Дистанційне зондування поняття і його види. Поняття дистанційного зондування

Отримання і обробка даних для ГІС - найбільш важливий і трудомісткий етап створення подібних інформаційних систем. В даний час найбільш перспективним і економічно доцільним вважається метод отримання даних про об'єкти на основі даних дистанційного зондування Землі (ДЗЗ) та GPS-вимірів.

У широкому сенсі дистанційне зондування - це отримання будь-якими неконтактними методами інформації про поверхні Землі, об'єктах на ній або в її надрах. Традиційно до даних дистанційного зондування відносять тільки ті методи, які дозволяють отримати з космосу або з повітря зображення земної поверхні в будь-яких ділянках електромагнітного спектра.

Існує кілька видів зйомки, що використовують специфічні властивості випромінювань з різними довжинами хвиль. При проведенні географічного аналізу, крім власне ДЗЗ, обов'язково використовуються просторові даних з інших джерел - цифрові топографічні і тематичні карти, схеми інфраструктури, зовнішні базиданих. Знімки дозволяють не тільки виявляти різні явища і об'єкти, але і оцінювати їх кількісно.

Переваги методу дистанційного зондування Землі полягає в наступному:

Актуальність даних на момент зйомки (більшість картографічних матеріалів безнадійно застаріли);

Висока оперативність отримання даних;

Висока точність обробки даних за рахунок застосування GPS технологій;

Висока інформативність (застосування спектрозональной, інфрачервоної і радарної зйомки дозволяє побачити деталі, які не помітні на звичайних знімках);

Економічна доцільність (витрати на отримання інформації за допомогою ДЗЗ істотно нижче наземних польових робіт);

Можливість отримання тривимірної моделі місцевості (матриці рельєфу) за рахунок використання стереорежимі або лідарних методів зондування та, як наслідок, можливість проводити тривимірне моделювання ділянки земної поверхні (системи віртуальної реальності).

Дистанційні методи характеризуються тим, що реєструючий прилад значно віддалений від досліджуваного об'єкта. При таких дослідженнях явищ і процесів на земній поверхні відстані до об'єктів можуть вимірюватися від одиниць до тисяч кілометрів. Ця обставина забезпечує необхідний огляд поверхні і дозволяє отримувати максимально генералізовані зображення.

Існують різні класифікації ДЗЗ. Відзначимо найбільш важливі з точки зору практичного збору даних в нафтогазовій галузі.

Реєструватися може власне випромінювання об'єктів і відбите випромінювання інших джерел. Цими джерелами можуть бути Сонце або сама знімальна апаратура. В останньому випадку використовується когерентне випромінювання (радари, сонари і лазери), що дозволяє реєструвати не тільки інтенсивність випромінювання, але також і його поляризацію, фазу і допле- ровськ зміщення, що дає додаткову інформацію. Зрозуміло, що робота самоізлучающіх (активних) сенсорів не залежить від часу доби, але зате вимагає значних витрат енергії. Таким чином, види зондування за джерелом сигналу:

Активне (вимушене випромінювання об'єктів, ініційоване штучним джерелом направленої дії);

Пасивне (власне, природне відбите або вторинне теплове випромінювання об'єктів на поверхні Землі, обумовлене сонячною активністю).

Знімальна апаратура може розміщуватися на різних платформах. Платформою може бути космічний апарат (КА, супутник), літак, вертоліт і навіть проста тринога. В останньому випадку ми маємо справу з наземної зйомкою бічних сторін об'єктів (наприклад, для архітектурних і реставраційних завдань) або похилій зйомкою з природних або штучних висотних об'єктів. Третій вид платформи не розглядається в силу того, що він відноситься до спеціальностей, далеким від тієї, для якої написані дані лекції.

На одній платформі може розміщуватися кілька знімальних пристроїв, званих інструментами або сенсорами, що зазвичай для КА. Наприклад, супутники Ресурс-О1 несуть сенсори МСУ-Е і МСУ-СК, а супутники SPOT - по два однакових сенсора HRV (SPOT-4 - HRVIR). Зрозуміло, що чим далі знаходиться платформа з сенсором від досліджуваного об'єкта, тим більший радіус дії і меншу деталізацію матимуть одержувані зображення.

Тому в даний час виділяють наступні види зйомки для отримання даних дистанційного зондування:

1. Космічна зйомка (фотографічна або оптико-електронна):

Панхроматичному (частіше в одному широкому видимій ділянці спектра) - найпростіший приклад чорно-біла зйомка;

Кольорова (зйомка в декількох, частіше реальних кольорах на одному носії);

Многозональная (одночасна, але роздільна фіксація зображення в різних зонах спектра);

Радарна (радіолокаційна);

2. Аерофотозйомка (фотографічна або оптико-електронна):

Ті ж види ДЗЗ, що і в космічній зйомці;

Лідарного (лазерна).

Обидва види зйомки знаходять широке застосування в нафтогазовій галузі при створенні ГІС підприємства, при цьому кожен з них займає свою нішу. Космічна зйомка (КС), має меншу роздільну здатність (від 30 до 1 м в залежності від типу зйомки і типу космічного апарату), але за рахунок цього охоплює великі простори. Космічна зйомка використовується для зйомки великих площ з метою отримання оперативної та актуальної інформації про район передбачуваних геологорозвідувальних робіт, базової підоснови для створення глобальної ГІС на район розробки корисних копалин, екологічного моніторингу нафтових розливів і т.п. При цьому використовується як звичайна монохромна (чорно-біла зйомка), так і спектрозональних.

Аерофотозйомка (АФС), дозволяє отримувати зображення більш з високою роздільною здатністю(Від 1-2 м до 5-7 см). Аерофотозйомка використовується для отримання високо детальних матеріалів для вирішення завдань земельного кадастру стосовно орендованих ділянках видобутку корисних копалин, обліку та управління майном. Крім того, використання аерофотозйомки на сьогоднішній день представляється оптимальним варіантом отримання даних для створення ГІС на лінійно-протяжні об'єкти (нафто-, газопроводи і т.д.) за рахунок можливості застосування «коридорній» зйомки.

Характеристики знімків (і АФС, і КС), тобто можливість виявити і виміряти ту чи іншу явище, об'єкт або процес залежать від характеристик сенсорів відповідно. Головною характеристикою є роздільна здатність.

Системи ДЗЗ характеризуються декількома видами дозволів: просторовим, спектральним, радіометричним і тимчасовим. Під терміном «дозвіл» зазвичай мається на увазі просторову роздільну здатність.

Просторова роздільна здатність (рисунок 1) характеризує розмір найменших об'єктів, помітних на зображенні. Залежно від розв'язуваних завдань, можуть використовуватися дані низького (понад 100 м), середнього (10 - 100 м) і високого (менше 10 м) дозволів. Записів низька просторового дозволу є оглядовими і дозволяють одномоментно охоплювати значні території - аж до цілого півкулі. Такі дані використовуються найчастіше в метеорології, при моніторингу лісових пожеж та інших масштабних природних лих. Знімки середнього просторового дозволу на сьогодні - основне джерело даних для моніторингу природного середовища. Супутники зі знімальною апаратурою, що працює в цьому діапазоні просторових дозволів, запускалися і запускаються багатьма країнами - Росією, США, Францією і ін., Що забезпечує сталість і безперервність спостереження. Зйомка з високою роздільною здатністю з космосу до недавнього часу велася майже виключно в інтересах військової розвідки, а з повітря - з метою топографічного картографування. Однак сьогодні вже є кілька комерційно доступних космічних сенсорів з високою роздільною здатністю (КВР- 1000, IRS, IKONOS), що дозволяють проводити просторовий аналіз з більшою точністю або уточнювати результати аналізу при середньому або низькому дозволі.

Спектральний дозвіл вказує на те, які ділянки спектра електромагнітних хвиль (ЕМХ) реєструються сенсором. При аналізі природного середовища, наприклад, для екологічного моніторингу, цей параметр - найбільш важливий. Умовно весь діапазон довжин хвиль, використовуваних в ДЗЗ, можна поділити на три ділянки - радіохвилі, теплове випромінювання (ІК-випромінювання) і видиме світло. Такий поділ обумовлено розходженням взаємодії електромагнітних хвиль і земної поверхні, відмінністю в процесах, що визначають відображення і випромінювання ЕМВ.

Найбільш часто використовуваний діапазон ЕСВ - видиме світло і примикає до нього короткохвильове ІК-випромінювання. У цьому діапазоні відображена сонячна радіація несе в собі інформацію, головним чином, про хімічний склад поверхні. Подібно до того, як людське око розрізняє речовини за кольором, сенсор дистанційного зондування фіксує «колір» в більш широкому розумінні цього слова. У той час як людське око реєструє лише три ділянки (зони) електромагнітного спектра, сучасні сенсори здатні розрізняти десятки і сотні таких зон, що дозволяє надійно виявляти об'єкти і явища за їх заздалегідь відомим спектрограмах. Для багатьох практичних завдань така детальність потрібна не завжди. Якщо об'єкти, що цікавлять відомі заздалегідь, можна вибрати невелике число спектральних зон, в яких вони будуть найбільш помітні. Так, наприклад, ближній ІЧ-діапазон дуже ефективний в оцінці стану рослинності, визначенні ступеня її гноблення. Для більшості додатків достатній обсяг інформації дає багатозональна зйомка зі супутників LANDSAT (США), SPOT (Франція), Ресурс-О (Росія). Для успішного проведення зйомки в цьому діапазоні довжин хвиль необхідні сонячне світлоі ясна погода.

Зазвичай оптична зйомка ведеться або відразу у всьому видимому діапазоні (панхроматичному), або в декількох більш вузьких зонах спектра (багатозональна). За інших рівних умов, панхроматические знімки мають більш високим просторовим дозволом. Вони найбільш придатні для топографічних завдань і для уточнення меж об'єктів, що виділяються на багатозональних знімках меншого просторового дозволу.

Теплове ІК-випромінювання (малюнок 2) несе інформацію, в основному, про температуру поверхні. Крім прямого визначення температурних режимів видимих ​​об'єктів і явищ (як природних, так і штучних), теплові знімки дозволяють побічно виявляти те, що приховано під землею - підземні річки, трубопроводи тощо Оскільки теплове випромінювання створюється самими об'єктами, для отримання знімків не потрібно сонячне світло (він навіть, скоріше, заважає). Такі знімки дозволяють відслідковувати динаміку лісових пожеж, нафтові і газові факели, процеси підземної ерозії. Слід зазначити, що отримання космічних теплових знімків високого просторового дозволу технічно важко, тому сьогодні доступні знімки з роздільною здатністю близько 100 м. Багато корисної інформації дає також теплова зйомка з літаків.

