Оптические методы дистанционного зондирования

Первые изображения Земли из космоса были получены с помощью фотокамеры. Отснятые материалы спускаются на Землю и проявляются. Анализ снимков, как правило, проводится визуально с помощью проекционной аппаратуры, которая позволяет также получать цветные фотоотпечатки. Метод обеспечивает высокую геометрическую точность изображения; можно увеличить снимки без заметного ухудшения качества.

Однако он мало оперативен, поскольку изображение представлено в виде фотографий, а не в цифровой форме, и эффективен в видимом и ближнем ИК-диапазонах.

Этих недостатков лишены сканерные методы. Сканер с цилиндрической разверткой в принципе представляет собой маятник, закрепленный в одной точке и колеблющийся поперек направления движения. При движении аппарата над Землей с выхода фотоприемного устройства снимается сигнал, пропорциональный освещенности в видимом или ближнем ИК-диапазоне того участка земной поверхности, на который в данный момент направлена ось объектива. На практике сканер неподвижен, а качается (вращается) зеркало, отражение от которого через объектив попадает в фотоприемное устройство. Сканерная информация в цифровой форме передается со спутника в реальном времени или в записи на бортовой магнитофон; на Земле она обрабатывается на ЭВМ.

Линейный сканер содержит расположенные в линию неподвижные фоточувствительные элементы, число которых колеблется от 190 до 1000. Такая линия называется линейкой приборов с зарядовой связью (ПЗС). На линейку через объектив фокусируется изображение земной поверхности, все элементы находятся в фокальной плоскости. Линейка, ориентированная поперек направления движения спутника, перемещается вместе с ним, последовательно “считывая” сигнал, пропорциональный освещенности различных участков поверхности и облаков. Линейные сканеры на ПЗС работают в видимом и ближнем ИК-диапазонах.

Снимки в световом диапазоне делятся на фотографические и сканерные, которые в свою очередь подразделяются на полученные оптико−механическим сканированием (ОМ−сканерные) и оптико−электронным с использованием линейных приемников излучения на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС−сканерные). На таких снимках отображаются оптические характеристики объектов – их яркость, спектральная яркость. Применяя многозональный принцип съемки, получают в этом диапазоне многозональные снимки, а при большом числе съемочных зон – гиперспектральные, использование которых основано на спектральной отражательной способности объектов съемки, их спектральной яркости.

Проводя съемку с использованием приемников теплового излучения – тепловую съемку, – получают тепловые инфракрасные снимки. Съемку в радиодиапазоне ведут, применяя как пассивные, так и активные методы, и в зависимости от этого снимки делятся на микроволновые радиометрические, получаемые при регистрации собственного излучения исследуемых объектов, и радиолокационные снимки, получаемые при регистрации отраженного радиоизлучения, посылаемого с носителя – радиолокационной съемке.

Радиотехнические методы ДЗ

В общих чертах принцип активной радиолокации состоит в следующем. На спутнике устанавливается передатчик, посылающий с помощью антенны в направлении Земли импульсы с высокочастотным заполнением, рис. 43. После этого наступает пауза, в течение которой производится прием отраженных сигналов. Если импульс отражается от некоторого объекта М, расположенного на расстоянии L от спутника, то отраженный сигнал вернется назад через интервал времени ∆t=2L/c, где c – скорость света, множитель 2 учитывает, что сигнал проходит путь L дважды: от радиолокатора до объекта и от объекта до радиолокатора. Чем дальше объект от радиолокатора, тем больше ∆t. Интенсивность отраженных сигналов зависит от дальности и различна для разных объектов, так как они отличаются размерами и электрофизическими характеристиками. Измеряя ∆t, можно найти расстояние до объекта. Таким образом, средствами радиолокационной техники автоматически осуществляется сканирование по дальности, так как сигналы от разных объектов приходят в разное.

Радиозонды.

Анализ физических свойств атмосферы определенного района, измеряемых в метрологии, имеет также большое значение для авиации, сельского хозяйства и других отраслей народного хозяйства.

