Радиолокационные системы дистанционного зондирования

Введение

Актуальность работы. Первые упоминания о возможности использования радиоволн для обнаружения различных объектов относятся к концу 90-х годов XIX столетия. Однако серьезные исследования в данной области, направленные на создание практических радиолокационных устройств, начались существенно позже — в конце 20-х — начале 30-х годов XX столетия. Радиолокация с момента своего возникновения, в первую очередь, была нацелена на решение военных задач — обнаружение объектов противника (целей), измерение их координат и параметров движения для последующего своевременного уничтожения данных объектов. Системы радиолокации являются незаменимыми помощниками человека при наблюдении им окружающей его воздушной, наземной или морской обстановок в условиях, когда отсутствует оптическая видимость, — в условиях сильной облачности, тумана, задымленности, в ночное время суток. Спектр использования систем радиолокации в повседневной деятельности человека достаточно широк. Это и медицина, и транспорт, и сельское хозяйство, и военное дело. Сфера применения радиолокации этими областями не ограничивается. Возможности ее использования достаточно широки.
Объект исследования: радиолокационные системы дистанционного зондирования
Предмет исследования: геоинформационные системы.
Цель работы: рассмотреть радиолокационные системы дистанционного зондирования.
Для осуществления поставленной цели необходимо решить задачи:
- рассмотреть авиационные съемочные системы;
- привести космические съемочные системы;
- описать наземные системы дистанционного зондирования.
1. Авиационные съемочные системы
Несмотря на довольно долгую историю экспериментальных разработок и изготовление цифровых оптико-электронных приборов, главными методами в аэросъемках остаются традиционные фотографические. Главными причинами такого положения являются отлаженность традиционных процедур производства выходной продукции и дороговизна единичных экземпляров авиационной цифровой съемочной аппаратуры.
В настоящее время в качестве авиационных съемочных систем применяются: традиционные аэрофотоаппараты; воздушные лазерные сканеры; цифровые аэрофотоаппараты; аэросъемочные комплексы гиперспектральной съемки. Отечественные аэрофотоаппараты (АФА) с фокусными расстояниями: 350, 200, 140, 100, 70 миллиметров - это надежные и простые устройства, дающие хорошие результаты при выполнении аэрофотосъемки. Основным недостатком АФА является малый формат кадра 18х18 см, что приводит при одинаковых параметрах съемки к увеличению съемочного времени и количества отснятых кадров.
Полученные в полете снимки после проявки сканируются на высокоточных фотограмметрических сканерах с разрешением, как правило, не хуже 15 мкм. Учитывая размеры негатива 23×23 см (или 18×18 см), в результате получаются цифровые изображения размером ~15000×15000 пикселей, или более 200 мегапикселей. К сожалению, в настоящее время промышленность не производит светочувствительные матрицы на приборах с зарядовой связью (ПЗС) таких размеров. Это приводит к появлению специальных приемов при производстве цифровых аэрофотокамер.
В зависимости от формата различают: цифровые камеры среднего формата, цифровые камеры на ПЗС линейках, цифровые камеры «большого» формата на ПЗС матрицах [14]. Простейшим выходом из технологического ограничения на размер светочувствительной матрицы при производстве цифровой аэрофотокамеры является производство камер с максимально возможными по числу элементов матрицами на базе существующих решений

. Таким путем пошла фирма Applanix с камерой DSS (Digital Sensor System). Эта камера имеет ПЗС матрицу размером 4092 x 4077 пикселей и оснащена 80 гигабайтным диском для хранения снимков (плюс 2 сменных 80 гигабайтных диска). Близкой по характеристикам является камера DiMAC (Digital Modular Aerial Camera) с матрицей 5440 x 4080 пикселей. Эти камеры основаны на известных и хорошо проверенных технологиях фирм KODAK, ROLLEI, PHASE ONE, Applanix и других, снабжаются при поставке системами планирования полетом, системами позиционирования POS/AV. Эти камеры позиционируются производителями как устройства для съемок линейных и небольших по размерам площадных объектов.
Интересным способом получения цифровых изображений большого размера является использование светочувствительной линейки, а не матрицы. Этот способ широко используется при съемке из космоса. Фирма Leica применила этот способ в цифровой камере ADS40.
За объективом камеры ADS40 расположены 7 ПЗС линеек - 3 панхроматические, направленные вперед, назад и в надир, и 4 линейки, снимающие в красном, синем, зеленом и ближнем инфракрасном диапазонах. Линейки имеют размер 12000 пикселей. В отличие от матричных камер, в ADS40, изображение получается за счет сканирования (движения) над местностью. Получаемые сканирующей системой изображения геометрически существенно отличаются как от кадровых систем, так и от космических сканерных систем. Значительные механические возмущения движения носителя, вибрация приводят к необходимости геометрической коррекции изображения перед фотограмметрической обработкой. Отметим, что близкие подходы использованы в цифровых камерах ЦТК-140 и ЦМК-70, разработанных АНО «Космос-НТ» и ИКИ РАН. При использовании цифровых снимков в ЦФС отсутствует необходимость в процедуре опознавания координатных меток и проведении внутреннего ориентирования, т.к. цифровые аэрофотоснимки уже фактически содержат в себе параметры внутреннего ориентирования.
2 Космические съемочные системы
Космические методы дистанционного зондирования земной поверхности в видимой и ближней инфракрасной зонах электромагнитного спектра уже прочно вошли в технологическую цепочку получения оперативной пространственной информации для создания и обновления карт мелких масштабов и контроля состояния окружающей среды.
Сделаем краткий экскурс в ближайшую историю космических съемочных систем.
Спутник IKONOS запущен 24 сентября 1999 года на синхронно-солнечную орбиту с периодом обращения 98 минут на высоту приблизительно 680 километров. Время прохождения одной и той же территории 10:30 ежедневно. Спутник IKONOS может обеспечивать съемку заданной местности с периодом в 3 дня.
Спутник QuickBird-2 предназначается для съемки поверхности Земли с разрешением 60 см в черно-белом режиме и 2,5 м в мультиспектральном режиме, что уже сравнимо с характеристиками снимков цифровых аэросъемочных комплексов. Для обработки как одиночных снимков, так и стереопар используется модель рациональных полиномиальных коэффициентов (Rational polynomial coefficients - RPC). Точность обработки одиночных снимков системой Photomod до 0.6м (СКО), система ENVI - до 1 м (СКО). Монитор-Э был создан Российским Космическим Агентством Роскосмос, на основе малых спутников, разработанных Государственным исследовательским центром имени Хруничева