Сантиметровий діапазон радіохвиль використовується для радарної зйомки. Найважливіша перевага знімків цього класу - в їх всепогодности. Оскільки радар реєструє власне, відбите земною поверхнею, випромінювання, для його роботи не потрібно сонячний
світло. Крім того, радіохвилі цього діапазону вільно проходять через суцільну хмарність і навіть здатні проникати на деяку глибину в грунт. Відображення сантиметрових радіохвиль від поверхні визначається її текстурою ( «шорсткістю») і наявністю на ній усіляких плівок. Так, наприклад, радари здатні фіксувати наявність нафтової плівки товщиною 50 мкм і більше на поверхні водойм навіть при значному хвилюванні. В принципі, радарна зйомка з літаків здатна виявляти підземні об'єкти, наприклад, трубопроводи та витоку з них.

Радіометричне дозвіл визначає діапазон помітних на знімку яскравості. Більшість сенсорів мають радіометричним дозволом 6 або 8 біт, що найближче до миттєвого динамічному діапазону зору людини. Але є сенсори і з більш високим радіометричним дозволом (10 біт для AVHRR і 11 біт для IKONOS), що дозволяє розрізняти більше деталей на дуже яскравих або дуже темних областях знімка. Це важливо у випадках зйомки об'єктів, що знаходяться в тіні, а також коли на знімку одночасно знаходяться великі водні поверхні і суша. Крім того, такі сенсори, як AVHRR мають радіометричну калібрування, що дозволяє проводити точні кількісні вимірювання.

Нарешті, тимчасовий дозвіл визначає, з якою періодичністю один і той же сенсор може знімати деякий ділянка земної поверхні. Цей параметр дуже важливий для моніторингу надзвичайних ситуацій та інших швидко розвиваються явищ. Більшість супутників (точніше, їх родин) забезпечують повторну зйомку через кілька днів, деякі - через кілька годин. У критичних випадках для щоденного спостереження можуть використовуватися знімки з різних супутників, проте, потрібно мати на увазі, що замовлення і доставка самі по собі можуть зажадати чималого часу. Одним з варіантів вирішення є придбання приймальні станції, що дозволяє приймати дані безпосередньо з супутника. Це зручне рішення для ведення постійного моніторингу використовується деякими організаціями на території Росії, що володіють прийомними станціями даних із супутників Ресурс-О. Для відстеження змін на будь-якої території важлива також можливість отримання архівних (ретроспективних) знімків.

По висотіорбіти супутника можна виділити три групи: 1) малі висоти: 100-500 км (пілотовані кораблі й орбітальні станції); 2) Середні висоти: 500-2000 км (ресурсні та метеорологічні супутники); 3) великі висоти: 36000-40000 км (геостаціонарні супутники - швидкість руху супутника дорівнює швидкості обертання Землі - постійне спостереження за певним районом на поверхні).

Положення орбіти по відношенню до Сонця.Для космічних зйомок велике значення має здатність орбіти зберігати постійну орієнтацію на Сонце. Орбіти, у яких кут між площиною орбіти і напрямом на Сонці залишається постійним, називаються сонячно-синхронними. Гідність таких орбіт полягає в тому, що вони забезпечують однакову освітленість земної поверхні вздовж траси польоту космічного апарату.

© 2015-2017 сайт
Всі права належати їх авторам. Даний сайт не претендує на авторства, а надає безкоштовне використання.

Ефективну роботу сучасних ГІС важко уявити без супутникових методів дослідження територій нашої планети. Дистанційне супутникове зондування знайшло широке застосування в геоінформаційних технологіях як в зв'язку з швидким розвитком і вдосконаленням космічної техніки, так і зі згортанням авіаційних і наземних методів моніторингу.

дистанційне зондування(ДЗ) - науковий напрямок, Засноване на зборі інформації про поверхні Землі без фактичного контактування з нею.

Процес отримання даних про поверхню включає в себе зондування і запис інформації про відбитої або випускається об'єктами енергії з метою подальшої обробки, аналізу та практичного використання. Процес ДЗ представлений на і складається з наступних елементів:

Мал. . Етапи ДЗ.

Наявність джерела енергії або освітлення (A) - це перша вимога дистанційного зондування, тобто повинен бути джерело енергії, який висвітлює або підживлює енергією електромагнітного поля об'єкти, що представляють інтерес для дослідження.

Випромінювання і атмосфера (B) - випромінювання, що поширюється від джерела до об'єкта, частина шляху проходить крізь атмосферу Землі. Ця взаємодія необхідно враховувати, так як характеристики атмосфери впливають на параметри енергетичних випромінювань.

Взаємодія з об'єктом дослідження (C) - характер взаємодії падаючого на об'єкт випромінювання сильно залежить від параметрів, як об'єкта, так і випромінювання.

Реєстрація енергії сенсором (D) - випромінювання, що випускається об'єктом дослідження, потрапляє на віддалений високочутливий сенсор, і потім отримана інформація записується на носій.

Передача, прийом і обробка інформації (E) - інформація, зібрана чутливим сенсором передається в цифровому вигляді на приймаючу станцію, де дані трансформуються в зображення.

Інтерпретація і аналіз (F) - оброблене зображення інтерпретується візуально або за допомогою ЕОМ, після чого з нього витягується інформація щодо досліджуваного об'єкта.

Застосування отриманої інформації (G) - процес дистанційного зондування досягає завершення, коли ми отримуємо потрібну інформацію щодо об'єкта спостереження для кращого розуміння його характеристик і поведінки, тобто коли вирішена якась практична задача.

Виділяють наступні сфери застосування супутникового дистанційного зондування (СДЗ):

Отримання інформації про стан навколишнього середовища та землекористування; оцінка врожаю сільгоспугідь;

Вивчення флори і фауни;

Оцінка наслідків стихійних лих (землетруси, повені, пожежі, епідемії, виверження вулканів);

Оцінка збитку при забрудненні суші і водойм;

Океанологія.

Засоби СДЗ дозволяють отримувати відомості про стан атмосфери не тільки в локальному, а й у глобальному масштабі. Дані зондування надходять у вигляді зображень, як правило, в цифровій формі. Подальша обробка здійснюється комп'ютером. Тому проблематика СДЗ тісно пов'язана з завданнями цифрової обробки зображень.

Для спостереження нашої планети з космосу використовують дистанційні методи, при яких дослідник має можливість на відстані отримувати інформацію про досліджуваному об'єкті. Дистанційні методи зондування, як правило, є непрямими, тобто з їх допомогою вимірюють цікавлять спостерігача параметри, а деякі пов'язані з ними величини. Наприклад, нам необхідно оцінити стан лісових масивів Уссурійської тайги. Апаратура супутника, задіяна в моніторингу, буде реєструвати лише інтенсивність світлового потоку від досліджуваних об'єктів в декількох ділянках оптичного діапазону. Щоб розшифрувати такі дані, потрібні попередні дослідження, що включають в себе різні експерименти з вивчення стану окремих дерев контактними методами. Потім необхідно визначити, як виглядають ті ж об'єкти з літака, і лише після цього робити висновки про стан лісів за супутниковими даними.

Методи вивчення Землі з космосу не випадково відносять до високотехнологічних. Це пов'язано не тільки з використанням ракетної техніки, складних оптико-електронних приладів, комп'ютерів, швидкісних інформаційних мереж, але і з новим підходом до отримання та інтерпретації результатів вимірювань. Супутникові дослідження проводяться на невеликій площі, але вони дають можливість узагальнювати дані на величезні простори і навіть на всю земну кулю. Супутникові методи, як правило, дозволяють отримувати результат за порівняно короткий інтервал часу. Наприклад, для безкрайньої Сибіру супутникові методи найбільш прийнятні.

До числа особливостей дистанційних методів відноситься вплив середовища (атмосфери), через яку проходить сигнал з супутника. Наприклад, наявність хмарності, що закриває об'єкти, робить їх невидимими в оптичному діапазоні. Але навіть і при відсутності хмарності атмосфера послаблює випромінювання від об'єктів. Тому супутникових систем доводиться працювати в так званих вікнах прозорості, враховуючи, що в них має місце поглинання і розсіяння газами і аерозолем. У радіодіапазоні можливе спостереження Землі та крізь хмарність.

Інформація про Землю і її об'єкти, надходить із супутників в цифровому вигляді. Наземна цифрова обробка зображень проводиться за допомогою комп'ютерів. Сучасні супутникові методи дозволяють не тільки отримувати зображення Землі. Використовуючи чутливі прилади, вдається вимірювати концентрацію атмосферних газів, в тому числі що викликають парниковий ефект. Супутник "Метеор-3" з встановленим на ньому приладом TOMS дозволяв за добу оцінити стан всього озонового шару Землі. Супутник NOAA крім отримання зображень поверхні дає можливість досліджувати озоновий шар і вивчати вертикальні профілі параметрів атмосфери (тиск, температуру, вологість).

Дистанційні методи діляться на активні і пасивні. При використанні активних методів супутник посилає на Землю сигнал власного джерела енергії (лазера, радіолокаційного передавача), реєструє його відображення, рис.3.4. Пасивні методи мають на увазі реєстрацію відбитої від поверхні об'єктів сонячної енергіїабо теплового випромінювання Землі.

Мал. . Активний (а) і пасивний (б) методи ДЗ.

При дистанційному зондуванні Землі з космосу використовуються оптичний діапазон електромагнітних хвиль і мікрохвильовий ділянку радіодіапазону. Оптичний діапазон включає в себе ультрафіолетовий (УФ) ділянку спектра; видимий ділянку - синю (B), зелену (G) і червону (R) смуги; інфрачервоний ділянку (ІК) - ближній (БИК), середній і теплової.

При пасивних методах зондування в оптичному діапазоні джерелами електромагнітної енергії є розігріті до досить високої температури тверді, рідкі, газоподібні тіла.

На хвилях довжиною понад 4 мкм власне теплове випромінювання Землі перевершує випромінювання Сонця. Реєструючи інтенсивність теплового випромінювання Землі з космосу, можна досить точно оцінити температуру суші і водної поверхні, яка є найважливішою екологічною характеристикою. Вимірявши температуру верхньої межі хмарності, можна визначити її висоту, якщо врахувати, що в тропосфері з висотою температура зменшується в середньому на 6.5 o / км. При реєстрації теплового випромінювання з супутників використовується інтервал довжин хвиль 10-14 мкм, в якому поглинання в атмосфері невелика. При температурі земної поверхні (хмар), що дорівнює -50o, максимум випромінювання припадає на 12 мкм, при + 50o - на 9 мкм.