Кроме глобальных измерений состояния атмосферы, описанных выше, радиофизические дистанционные методы все шире применяются для региональных атмосферных измерений. Сейчас наиболее широко применяют для исследования атмосферы шары−радиозонды, на борту которых размещены приборы, измеряющие температуру, давление и влажность воздуха. Показания этих приборов автоматически передает на Землю специальный радиопередатчик. Местоположение шаров и вектор скорости их движения, определяемые при помощи радиолокаторов, позволяют судить о скорости и направлении ветра на разных высотах. К сожалению, измерения при помощи радиозондов оказываются весьма громоздкими и медленными: для слежения только за одним таким шаром и получения информации о параметрах атмосферы вдоль его траектории требуется несколько часов. Необходимо еще дополнительное время для обобщения информации, поступающей от многих радиозондов.

Метеорадиотелескопы.

Чтобы добиться наилучшего результата, для метеорологических прогнозов желательно знать параметры вдоль всей толщи исследуемой поверхности в течение очень короткого времени, порядка нескольких минут. Такие измерения осуществляются путём направленного дистанционного измерения и анализа радиотеплового излучения различных слоев атмосферы на разных длинах волн − примерно от 1 мм до 2 см.. Так как слои атмосферы, находящиеся на разных высотах, дают наиболее интенсивное радиотепловое излучение на разных длинах волн, анализ излучения позволяет сразу получить информацию о физических параметрах атмосферы на разных высотах, вдоль всей толщи атмосферы и над определенными участками.

Так называемые наземные метеорадиотелескопы, реализующие описанную выше методику, позволяют практически мгновенно дистанционно измерять распределение температуры и влажности атмосферы по высоте вдоль всей толщи атмосферы. В будущем метеорадиотелескопы несомненно найдут широкое применение в метеорологии.

Радиолокаторы.

В отличие от метеорадиотелескопов радиолокаторы, быстро обнаруживающие атмосферные осадки, облака , ураганы, области повышенных градиентов температуры и давления, грозовые разряды уже сейчас довольно широко применяются в метеорологии. Радиолокаторы позволяют оперативно следить за перемещениями облаков, гроз, ураганов, получая ценную информацию о структуре, форме, размерах и физических свойствах объектов.

Радиолокаторы разных типов, устанавливаемые на самолетах, кораблях, поездах, автомобилях позволяют частично решать многие проблемы.

Чтобы предотвращать столкновение со встречными транспортными средствами, сейчас начинают устанавливать радиолокаторы на поездах и автомобилях.

Для обеспечения безопасного вождения движущихся объектов по заданной траектории в сложных метеорологических условиях, иногда при полном отсутствии видимости, применяя активные радиофизические методы удалось создать для надежного и безопасного движения самолетов и судов сложные радионавигационные системы, использующие направленное излучение радиоволн, модулированных определенным образом, которое принимается − специальными радиоприемниками, устанавливаемыми на самолетах и кораблях. Такие системы позволяют осуществлять автоматическое управление полетом самолета или движением корабля без участия человека, особенно в сложных условиях. Они обеспечивают, например, автоматизированную посадку самолетов на палубу корабля, безопасное вождение и лоцманскую проводку судов в гаванях и фарватерах.

Радиолокаторы, устанавливаемые на самолетах (самолётные), позволяют автоматически предотвращать столкновения с внешними объектами. Они быстро обнаруживают различные препятствия (горы, скалы, мачты, маяки и т. д.), другие самолеты и их местоположение. Специальные радиолокаторы, называемые радиовысотомерами (радиоальтиметрами) применяют для определения высоты полета самолета над земной поверхностью. Посылая в направлении подстилающей поверхности зондирующую волну, они принимают отраженную от нее волну и, измеряя время, прошедшее от момента излучения зондирующей волны до момента приема отраженной волны, определяют высоту полета летательного аппарата. Радиовысотомеры имеют важное значение в авиации. Они позволяют непрерывно определять даже очень малые высоты, что делает возможным приземление самолетов ночью и в тумане при “слепой” посадке.

Радиолокаторы, установленные на судах, обнаруживают скалы, айсберги, острова, другие суда, автоматически определяют расстояние до них и обеспечивают безопасное вождение кораблей ночью, в тумане.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: