плоскости, а принимать - в другой. Возможны следующие комбинации: HH - горизонтальная передача - горизонтальный прием, VV - вертикальная передача - вертикальный прием, HV - горизонтальная передача - вертикальный прием, VH - вертикальная передача - горизонтальный прием. ВАРИАНТЫ ПОЛЯРИЗАЦИИ РАДАРНЫХ СИГНАЛОВ

а) горизонтальная (H), б) вертикальная (V), в) комбинированная ВАРИАНТЫ ПОЛЯРИЗАЦИИ РАДАРНЫХ СИГНАЛОВ а)б) в)

Режимы HV и VH используются как особые детекторы, для поверхностей, изменяющих поляризацию исходного сигнала. В частности растительный покров (особенно деревья) могут изменять поляризацию исходной H-поляризованной волны в V-поляризованное отражение. Особый интерес представляет применение РСИ для построения высокоточных ЦМР, интерферометрического анализа и селекции движущихся целей (СДЦ), в частности идентификация подвижных объектов (надводных кораблей и наземных транспортных средств), перемещающихся со скоростями от 8 до 140 км/ч. Критическими факторами, сдерживающими развитие радарных систем, являются их габариты, сложность и высокая стоимость.

В СКМ следует использовать как активные так и пассивные средства дистанционного зондирования с различным разрешением. При этом снимки низкого разрешения используются для глобального оперативного обзора всей территории, а снимки высокого разрешения применяются для детального изучения наиболее важных объектов.