Надіслати свою хорошу роботу в базу знань просто. Використовуйте форму, розташовану нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань в своє навчання і роботи, будуть вам дуже вдячні.

Розміщено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ

Федеральне державне бюджектное освітня установаПовна вища освіта відповідного

російський державний аграрний університет - МСХАіменіК.А. Тімірязєва

(ФГБОУ ВПО РГАУ - МСХАімені К.А. Тімірязєва)

Факультет грунтознавства, агрохімії та екології

Кафедра грунтознавства, геології та ландшафтознавства

РЕФЕРАТ

по «картографії грунтів»

на тему «Дані дистанційного зондування землі»

викладач

Мінаєв Микола Вікторович

виконавець

студент гр. 302

Тріьельгорн Віолетта Володимирівна

Москва, 2014

Дані дистанційного зондування

Дані дистанційного зондування - дані про поверхню Землі, об'єктах, розташованих на ній або в її надрах, отримані в процесі зйомок будь-якими неконтактними, тобто дистанційними методами. За традицією, що склалася, до ДДЗ відносять дані, отримані за допомогою знімальної апаратури наземного, повітряного або космічного базування, що дозволяє отримувати зображення в одному або декількох ділянках електромагнітного спектра. Характеристики такого зображення залежать від багатьох природних умов і технічних факторів. До природних умов відносяться сезон зйомки, освітленість знімається поверхні, стан атмосфери і т.д. До основних технічних факторів - тип платформи, що несе знімальну апаратуру, тип сенсора; метод управління процесом зйомки; орієнтація оптичної осі знімального апарату; метод отримання зображення. Головні характеристики ДДЗ визначаються числом і градаціями спектральних діапазонів; геометричними особливостями одержуваного зображення (вид проекції, розподіл спотворень), його дозволом.

Дистанційне зондування - не нова метод. Протягом багатьох десятиліть людина піднімався над Землею, щоб спостерігати її з великої відстані і дізнатися, таким чином, ще більше про неї. Для цієї мети широко використовувалася аерофотозйомка, а згодом з'явилися нові види зйомки, використовують для дистанційного зондування фотографічні датчики.

завдяки останнім досягненнямв області штучних супутників, що несуть системи датчиків стеження за Землею, стало можливим використання величезної кількості фотографій та інших видів інформації про поверхні Землі, які допоможуть у вирішенні таких завдань, як зниження гострої нестачі продуктів, управління і контроль за забрудненням навколишнього середовища, збільшення запасів природних ресурсів і планування зростання міст. З точки зору цих завдань супутникові дані мають велике значення за умови, що їх великий обсяг швидко і економічно буде зведений до корисної інформації. Сучасні швидкодіючі цифрові ЕОМ добре пристосовані для вирішення завдань скорочення даних, а злиття таких обчислювальних методів з новими системами спостереження вже дозволило отримувати точну поточну інформацію про навколишній світ. Результат синтезу - кількісний метод дистанційного зондування.

Для аналізу даних дистанційного зондування найбільш зручні географічні інформаційні системи(ГІС), що дозволяють ефективно працювати з просторово-розподіленої інформацією (картами, планами, аерокосмічними зображеннями, схемами в поєднанні з текстом, таблицями та ін.). З даними такого роду доводиться мати справу практично в будь-якій сфері діяльності. Це може бути карта природних ресурсів, результати екологічного моніторингу території, атлас земельного кадастру, план міських кварталів, схема руху транспорту і ін. ГІС дозволяє накопичувати, інтегрувати і аналізувати інформацію, оперативно знаходити потрібні відомості і відображати їх в зручній для використання формі, оцінювати геометричні характеристики об'єктів (довжину вулиці, відстань між містами).

Більшу частину даних дистанційного зондування становлять знімки, які дають можливість отримання відомостей про об'єкт у вигляді зображень в цифровий (дані, що передаються на наземну станцію по радіоканалах або фіксуються на борту на магнітних носіях) Або аналогової (фотографії) формах. Цифрові дані представляють інтегральне випромінювання майданчика на земній поверхні, що відповідає елементу зображення - пікселу. Результати вимірювання переводяться в дискретні безрозмірні цифрові значення, що відповідають характеристикам відбивної здатності. Записані за допомогою пристрою, що реєструє цифрові значення змінюються в межах радіометричного битового діапазону, ширина якого залежить від характеристик датчика - зазвичай це інтервал 0 - 255. На зображенні ці значення відповідають відтінкам сірої шкали: 0 представляє абсолютно чорний об'єкт, 255 - абсолютно білий об'єкт, а проміжні значення відповідають різним відтінкам сірого кольору. Все різноманіття об'єктів ландшафту Е.Л. Кринів розділив на чотири класи, кожен з яких відрізняється своєрідною кривої спектральної яскравості (наприклад, 1 клас - гірські породи і грунти, характеризується збільшенням спектральної яскравості в міру наближення до червоної області спектра). Зображення, отримані скануванням. Фотографічні знімки необхідно для обробки переводити в цифрову форму. Для цього використовують сканери. У більшості випадків для обробки аерокосмічних знімків використовують растрові ГІС-пакети, зональні зображення розглядають в них як шари інформації поряд з іншими верствами БД.

ДДЗ - найважливіше джерело оперативної і сучасної інформації про природне середовище для тематичних шарів в ГІС, для підтримки даних в актуальному стані.

Детально: види орбіт штучних супутників Землі. Параметри орбіт. Для яких цілей та чи інша орбіта ШСЗ буде давати переваги.

Траєкторія руху штучного супутника Землі називається його орбітою. Еліптична орбіта, по якій обертається супутник (в точці S знаходиться супутник, а в точці G-- Земля), Характеризується наступними параметрами: а = АТ і b = ОС - велика і мала півосі еліпса; е = (1 - b2 / А2) 1/2 - ексцентриситет орбіти; кут HGS - кутова координата н радіусу-вектора (так звана справжня аномалія); фокальний параметр р = b2 / а; р = К2 / ут2М, де К-т моменткількості руху супутника; т - маса супутника; М = 5,976 * 1027 г - маса Землі, у = 6,67-10 -14 м3 / гс3 - гравітаційна постійна. До параметрів орбіти супутника відноситься також період обертання Т - час між двома послідовними проходженнями однієї і тієї ж точки орбіти.

У загальному випадку площина орбіти перетинається з площиною екватора Землі по так званій лінії вузлів. Точка В, в якій орбіта перетинає площину екватора при русі супутника з півдня на північ, називається висхідним вузлом орбіти, точка перетину при русі супутника з півночі на південь - низхідним вузлом. Положення висхідного вузла визначається довготою висхідного вузла, тобто кутом Q, між висхідним вузлом і точкою весняного рівнодення, відлічуваним проти годинникової стрілки, якщо дивитися з боку Північного полюса. Для лінії вузлів задають два кута в площині орбіти. Кут щ - кутова відстань, що відраховується від висхідного вузла в площині орбіти до перигею орбіти H, тобто найближчій до Землі точки орбіти супутника; зі називають аргументом перигею. Кут i між площиною орбіти і площиною екватора, званий нахилом орбіти, відраховується від площини екватора зі східного боку висхідного вузла орбіти, проти руху годинникової стрілки. За нахиленню розрізняють екваторіальні (i = 0 °), полярні (i = 90 °) і похилі (0 °< i < 90°, 90° < i < 180°) орбиты.

Супутники для дистанційного зондування Землі запускають в основному на кругові орбіти. Такий супутник пролітає над різними ділянками Землі на однаковій висоті, що забезпечує рівність умов зйомки. зондування дистанційний супутник метеорологічний

Кругову орбіту, розташовану над екватором Землі (0 ° широти), перебуваючи на якій штучний супутник обертається навколо планети з кутовою швидкістю, рівній кутової швидкості обертання Землі навколо осі, і постійно знаходиться над однією і тією ж точкою на земній поверхні, називають геостаціонарній орбітою ( ДСО). Орбіта геостационарного ШСЗ - це кругова (ексцентриситет е = 0), екваторіальна (нахил i = 0 °). низькоорбітальні супутники(H< 1000 км) обычно выводятся на приполярные солнечно-синхронные орбиты. Эти орбиты имеют наклонение относительно экватора, близкое к 90°, обеспечивают съемку всей поверхности Земли, включая полярные области. Поворот орбиты относительно Земли синхронизован с вращением Земли относительно Солнца, так что в течение всего времени угол между плоскостью орбиты и направлением на Солнце постоянен. Это позволяет производить съемку приблизительно в один и тот же час местного времени в течение всего года. Наиболее удобное время для съемки -- около 12 ч местного времени.

Кожна орбіта має свої переваги й недоліки. Наприклад, полярна і похила орбіти мають істотний недолік: так як супутник рухається по цим орбітах, то для того, щоб відстежувати стан супутника антену потрібно обов'язково підлаштовувати для отримання супутникового сигналу, для цього потрібне спеціальне обладнання, яке коштує чималих грошей: їх дуже складно встановлювати і обслуговувати.

Супутник ж рухається по геостаціонарній орбіті здається нерухомим і начебто знаходиться постійно в одній точці. Це дуже зручно для ретрансляції сигналів, так як не потрібно регулювати положення рефлекторів антен, направляючи їх на рік, що минає супутник. Саме геостаціонарну орбіту використовують більшість супутників комерційного призначення, також достоїнствами цієї орбіти є можливість безперервного цілодобового зв'язку в глобальній зоні обслуговування і практично повна відсутність зсуву частоти. Екваторіальна орбіта (або геостаціонарна орбіта) крім позитивних має і негативні характеристики: - неможливо передавати сигнал на приполярні райони Землі, так як кут місцевості дуже малий; - через те, що кілька супутників на одній орбіті можуть перебувати тільки на невеликій відстані один від одного, то відбувається перенасичення геостаціонарної орбіти. Велика висота геостаціонарної орбіти також є недоліком, так як потрібно багато коштів для виведення супутника на орбіту. Як вже було відмічено раніше, супутник на геостаціонарній орбіті нездатний обслуговувати земні станції в приполярної області. Похила орбіта дозволяє вирішити ці проблеми, однак, через переміщення супутника щодо наземного спостерігача необхідно запускати не менш трьох супутників на одну орбіту, щоб забезпечити цілодобовий доступ до зв'язку.

Для яких цілей використовуються різні орбіти ШСЗ? Супутникове телебаченняє новим і якісним форматом швидкісної передачі даних за допомогою спеціального обладнання, до якого підключається звичайний телевізор. Вся інформація, як візуальна (відео), так і аудіо, синхронно передаються від передавального центру до споживача через штучний супутник Землі, розташований на геостаціонарній орбіті від станції мовлення на космічний супутник. За допомогою нього вся інформація рівномірно розподіляється між приймачами абонентів. Для передачі сигналу використовується цифровий стандарт, що дозволяє багаторазово збільшити кількість трансльованих каналів і позбудеться від перешкод. Для супутникового ретрансляції телевізійних передач в основному використовують два види супутників: супутники, що обертаються на витягнутих еліптичних орбітах, і супутники, розміщені на геостаціонарній орбіті. Використання ШСЗ, розташований на геостаціонарній орбіті, виключає необхідність безперервного наведення прийомної антени на супутник. Завдяки постійному відстані до супутника стабілізується рівень вхідного сигналу. Зв'язок може здійснюватися цілодобово і без перерв, необхідних для переходу з одного ШСЗ на інший (в 1965 році в СРСР для цих цілей використовували три супутники, що рухаються по еліптичній орбіті). Нарешті, полегшується енергопостачання апаратури, так як супутник майже постійно висвітлюється Сонцем. До недоліків геостаціонарної орбіти відносяться погане обслуговування приполярних областей Землі і необхідність розташування космодрому на екваторі, інакше для виведення супутника на таку орбіту потрібно значне збільшення потужності ракети-носія. Проте ці недоліки окупаються простотою і дешевизною великого числа земних станцій. Але найголовніше - це можливість здійснення безпосереднього прийому телевізійних передач телеглядачами з геостационарного супутника без проміжного наземного ретранслятора.

Безліч супутників розташовується на похилих або полярних орбітах. При цьому необхідна потужність передавача не така висока, і вартість виведення супутника на орбіту нижче. Однак такий підхід вимагає не тільки великого числа супутників, а й розгалуженої мережі наземних комутаторів. Подібний метод використовується операторами Iridiumі Globalstar. З операторами персональної супутникового зв'язкуконкурують оператори стільникового зв'язку.

Головним недоліком екваторіальних орбіт є затримка сигналу. Супутники на екваторіальних орбітах оптимальні для систем радіо- і телевізійного мовлення, де затримки в 250 мс (в кожному напрямку) не позначаються на якісних характеристиках сигналів. Системи радіотелефонного зв'язку більш чутливі до затримок, а оскільки сумарна затримка в системах даного класу складає близько 600 мс (з урахуванням часу обробки і комутації в наземних мережах), навіть сучасна техніка ехоподавлення не завжди дозволяє забезпечити зв'язок високої якості. У разі "подвійного стрибка" (ретрансляції через наземну станцію-шлюз) затримка стає неприйнятною вже більш ніж для 20% користувачів.

Відповідно до висотою орбіти системи супутникового зв'язку діляться на:

Низькоорбітальні - (700 - 1 500) км;

Среднеорбітальних - (5 000 - 15 000) км;

Високоорбітальних - від 15 000 і вище. Низькоорбітальні ССС використовуються для телефонної двостороннього зв'язку, так як при цьому відбувається найменша затримка сигналу (не проявляється ефект реверберації). Крім того, низькоорбітальні ССС використовуються для оптичної розвідки і зв'язку з об'єктами малої енергетичної ємності, наприклад, з аварійними буями.

Среднеорбітальних ССС використовуються, в основному, для систем радіомовлення і телебачення або для двосторонньої факсимільного, ТЛГ, пейджингового зв'язку і обміну даними. Також для телеметричних систем стеження за автомобілями, потягами з передачею від них телеметричної інформації. Тобто, в тих системах, де затримка сигналу не робить істотного впливу на якість роботи каналів зв'язку.

Високоорбітальних ССС, найчастіше, використовуються для передачі телевізійних та радіомовних програм. Крім того, дані системи зв'язку використовуються для систем односторонньої ТЛГ, ФАКС, пейджингового зв'язку і обміну даними.

Приклади супутників, що використовують різні види орбіт.

Супутник NOAA (США)

Метеорологічні та природознавчі супутники NOAA мають довжину 4,18 м, діаметр 1,88 м, масу на орбіті 1030 кг Кругова орбіта має висоту 870 км, один виток супутник здійснює за 102 хв. Площа сонячних батарейсупутника 11,6 м2, потужність батарей не менше 1,6 кВт, але з часом батареї деградують через вплив космічних променів і микрометеоров. Для нормальної роботи супутника необхідна потужність не менше 515 Вт. Супутник рухається по полярній орбіті.

В даний час на орбіті функціонують кілька супутників. Сканер AVHRR супутника NOAA-14 з циліндричним скануванням має 8-дюймову (20 см) оптичну систему Кассегрена, сканування здійснюється шляхом обертання з частотою 6 об / с дзеркала з берилію. Кут сканування ± 55 °, смуга огляду близько 3000 км. Через кривизни Землі зона радиовидимости супутника становить ± 3400 км, тому за один прохід супутника вдається отримати інформацію з поверхні близько 3000x7000 км.

На супутнику встановлено апаратуру НIRS для визначення температури в тропосфері на різних висотах (вертикальні профілі атмосфери) в смузі огляду 2240 км. Для цього HIRS містить автоматичний скануючий спектрофотометр ІК-діапазону, який використовує властивість вуглекислого газу змінювати положення і ширину лінії поглинання на довжинах хвиль близько 14-15 мкм в залежності від тиску. Цей же прилад дозволяє оцінювати загальний вміст озону ВЗГ в стовпі атмосфери з поглинання теплового випромінювання від поверхні Землі і атмосфери на довжині сповнені 9,59 мкм. І вертикальні профілі, і ВЗГ обчислюються на приймальному кінці шляхом розв'язання обернених задач.

Крім зазначеної апаратури на супутник встановлені: прилад SSU для дослідження стратосфери; мікрохвильовий прилад MSU для вимірювання температурних профілів стратосфери; апаратура пошуку і порятунку за міжнародною програмою Kocnac / SARSAT; система ARGOS для збору метеорологічної і океанографічної інформації з автоматичних метеостанцій, морських буїв і повітряних куль; деякі інші прилади. ARGOS дозволяє стежити за міграцією великих тварин і птахів, якщо до їхнього тіла прикріплені спеціальні малогабаритні передавачі.

В даний час в експлуатації знаходяться супутники серії «Тирос-N» і «NOAA», які є ядром системи глобального збору метеорологічних даних із супутників. Вони задовольняють потреби США, ставши надійною орбітальної системою, Своєчасно і регулярно передає оглядову інформацію.

Супутник «Pecypc-O1» (Росія)

Висота орбіти 650 км, період обертання 97,4 хв, кут нахилу орбіти 97 °, 97. Сканер МСУ-СК з конічною розгорткою імеетскоростьсканірованія 12,5 дуг / с; дозвіл 150x250 м; смуга огляду 600 км; спектральні канали: 0,5-0,6 мкм (зелений ділянку спектра), 0,6-0,7 мкм (червоний ділянку), 0,7-0,8 мкм (червоний і ближній ІЧ), 0,8-1 , 1 мкм (ближній ІЧ), 10,5-12,5 мкм (теплової, в цьому каналі дозвіл 500 м). Сигнал кожного каналу квантуется на 256 рівнів. Маса сканера 55 кг. Рухається по геоцентричної орбіті.

На супутнику «Ресурс-01» встановлені також два сканера МСУ-Е з лінійної розгорткою, що містять по 3 лінійки на ПЗС по 1000 пікселів (по одній на кожен з 3 спектральних каналів). Дозвіл 35x45 м, швидкість сканування 200 рядків / с; смуга огляду кожного сканера 45 км; якщо обидва сканера, то смуга огляду становить 80 км, так як смуги огляду перекриваються. Над однією і тією ж точкою поверхні супутник пролітає один раз в 14 днів. Щоб підвищити регулярність прийому, передбачено відхилення осі сканера на ± 30 ° від надира в напрямку, перпендикулярному напрямку зниження супутника. Це дозволяє змішати смугу огляду на ± 400 км. Спектральні канали сканера: 0,5-0,59; 0,61-0,69; 0,7-0,89 мкм. Маса приладу 23 кг. Результати вимірювань передаються по радіоканалу на частоті близько 8 ГГц зі швидкістю 7,68 Мбіт / с, потужність бортового передавача 10 Вт.

Використовується для метеорологічних цілей, а також для виявлення лісових пожеж.

Супутник LANDSAT-5 (США)

Висота орбіти 705 км, нахил орбіти 98,2 °, період обертання 98 хв. Нал однієї і тієї ж точкою поверхні пролітає один раз в 16дней приблизно в9ч45 хв за місцевим часом. Встановлено 2 сканера з циліндричної рядків.

LandSat 7 - останній з супутників дистанційного зондування Землі, запущений в 1999 році в рамках програми Landsat. Супутник знаходиться на полярній орбіті, і пролітає над всією поверхнею планети.

Супутник SPOT-З (Франція)

Орбіта майже кругова висотою 820 км з нахилом 98,7 °, період обертання 101 хв. На супутнику встановлено два сканера HVR з лінійної розгорткою, фотоприймачами служать 1728-елементні ПЗС-лінійки, орієнтовані перпендикулярно руху супутника, кольороподіл здійснюється за допомогою призм. Він знаходиться на приполярних геостаціонарній орбіті.

Довгостроковою метою цього проекту є інвентаризація невідновлюваних і повільно відновлюваних ресурсів, таких, як мінерали і копалини палива, водні запаси, спостереження за станом сільського господарства та атмосфери. Програма орієнтована на можливість пізнавати, прогнозувати і в ряді випадків контролювати деякі процеси, пов'язані з океанографії, кліматології, ерозії грунту і забруднення води, а також стежити за потенційно небезпечними природними явищами, такими, як повені, посуха, шторми, землетруси і виверження вулканів.

Супутник ERS (Європейське космічне агентство)

Висота орбіти 798x782 км з нахилом 98,54 ° і періодом обертання 100,67 хв. До складу бортової апаратури включена радіолокаційна станція мікрохвильового зондування AMI (Active Microwave Instrument), яка забезпечує три режими роботи.

Хоча спочатку супутник ERS-1 був розроблений для спостережень за океаном і кригою, він дуже швидко довів свою багатосторонність і по відношенню до суші. У сільському і лісовому господарстві, в рибальстві, геології та картографії фахівці працюють з даними, що подаються супутником. Оскільки ERS-1 після трьох років виконання своєї місії він все ще працездатний, вчені мають шанс експлуатувати його разом з ERS-2 для загальних завдань, як тандем. І вони збираються отримувати нові відомості про топографії земної поверхні і надавати допомогу, наприклад, в попередженні про можливі землетруси.

Супутник «Океан-О» (Росія - Україна)

Висота орбіти 667 км, період обертання 97,98 хв, кут нахилу орбіти 98,03 °. На супутнику встановлено дві некогерентні РЛС ВО, антени яких спрямовані відповідно вліво і вправо від напрямку руху супутника. Смуга огляду кожної РЛС 455 км, кут падіння випромінюваних електромагнітних хвиль на підстилаючої поверхню 20,48 °. Просторова роздільна здатність в середньому 1,3 км поперек напрямку руху супутника і 2,5 км уздовж нього.

метеорологічні супутники

Ведуть безперервну трансляцію цифрових знімків дуже низького дозволу (кілька кілометрів) всього півкулі. Це геостаціонарні супутники Meteosat (Європейське космічне агенство), GMS (Японія), GOES (США), INSAT (Індія).

Більшість супутників дистанційного зондування в даний час літає по полярним орбітах. Це означає, що супутник летить на північ на одній стороні Землі, пролітає поблизу полюса, а потім летить на південь на другій половині орбіти. Полярні орбіти істотно нижче ніж геостаціонарні. Прилади розміщуються на полярноорбітальних носіях забезпечують краще просторове дозвіл і дозволяють отримувати високоякісні дані дистанційного зондування.

Полярні орбіти в основному застосовуються для запуску на них супутників військового (розвідувальні) і цивільного (наукового, сільськогосподарського) призначень, тому що космічні апарати на таких орбітах виконують роботи з дистанційного зондування Землі і призначені для отримання інформації про планету і пріпланетном атмосферному шарі. Такі супутники при дистанційному зондуванні з космосу використовуються для вивчення і контролю природних ресурсів Землі, дослідження динаміки природних процесів і явищ, збору інформації про стан територій на поверхні планети і інших задач.

Список використаної літератури

1. Баранов Ю.Б., Берлянт A.M., Капралов Є.Г., Кошкарев А.В., сірка-нас Б.Б., Філіппов Ю.О. Геоінформатика. Тлумачний словник основних термінів. - М .: ГИС-Асоціація, 1999. -204 с.

2. Дейвіс Ш. М., Ландгребе Д.А., Філліпс Т. Л. та ін. Дистанційне зондування: кількісний підхід. Під ред. Ф. Свейн і Ш. Дейвіс. Пер. з англ. М., Недра, 1983, с. 415. --Пер. нзд. США, 1978, 396 с.

3. Кашкін В.Б., Сухинин А.І.Дістанціонное зондування Землі з космосу. Цифрова обробка зображень: Навчальний посібник. - М .: Логос, 2001.-264 с.

4. Кондратенков Г.С., Фролов А.Ю. Радіовіденіе. Радіолокаційні системи дистанційного зондування Землі. Навчальний посібник для вузів I Под ред. Г. С. Кондратенкова. - М .: «Радіотехніка», 2005. - 368 с.

5. http://www.prosputnik.ru/ - http://www.radiomaster.net/

Розміщено на Allbest.ru

подібні документи

Особливості дешифрування даних дистанційного зондування для цілей структурно-геоморфологічного аналізу. Генетичні типи зон нефтегазонакопления і їх дешифрування. Схема структурно-геоморфологічного дешифрування Іловлінского родовища.

реферат, доданий 24.04.2012


Моніторинг об'єктів населених пунктів: сутність та завдання, інформаційне забезпечення. Сучасні системи дистанційного зондування: авіаційні, космічні, наземні. Застосування аеро- і космічних зйомок при моніторингу об'єктів населеного пункту.

дипломна робота, доданий 15.02.2017


Переваги методів дистанційного зондування Землі з космосу. Види зйомок, методи обробки знімків. Види ерозійних процесів та їх прояв на космічних зображеннях. Моніторинг процесів фільтрації і підтоплення від промислових відстійників.

курсова робота, доданий 07.05.2015


Методи вивчення океанів і морів з космосу. Необхідність дистанційного зондування: супутники і датчики. Характеристики океану, досліджувані з космосу: температура і солоність; морські течії; рельєф дна; біопродуктивність. Архіви супутникових даних.

курсова робота, доданий 06.06.2014


Проведення досліджень гідрографічних об'єктів. Вимоги до апаратури дистанційного зондування Землі при проведенні геоекологічних досліджень нафтогазового комплексу. Характеристика знімальної апаратури, встановленої на космічних апаратах.

курсова робота, доданий 15.03.2016


Дешіфровочние ознаки основних геологічних і геоморфологічних елементів. Прямі дешіфровочние ознаки. Контрастно-аналоговий метод в порівнянні з еталонними знімками і показниками і співставлення і порівнянню об'єктів в межах одного знімка.

реферат, доданий 23.12.2013


Прикладні завдання, які вирішуються за допомогою методів і засобів дистанційного зондування. Розрахунок параметрів зйомки з метою землеустрою та земельного кадастру. Основні вимоги до точності результатів дешифрування при створенні базових карт земель.

контрольна робота, доданий 21.08.2015


Особливості застосування космічного моніторингу для оцінки стихійних природних явищ. Отримання матеріалів дистанційного зондування. Моніторинг для оцінки повеневої ситуації, землетрусів, пожеж, змін площі дзеркала води Аральського моря.

курсова робота, доданий 22.01.2014


Характеристика оболонок Землі. Тектоніка літосферних плит і формування великих форм рельєфу. Горизонтальне будова літосфери. Типи земної кори. Рух речовини мантії по мантійним каналам в надрах Землі. Напрямок та переміщення літосферних плит.

презентація, доданий 12.01.2011


Внутрішня будова Землі. Поняття мантії як геосфери Землі, яка оточує ядро. Хімічний склад Землі. Шар зниженої в'язкості у верхній мантії Землі (астеносфера), його роль і значення. Магнітне поле Землі. Особливості атмосфери та гідросфери.

Дистанційне зондування Землі (ДЗЗ)- спостереження поверхні Землі авіаційними і космічними засобами, оснащеними різними видами знімальної апаратури. Робочий діапазон довжин хвиль, що приймаються знімальному апаратурою, становить від часток мікрометра (видиме оптичне випромінювання) до метрів (радіохвилі). Методи зондування можуть бути пасивні, тобто використовувати природне відбите або вторинне теплове випромінювання об'єктів на поверхні Землі, обумовлене сонячною активністю, і активні - використовують вимушене випромінювання об'єктів, ініційоване штучним джерелом направленої дії. Дані ДЗЗ, отримані з космічного апарату (КА), характеризуються великим ступенем залежності від прозорості атмосфери. Тому на КА використовується багатоканальне обладнання пасивного і активного типів, реєструючі електромагнітне випромінювання в різних діапазонах.

Апаратура ДЗЗ перших КА, запущених в 1960-70-х рр. була трасового типу - проекція області вимірювань на поверхню Землі представляла собою лінію. Пізніше з'явилася і широко поширилася апаратура ДЗЗ панорамного типу - сканери, проекція області вимірювань на поверхню Землі яких є смугою.

Загальний огляд

Дистанційне зондування є методом отримання інформації про об'єкт або явище без безпосереднього фізичного контакту з даним об'єктом. Дистанційне зондування є підрозділом географії. У сучасному розумінні, термін в основному відноситься до технологій повітряного або космічного зондування місцевості з метою виявлення, класифікації та аналізу об'єктів земної поверхні, а також атмосфери і океану, за допомогою розповсюджуваних сигналів (наприклад, електромагнітної радіації). Поділяють на активну (сигнал спочатку випромінюється літаком або космічним супутником) І пасивне дистанційне зондування (реєструється тільки сигнал інших джерел, наприклад, сонячне світло).

Активні прилади, в свою чергу, випромінюють сигнал з метою сканування об'єкта і простору, після чого сенсор має можливість виявити і виміряти випромінювання, відбите або утворене шляхом зворотного розсіювання метою зондування. Прикладами активних сенсорів дистанційного зондування є радар і лідар, якими вимірюється затримка в часі між випромінюванням і реєстрацією повернутого сигналу, таким чином визначаючи розміщення, швидкість і напрямок руху об'єкта.

Дистанційне зондування надає можливість отримувати дані про небезпечні, важкодоступних та об'єктів, що швидко об'єктах, а також дозволяє проводити спостереження на великих ділянках місцевості. Прикладами застосування дистанційного зондування може бути моніторинг вирубки лісів (наприклад, в басейні Амазонки), стану льодовиків в Арктиці й Антарктиці, вимір глибини океану за допомогою лота. Дистанційне зондування також приходить на заміну дорогим і порівняно повільним методам збору інформації з поверхні Землі, одночасно гарантуючи невтручання людини у природні процеси на спостережуваних територіях чи об'єктах.

За допомогою орбітальних космічних апаратіввчені мають можливість збирати і передавати дані в різних діапазонах електромагнітного спектра, які, в поєднанні з більш масштабними повітряними і наземними вимірами і аналізом, забезпечують необхідний спектр даних для моніторингу актуальних явищ і тенденцій, таких як Ель-Ніньо і інші природні феномени, як в коротко-, так і в довгостроковій перспективі. Дистанційне зондування також має прикладне значення в сфері геонаук (наприклад, природокористування), сільському господарстві(Використання і збереження природних ресурсів), національної безпеки (моніторинг прикордонних областей).

Техніки отримання даних

Основна мета мультиспектральних досліджень і аналізу отриманих даних - це об'єкти і території, що випромінюють енергію, що дозволяє виділяти їх на тлі навколишнього середовища. Короткий огляд супутникових системдистанційного зондування знаходиться в оглядовій таблиці.

Як правило, найкращим часом для отримання даних методами дистанційного зондування є літній час (зокрема, в ці місяці найбільший кут сонця над горизонтом і найбільша тривалість дня). Винятком з цього правила є отримання даних за допомогою активних датчиків (наприклад, Радар, Лідар), а також теплових даних в довгохвильовому діапазоні. У тепловидения, при якому датчики проводять вимірювання теплової енергії, краще використовувати проміжок часу, коли різниця температури землі і температури повітря найбільша. Таким чином, найкращий час для цих методів - холодні місяці, а також кілька годин до світанку в будь-який час року.

Крім того, є ще деякі міркування, які потрібно враховувати. За допомогою радара, наприклад, не можна отримувати зображення голої поверхні землі при товстому сніговому покриві; те ж саме можна сказати і про лидара. Проте, ці активні сенсори нечутливі до світла (або його відсутності), що робить їх відмінним вибором для застосування до високих широтах (для прикладу). Крім того, як радар, так і лідар здатні (в залежності від використовуваних довжин хвиль) отримувати зображення поверхні під пологом лісу, що робить їх корисними для застосування в сильно зарослих регіонах. З іншого боку, спектральні методи отримання даних (як стереозображення, так і мультиспектральні методи) застосовні в основному сонячні дні; дані, зібрані в умовах низької освітленості, як правило, мають низький рівень сигнал / шум, що ускладнює їх обробку і інтерпретацію. До того ж, в той час як стереозображення здатні відображати і ідентифікувати рослинність і екосистеми, за допомогою цього методу (як і при мульти-спектральному зондуванні) неможливо проникнути під навіс дерев і отримати зображення земної поверхні.

Застосування дистанційного зондування

Дистанційне зондування найбільш часто застосовується в сільському господарстві, геодезії, картографуванні, моніторингу поверхні землі і океану, а також шарів атмосфери.

Сільське господарство

За допомогою супутників можна з певною циклічністю отримувати зображення окремих полів, регіонів і округів. Користувачі можуть отримувати цінну інформацію про стан угідь, в тому числі ідентифікацію культур, визначення посівних площ сільськогосподарських культур і стан врожаю. Супутникові дані використовуються для точного управління і моніторингу результатів ведення сільського господарства на різних рівнях. Ці дані можуть бути використані для оптимізації фермерського господарства і просторово-орієнтованого управління технічними операціями. Зображення можуть допомогти визначити місце розташування врожаю і ступінь виснаження земель, а потім можуть бути використані для розробки і реалізації плану лікування, для локальної оптимізації використання сільськогосподарських хімікатів. Основними сільськогосподарськими додатками дистанційного зондування є наступні:

• рослинність:
  • класифікація типу культур
  • оцінка стану посівів (моніторинг сільськогосподарських культур, оцінка збитку)
  • оцінка врожайності
• грунт
  • відображення характеристик грунту
  • відображення типу грунту
  • ерозія грунту
  • вологість ґрунту
  • відображення практики обробітку грунту

Моніторинг лісового покриву

Дистанційне зондування також застосовується для моніторингу лісового покриву та ідентифікації видів. Отримані таким способом карти можуть покривати більшу площу, одночасно відображаючи детальні вимірювання та характеристики території (тип дерев, висота, щільність). Використовуючи дані дистанційного зондування, можливо визначити і розмежувати різні типиліси, що було б важко досягти, використовуючи традиційні методи на поверхні землі. Дані доступні в різних масштабах і дозволах, що цілком відповідає локальним або регіональні вимогам. Вимоги до детальності відображення місцевості залежить від масштабу дослідження. Для відображення змін в лісовому покриві (текстури, щільності листя) застосовуються:

• мультиспектральні зображення: для точної ідентифікації видів необхідні дані з дуже високою роздільною здатністю
• багаторазові знімки однієї території, використовуються для отримання інформації про сезонні зміни різних видів
• стереофотографіі - для розмежування видів, оцінки щільності і висоти дерев. Стереофотографіі надають унікальний вид на лісовий покрив, доступний тільки через технології дистанційного зондування
• Радари широко застосовуються в зоні вологих тропіків, завдяки їх властивості отримувати зображення за будь-яких погодних умовах
• Лідари дозволяють отримувати 3-мірну структуру лісу, виявляти зміни висоти поверхні землі і об'єктів на ній. Дані лидара допомагають оцінити висоту дерев, області корон і кількість дерев на одиниці площі.

моніторинг поверхні

Моніторинг поверхні є одним з найбільш важливих і типових застосувань дистанційного зондування. Отримані дані використовуються при визначенні фізичного стану поверхні землі, наприклад, ліси, пасовища, дорожнього покриття і т.д., в тому числі результатів діяльності людини, такі, як ландшафт в промислових і житлових зонах, стану сільськогосподарських територій і т.п. Спочатку повинна бути встановлена ​​система класифікації земельного покриву, яка зазвичай включає в себе рівні і класи земель. Рівні і класи повинні бути розроблені з урахуванням мети використання (на національному, регіональному або місцевому рівні), просторового і спектрального дозволу даних дистанційного зондування, запиту користувача і так далі.

Виявлення зміни стану поверхні землі необхідно для оновлення карт рослинного покриву і раціоналізації використання природних ресурсів. Зміни, як правило, виявляються при порівнянні декількох зображень, що містять кілька рівнів даних, а також, в деяких випадках, при порівнянні старих карт і оновлених зображень дистанційного зондування.

• сезонні зміни: сільськогосподарські угіддя та листяні ліси змінюються по-сезонно
• річні зміни: зміни поверхні землі або території землекористування, наприклад, райони вирубки лісу або розростання міст

Інформація про поверхні землі і зміни характеру рослинного покриву прямо необхідні для визначення і реалізації політики захисту навколишнього середовища і можуть бути використані спільно з іншими даними для проведення складних розрахунків (наприклад, визначення ризиків ерозії).

геодезія

Збір геодезичних даних з повітря вперше був використаний для виявлення підводних човнів і отримання гравітаційних даних, що використовуються для побудови військових карт. Ці дані являють собою рівні миттєвих збурень гравітаційного поля Землі, які можуть бути використані для визначення змін в розподілі мас Землі, що в свою чергу може бути затребуване для проведення різних геологічних досліджень.

Акустичні та близько-акустичні застосування

• Сонар: пасивний гідролокатор, реєструє звукові хвилі, які виходять від інших об'єктів (судно, кит і т.д.); активний гідролокатор, випромінює імпульси звукових хвиль і реєструє відбитий сигнал. Використовується для виявлення, визначення місця розташування і вимірювання параметрів підводних об'єктів і місцевості.
• Сейсмографи - спеціальний вимірювальний пристрій, Який використовується для виявлення і реєстрації всіх типів сейсмічних хвиль. За допомогою сейсмограмм, знятих в різних місцях певній території, можна визначити епіцентр землетрусу і виміряти його амплітуду (після того як воно сталося) шляхом порівняння відносних інтенсивностей і точного часу коливань.
• УЗД: датчики ультразвукового випромінювання, які випускають високочастотні імпульси і реєструють відбитий сигнал. Використовується для виявлення хвиль на воді і визначення рівня води.

При координації серій масштабних спостережень, більшість систем зондування залежать від наступних факторів: розташування платформи і орієнтації датчиків. Високоякісні інструменти в даний час часто використовують позиційну інформацію від супутникових систем навігації. Обертання і орієнтація часто визначається електронними компасами з точністю близько одного - двох градусів. Компаси можуть вимірювати не тільки азимут (тобто градусне відхилення від магнітної півночі), а й

• Радари, в основному, застосовуються в системах контролю повітряного трафіку, раннього оповіщення, моніторингу лісового покриву, сільському господарстві і для отримання метеорологічних даних великого масштабу. Радар Допплера використовується правоохоронними організаціями для контролю швидкісного режиму автотранспорту, а також для отримання метеорологічних даних про швидкість і напрям вітру, місцезнаходження та інтенсивності опадів. Інші типи одержуваної інформації включають в себе дані про іонізованому газі в іоносфері. Інтерферометричний радар штучної апертури використовується для отримання точних цифрових моделей рельєфу великих ділянок місцевості (див RADARSAT, використовуються для вимірювання рівня моря, припливів і відливів, визначення напрямку хвиль в прибережних морських регіонах.відімого часто використовуються при зондуванні рослинності на поверхні Землі, а також для побудови топографічних карт при розробці потенційних маршрутів шляхом аналізу зображень місцевості, в поєднанні з моделюванням особливостей навколишнього середовища, отриманих наземними методами.
• Мультиспектральні платформи, такі як Landsat активно використовувалися починаючи з 70-х років. Ці прилади використовувалися для побудови тематичних карт шляхом отримання зображень в декількох довжинах хвиль електромагнітного спектру (мульти-спектра) і, як правило, вони застосовуються на супутниках спостереження за Землею. Прикладами таких місій є в тому числі програма Landsat або супутник IKONOS. Карти рослинного покриву і землекористування, отримані методом тематичного картографування можуть бути використані для розвідки корисних копалин, виявлення і моніторингу використання земель, вирубки лісів, і вивчення здоров'я рослин і сільськогосподарських культур, в тому числі величезних ділянок сільськогосподарських земель або лісових масивів. космічні знімкипрограми Landsat, матриці (двовимірного масиву) чисел I (i, j), Кожне з яких представляє інтенсивність випромінювання, прийнятого датчиком від елемента поверхні Землі, якому відповідав би один піксель зображення.

  Зображення складається з n x mпікселів, кожен піксель має координати (I, j)- номер рядка і номер колонки. число I (i, j)- ціле і називається рівнем сірого (або спектральної яскравістю) пікселя (I, j). Якщо ви отримуєте зображення в декількох діапазонах електромагнітного спектра, то його представляє тривимірна решітка, що складається з чисел I (i, j, k), де k- номер спектрального каналу. З математичної точки зору неважко обробити цифрові дані, отримані в такому вигляді.

  Для того щоб правильно відтворити зображення по цифровим записів, Що поставляється пунктами прийому інформації, необхідно знати формат запису (структуру даних), а також число рядків і стовпців. Використовують чотири формату, які впорядковують дані як:

  • послідовність зон ( Band Sequental, BSQ);
  • зони, що чергуються по рядках ( Band Interleaved by Line, BIL);
  • зони, що чергуються по пікселям ( Band Interleaved by Pixel, BIP);
  • послідовність зон із стисненням інформації в файл методом групового кодування (наприклад, у форматі jpg).

  В BSQ-Форматкожен зональний знімок міститься в окремому файлі. Це зручно, коли немає необхідності працювати відразу з усіма зонами. Одну зону легко прочитати і візуалізувати, зональні знімки можна завантажувати в будь-якому порядку за бажанням.

  В BIL-Форматзональні дані записуються в один файл рядок за рядком, при цьому зони чергуються по рядках: 1-а рядок 1-ої зони, 1-ша рядок 2-ий зони, ..., 2-а рядок 1-ої зони, 2 ий рядок 2-ий зони і т. д. Такий запис зручна, коли виконується аналіз одночасно всіх зон.

  В BIP-Форматзональні значення спектральної яскравості кожного пікселя зберігаються послідовно: спочатку значення першого пікселя в кожній зоні, потім значення другого пікселя в кожній зоні і т. д. Такий формат називають поєднаним. Він зручний при виконанні по-піксельної обробки многозонального знімка, наприклад, в алгоритмах класифікації.

  групове кодуваннявикористовують для зменшення обсягу растрової інформації. Такі формати зручні для зберігання великих знімків, для роботи з ними необхідно мати засіб розпакування даних.

  Файли зображень зазвичай забезпечуються наступної додатковою інформацією, що відноситься до знімків:

  • опис файлу даних (формат, число рядків і стовпців, дозвіл і т. д.);
  • статистичні дані (характеристики розподілу яркостей - мінімальне, максимальне і середнє значення, дисперсія);
  • дані про картографічної проекції.

  Додаткова інформація міститься або в заголовку файлу зображення, або в окремому текстовому файлі з ім'ям, що збігається з ім'ям файлу зображення.

  За ступенем складності розрізняють такі рівні обробки КС, що надаються користувачам:

  • 1А - радіометричну корекція спотворень, викликаних різницею в чутливості окремих датчиків.
  • 1В - радіометричну корекція на рівні обробки 1А і геометрична корекція систематичних спотворень сенсора, включаючи панорамні спотворення, перекручування, викликані обертанням і кривизною Землі, коливанням висоти орбіти супутника.
  • 2А - корекція зображення на рівні 1В і корекція відповідно до заданої геометричної проекцією без використання наземних контрольних точок. Для геометричної корекції використовується глобальна цифрова модель рельєфу ( ЦМР, DEM) З кроком на місцевості 1 км. Використовувана геометрична корекція усуває систематичні спотворення сенсора і проектує зображення в стандартну проекцію ( UTM WGS-84), З використанням відомих параметрів (супутникові ефемеридні дані, просторове положення і т. Д.).
  • 2В - корекція зображення на рівні 1В і корекція відповідно до заданої геометричної проекцією з використанням контрольних наземних точок;
  • 3 - корекція зображення на рівні 2В плюс корекція з використанням ЦМР місцевості (ортотрансформірованіе).
  • S - корекція зображення з використанням контрольного зображення.

  Якість даних, одержуваних в результаті дистанційного зондування, залежить від їх просторового, спектрального, радіометричного і тимчасового дозволу.

  просторова роздільна здатність

  Характеризується розміром пікселя (на поверхні Землі), що записується в растрову картинку - зазвичай варіюється від 1 до 4000 метрів.

  спектральний дозвіл

  Дані Landsat включають сім смуг, в тому числі інфрачервоного спектра, в межах від 0.07 до 2.1 мкм. Сенсор Hyperion апарату Earth Observing-1 здатний реєструвати 220 спектральних смуг від 0.4 до 2.5 мкм, зі спектральним дозволом від 0.1 до 0.11 мкм.

  радіометричне дозвіл

  Число рівнів сигналу, які сенсор може реєструвати. Зазвичай варіюється від 8 до 14 біт, що дає від 256 до 16 384 рівнів. Ця характеристика також залежить від рівня шуму в інструменті.

  Тимчасовий дозвіл

  Частота прольоту супутника над цікавить областю поверхні. Має значення при дослідженні серій зображень, наприклад при вивченні динаміки лісів. Спочатку аналіз серій проводився для потреб військової розвідки, зокрема для відстеження змін в інфраструктурі, пересувань противника.

  Для створення точних карт на основі даних дистанційного зондування, необхідна трансформація, що усуває геометричні спотворення. Знімок поверхні Землі апаратом, спрямованим точно вниз, містить неспотворену картинку тільки в центрі знімка. При зміщенні до країв відстані між точками на знімку і відповідні відстані на Землі все більш різняться. Корекція таких спотворень проводиться в процесі фотограмметрії. З початку 1990-х більшість комерційних супутникових зображень продається вже скоригованими.

  Крім того, може вимагатися радіометричну або атмосферна корекція. Радіометрична корекція перетворює дискретні рівні сигналу, наприклад від 0 до 255, в їх справжні фізичні значення. Атмосферна корекція усуває спектральні спотворення, внесені наявністю атмосфери.

  В рамках програми NASA Earth Observing System були сформульовані рівні обробки даних дистанційного зондування:

  рівень	опис
  0	Дані, що надходять безпосередньо від пристрою, без службових даних (Синхронізаційні фрейми, заголовки, повтори).
  1a	Реконструйовані дані пристрої, забезпечені маркерами часу, радиометрическими коефіцієнтами, ефемеридами (орбітальними координатами) супутника.
  1b	Дані рівня 1a, перетворені в фізичні одиницівиміру.
  2	Похідні геофізичні змінні (висота океанічних хвиль, вологість грунту, концентрація льоду) з тим же дозволом, як у даних рівня 1.
  3	Змінні, відображені в універсальної просторово-часовій шкалі, можливо доповнені інтерполяцією.
  4	Дані, отримані в результаті розрахунків на основі попередніх рівнів.

  Навчання та освіта

  У більшості вищих навчальних закладів навчання дистанційного зондування здійснюється на кафедрах географії. Актуальність дистанційного зондування постійно збільшується в сучасному інформаційному суспільстві. Дана дисципліна є однією з ключових технологій аерокосмічної промисловості і представляє велике економічне значення - наприклад, нові датчики TerraSAR-X і RapidEye постійно розвиваються, і попит на кваліфіковану робочу силу також безперервно зростає. Крім того, дистанційне зондування має надзвичайно великий вплив на повсякденне життя, починаючи від зведення погоди до прогнозування зміни клімату та стихійних лих. Як приклад, 80% німецьких студентів користується послугами Google Earth; тільки в 2006 році програма була завантажена 100 млн раз. Однак дослідження показують, що тільки незначна частина цих користувачів має фундаментальні знання про дані, з якими вони працюють. на даний моментіснує величезний пробіл у знаннях між використанням і розумінням супутникових знімків. Навчання принципам дистанційного зондування носить досить поверхових характер в переважній більшості навчальних закладів, попри наявність гострої необхідності поліпшити якість викладання даного предмета. Багато хто з продуктів комп'ютерного програмного забезпечення, Спеціально розроблені для вивчення дистанційного зондування ще не були впроваджені в освітню систему, в основному, через свою складність. Таким чином, у багатьох випадках ця наука або зовсім не включена в навчальну програму, або не включає в себе курс наукового аналізу аналогових зображень. Практично, предмет дистанційного зондування вимагає консолідації фізики і математики, а також високої компетенції у використанні засобів і методів, відмінних від простої візуальної інтерпретації супутникових зображень.

  Переваги дистанційного зондування

  Дистанційним зондуванням називають отримання інформації про об'єкти без входження з ними в фізичний контакт. Однак це визначення є занадто широким.

  Тому введемо деякі обмеження, що дозволяють конкретизувати особливості поняття «дистанційне зондування», і зокрема, важливого для забезпечення безпеки авіації поняття дистанційного зондування атмосфери. По-перше, припускають, що інформацію отримують за допомогою технічних засобів.

  По-друге, мова йде про об'єкти, що знаходяться на значних відстанях від технічних засобів, що принципово відрізняє ДЗ від інших науково-технічних напрямків, таких як неруйнівний контроль матеріалів і виробів, медична діагностика і т. П. Додамо, що ДЗ використовує непрямі методи виміру.

  Дистанційне зондування включає дослідження атмосфери і земної поверхні, останнім часом розвинулися і підповерхневі методи ДЗ. Застосування методів і засобів дистанційного неконтактного отримання інформації про стан і параметри тропосфери сприяє безпеці авіації.

  Головні переваги ДЗ - це висока швидкість отримання даних про великі обсяги атмосфери (або про великі площі земної поверхні), а також можливість отримання інформації про об'єкти, практично недоступних для дослідження іншими способами. З традиційними метеорологічними вимірами у верхній атмосфері, виконуваними за допомогою куль-зондів, широко і систематично застосовуються складні методи ДЗ.

  Дистанційне зондування коштує досить дорого, особливо космічне. Незважаючи на це, порівняльний аналіз витрат і одержуваних результатів доводить високу економічну ефективність зондування. Крім того, використання даних зондування, зокрема, метеорологічних супутників, наземних і бортових радіолокаційних засобів, зберегло тисячі людських життів за рахунок попередження стихійних лих і уникнення небезпечних метеорологічних явищ. Тому науково-дослідницька. експериментальна, конструкторська і оперативна діяльність в області ДЗ, яка інтенсивно розвивається в провідних країнах світу, є цілком виправданою.

  Об'єкти і застосування дистанційного зондування

  Основними об'єктами ДЗ є:

  погода і клімат (опади, хмари, вітер, турбулентність, випромінювання);

  елементи навколишнього середовища (аерозолі, гази, електрику атмосфери, перенесення, т. е. перерозподіл в атмосфері тієї чи іншої субстанції);

  океани і моря (морське хвилювання, течії, кількість води, лід);

  земна поверхня (рослинність, геологічні дослідження, вивчення ресурсів, висота-метрія).

  Інформація, що отримується засобами ДЗ, необхідна для багатьох галузей науки, техніки та економіки. Кількість потенційних споживачів цієї інформації стає дедалі більше.

  З метою забезпечення безпеки польотів ДЗ використовується:

  метеорологією, кліматології і фізикою атмосфери (оперативні дані для прогнозу погоди, визначення профілю температури, тиску і вмісту водяної пари в атмосфері, вимірювання швидкості вітру і т. п.);

  супутниковою навігацією, зв'язком, в радіолокаційних спостереженнях і радіонавігації (ці області вимагають даних про умови поширення радіохвиль, які оперативно виходять засобами ДЗ);

  авіацією, наприклад, прогноз метеоумов в аеропортах і на авіатрасах, оперативне виявлення небезпечних метеорологічних явищ, таких як град, гроза, турбулентність, зсув вітру, мікровибух і обмерзання.

  Крім того, важливими є такі області, в яких літальні апаративикористовуються в якості носіїв засобів ДЗ:

  гідрологія, включаючи оцінку і управління водними ресурсами, прогнозування танення снігів, попередження про паводки;

  аграрні області (прогноз і керування погодою, контроль типу, поширення та стану рослинного покриву, побудова карт типів грунтів, визначення вологості, попередження градобитий, прогноз врожаю);

  екологія (контроль забруднення атмосфери і земної поверхні);

  океанографії (наприклад, вимірювання температури морської поверхні, дослідження океанічних течій і спектрів морського хвилювання);

  гляциология (наприклад, відображення поширення і руху льодових щитів і морського льоду, Визначення можливості морського судноплавства в льодових умовах);

  геологія, геоморфологія і геодезія (наприклад, ідентифікація типу гірських порід, локалізація геологічних дефектів і аномалій, вимір

  параметрів Землі і спостереження тектонічного руху);

  топографія і картографія (зокрема, отримання точних даних про висоту і прив'язці їх до даної системи координат, виробництво карт і внесення змін до них);

  контроль стихійних лих (в тому числі контроль обсягу паводків, попередження про піщаних і пилових бурях, лавини, зсуви, визначення маршрутів лавин і т. п.);

  планування в інших технічних додатках (наприклад, інвентаризація землекористування та контроль змін, оцінка земельних ресурсів, спостереження за рухом транспорту);

  військові застосування (контроль пересування техніки та військових формувань, оцінка місцевості).

  Системи і методи дистанційного зондування

  Класифікація систем ДЗ грунтується на звичних для фахівців з радіолокації відмінності між активними і пасивними системами. Активні системи опромінюють досліджувану середу електромагнітним випромінюванням (ЕМВ), яке забезпечує система ДЗ, т. Е. В цьому випадку засіб ДЗ генерує електромагнітну енергію і випромінює її в напрямку досліджуваного об'єкта. Пасивні системи сприймають ЕМІ від досліджуваного об'єкта природно. Це може бути, як власне ЕМІ, що виникає в самому об'єкті зондування, наприклад, теплове випромінювання, так і розсіяне ЕМІ будь-якого природного зовнішнього джерела, наприклад, сонячного випромінювання. Переваги і недоліки кожного з двох зазначених типів систем ДЗ (активні і пасивні) визначаються цілою низкою чинників. Наприклад, пасивна система практично не застосовується в тих випадках, коли відсутня досить інтенсивне власне випромінювання досліджуваних об'єктів в заданому діапазоні довжин хвиль. З іншого боку, активна система стає технічно нездійсненним, якщо випромінювана потужність, необхідна для отримання достатньої відбитого сигналу, виявляється занадто великий.

  У ряді випадків для отримання необхідної інформації бажано знати точні параметри випромінюваного сигналу, щоб забезпечити якісь спеціальні можливості аналізу, наприклад, вимір доплерівського зсуву частоти відбитого сигналу для оцінки руху цілі по відношенню датчика (приймача) або зміни поляризації відбитого сигналу щодо зондуючого сигналу. Як і будь-які інформаційно-вимірювальні системи, які використовують ЕМІ, системи ДЗ розрізняються за діапазонами частот електромагнітних коливань, наприклад, ультрафіолетові, видимого світла, інфрачервоні, міліметрові, сантиметрові, дециметрові.

  Розглянемо ДЗ атмосфери, зокрема, тропосфери - тієї частини земної атмосфери, яка безпосередньо прилягає до поверхні Землі. Тропосфера простягається до висот 10-15 км, а в тропічних широтах - до 18 км. Використання ДЗ з метою метеорологічного забезпечення безпеки польотів вимагає уваги до систем, які розглядають атмосферу як тривимірний, об'ємно розподілений об'єкт, і дозволяють одержувати профілі атмосфери в різних напрямках зондування.

  Об'єктами зондування, або цілями, можуть бути флуктуації, які природно відбуваються в атмосфері, а також фіксовані об'єкти на певній відстані від кошти ДЗ. Важливо зрозуміти суть різних видів взаємодії між ЕМІ і атмосферою. Різні види такої взаємодії - це зручний спосіб класифікації методів ДЗ. Вони грунтуються на загасання, розсіянні і випромінюванні електромагнітних коливань об'єктами зондування. Схеми основних процесів взаємодії електромагнітних коливань з атмосферними неоднородностями стосовно завдань ДЗ.

  У першому випадку випромінювання від заданого відомого джерела (передавача) надходить на вхід приймача після того, як воно пройшло через досліджуваний об'єкт. Оцінюється величина ослаблення випромінювання на трасі поширення від передавача до приймача, при цьому передбачається, що величина втрат електромагнітної енергії при проходженні через об'єкт пов'язана з властивостями цього об'єкта. Причиною втрат може бути поглинання або комбінація поглинання і розсіяння, що лежить в основі отримання інформації про об'єкт. Багато методів ДЗ по суті засновані на такому підході.

  У другому випадку, коли джерело сам є джерелом випромінювання, зазвичай виникає завдання вимірювання інфрачервоної або / та мікрохвильової емісії, що використовується для отримання інформації про теплової структурі атмосфери і інших її властивості. Крім того, такий підхід характерний для дослідження блискавичного розряду на основі його власного радіовипромінювання і для виявлення грози на великих відстанях.

  Третій випадок полягає у використанні розсіювання електромагнітних коливань атмосферних освітою для отримання інформації про нього. На властивості розсіювання засновані різні способи ДЗ. Один з них характеризується тим, що середовище, що досліджується висвітлюється якимось джерелом некогерентного випромінювання, наприклад, сонячним світломабо інфрачервоним випромінюванням, яке виходить від поверхні Землі, а датчик кошти ДЗ приймає розсіяне об'єктом випромінювання. Інший - тим, що об'єкт опромінюється спеціальним штучним (когерентним або некогерентного) джерелом, наприклад, лазером або джерелом з довжиною хвилі від дециметрів до міліметрів (як у випадку радіолокатора). Це випромінювання розсіюється об'єктом, виявляється приймачем і використовується для добування інформації про розсіюється об'єкті.

  Зауважимо, що перший з розглянутих випадків відповідає активній системі зондування, другий - пасивної, а третій реалізується як в пасивному, так і в активному варіантах.

  Активна система ДЗ може бути моно-статичної, коли передавач і приймач кошти ДЗ розміщуються на одній позиції, бістатичних, або навіть мульти-статичної, коли система складається з одного або декількох передавачів і декількох приймачів, розташованих в різних позиціях.

  Класифікація не буде достатньо повною, якщо не вказати основні технічні засоби ДЗ: радіолокатори, радіометри, лідери та інші пристрої або системи, що використовуються в якості датчиків ДЗ.

  Вивчення атмосфери за допомогою ДЗ включає використання приладів, що встановлюються на штучних супутникахземлі і орбітальних станціях, Літаках, ракетах, повітряних кулях, а також засобами, розміщеними на землі. Найчастіше носіями засобів ДЗ є супутники, літаки і платформи наземного базування.

  Зворотні задачі

  Завдання ДЗ - це обернені задачі, т. Е. Такі, при вирішенні яких змушені йти від результату до причини. До них відносяться всі завдання обробки та інтерпретації даних спостережень. Теорія обернених задач - самостійна математична дисципліна, а ДЗ атмосфери - лише одне з науково-технічних напрямків, для яких теорія обернених задач є важливою. У прикладному аспекті необхідно добре розуміти, як ЕМІ взаємодіє з досліджуваними атмосферними об'єктами, формуючи сигнали, які використовуються для отримання інформації про атмосферу. В ідеальному випадку між виміряним параметром сигналу і оцінюваної характеристикою атмосфери існує взаємно однозначна відповідність. Але в реальних ситуаціях завжди виникають характерні для обернених задач проблеми.

  
  

  Розглянемо простий приклад, який відноситься до пасивного зондування атмосфери. Припустимо, що поглинає газ в атмосфері характеризується власним випромінюванням, що залежать від температури газу. Це випромінювання сприймається датчиком, розташованим на супутнику. Припустимо також, що існує зв'язок між довжиною хвилі випромінювання і температурою, а температура залежить від висоти шару атмосфери. Тоді знання взаємозв'язку між інтенсивністю випромінювання, довжиною хвилі випромінювання і температурою газу дає спосіб оцінки температури атмосферного газу як функції довжини хвилі і, отже, висоти. Насправді ситуація набагато складніше в порівнянні з описаним ідеальним випадком. Випромінювання на заданій довжині хвилі не виходить з одного шару на відповідній висоті, а розподілено по товщі атмосфери, тому немає взаємно однозначної відповідності між довжиною хвилі і висотою, як це передбачалося для ідеального випадку, що викликає розмитість зв'язку з цим. Цей приклад є типовим для багатьох обернених задач, де кордону інтегрування залежать від особливостей конкретного завдання. Це рівняння відоме, як інтегральне рівняння Фредгольма першого роду. Воно характеризується тим, що кордони інтеграла фіксовані, з'являється тільки в подинтегрального вираженні. Функція називається ядром або функцією ядра рівняння.

  Різні завдання ДЗ зводяться до рівняння або до подібних рівнянь. Для вирішення таких завдань необхідно виконати зворотне перетворення, щоб за результатами вимірювань g. отримати розподіл. Такі зворотні завдання називаються некоректними, або некоректно поставленими завданнями. Їх рішення асоційоване з подоланням трьох наступних труднощів. В принципі рішення некоректної задачі може виявитися математично неіснуючим, неоднозначним або нестійким. відсутність рішення

  З точки зору ДЗ, небезпечні метеорологічні явища (ОМЯ) можна розглядати як об'ємно розподілені об'єкти, які займають певні просторові зони в хмарності або в безхмарним атмосфері (ясному небі). Фізичні ознаки зовнішнього прояву ОМЯ, як правило, описуються параметрами, котрі характеризують інтенсивність ОМЯ і які в принципі можна вимірювати, наприклад, параметри швидкості вітру, напруженості електричного і магнітного полів, інтенсивність опадів. Фізичні параметри ОМЯ розглянуті.

  Райони атмосфери, в яких параметри, що характеризують інтенсивність ОМЯ, перевищують деякий заданий рівень, називаються зонами ОМЯ. Процес виявлення ОМЯ і віднесення їх зон до певних просторовим координатам в заданий час на підставі результатів ДЗ називається локалізацією зон ОМЯ.

  Таким чином, в процесі локалізації засобами мікрохвильового ДЗ атмосфери виявляють зони ОМЯ і визначають їх місце розташування в заданій системі координат. У ряді випадків можна оцінити також ступінь інтенсивності ОМЯ.

  Локалізація небезпечних для польотів зон бортовими радіолокаційними засобами - це оперативне виявлення і визначення місця розташування за допомогою метео-навігаційних радіолокаторів (МНРЛС) та інших борових пристроїв, які можуть бути пов'язані з МНРЛС.