1.2. Обзор систем дистанционного зондирования

Дистанционные приборы обеспечивают измерение характеристик удаленных объектов, поэтому  они должны быть размещены на устойчивой платформе, удаленной от изучаемого объекта или наблюдаемой поверхности. Платформы для дистанционных приборов могут быть расположены на земле, на самолете, на космическом корабле или на спутнике вне пределов атмосферы Земли. Спутники имеют несколько уникальных характеристик, которые делают их особенно полезнымт для дистанционного зондирования поверхности Земли. В этом разделе мы сначала обсудим очень кратко некоторые важные характеристики спутников, а затем рассмотрим различные спутниковые приборы.

Дополнительно по этой теме:

Space Encyclopedia National Space Development Agency of Japan  -  http://spaceboy.nasda.go.jp/Db/Kensaku_html/Type1_e.html
Spacelink - Satellites   -  http://spacelink.nasa.gov/Instructional.Materials/Curriculum.Support/Space.Science/Satellites/.index.html NASA
NOAA Polar Orbiter Data User's GUIDE  -  http://perigee.ncdc.noaa.gov/docs/podug/index.htm
Coverage and Orbits -  http://www.mmm.ucar.edu/pm/satellite/coverage.html , National Center for Atmospheric Research


1.2.1. Основные характеристики спутников

Спутниковые орбиты (траектории, по которым двигаются спутники, когда они вращаются вокруг Земли) выбираются исходя из возможностей и назначения приборов, которые размещены на спутнике. Орбиты различаются по высоте над поверхностью Земли и по ориентации плоскости  вращения спутника относительно Земли. Двумя наиболее распространенными типами орбит являются геостационарные (geostationary) орбиты и полярные  (near-polar) орбиты.

Геостационарные орбиты  это круговые орбиты, которые ориентированы в плоскости экватора Земли на высоте 35,800 км. Когда спутник летит на такой высоте, его орбитальный период точно соответствует периоду вращению земли, поэтому спутник всегда располагается над одной и той же точкой Земной поверхности. Это позволяет обеспечить регулярные наблюдения выбранной территории в любое время суток и в любое время года. Высокое временное разрешение и постоянные углы зрения - очевидные преимущества геостационарных изображений. Однако геостационарный спутник располагается слишком далеко из Земли, чтобы одновременно получить высокое пространственное разрешение и обеспечить высокоточные количественные наблюдения. Кроме того приборы, установленные на таких спутниках  вообще не видят полюсы и обеспечивают хорошие условия наблюдения только в экваториальные области, при условии одновременного размещения на орбите 5-6 спутников. Геостационарные орбиты имеют обычно метерологические спутники и спутники связи.

Большинство спутников дистанционного зондирования в настоящее время летает по полярным орбитам. Это означает,  что спутник летит к северу на одной стороне Земли, пролетает вблизи полюса, а затем летит к югу на второй половине орбиты. Многие из таких спутниковых орбит являются также солнечно-синхронизированными  (sun-synchronous) так, что спутники пролетают над выбранным местом в одно и то же время. Это обеспечивает приблизительно одинаковые условия освещенности в одно и то же время года в течение последовательных лет.  Половина орбиты, на которой спутник летит в северном направлении, называется восходящей (ascending) орбитой, а другая половина называется  нисходящей (descending). Полярные орбиты существенно ниже чем геостационарные. Приборы размещаемые на полярноорбитальных носителях обеспечивают лучшее пространственное разрешение и позволяют получать высококачественные данные дистанционного зондирования. Все спутники, на которых установлены описанные ниже приборы, летают по полярным орбитам.



1.2.2. Прибор MSS (спутник Landsat)

Первый спутник LANDSAT (США) был запущен 23 июля 1972 г. Высота орбиты спутников  LANDSAT 1,2,3 составляла 920 км, спутниковLANDSAT 4,5 - 705 км. Одним из основных приборов спутников серии LANDSAT является прибор  MSS (Multi-Spectral Scanner). Основные технические характеристики этого прибора, размещенного на первых спутниках серии, приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2
Основные технические характеристики прибора MSS 
Спектральные диапазоны
I
0.5 - 0.6 мкм
II
0.6 - 0.7 мкм
III
0.7 - 0.8 мкм
IV
0.8 - 1.1 мкм
Ширина полосы обзора в надире 
185 км
Разрешение на местности в надире
80x80 м
Прибор MSS был одним из первых приборов, который позволил начать систематическое изучение поверхности Земли из космоса. В связи с этим уместно напомнить, что в начале 70-х было только две великие космические державы - США и СССР. Советскому Союзу удалось запустить первый искусственный спутник (1957) и осуществить первый в истории человечества полет космического корабля с человеком на борту (1961). Но США, уже в то время, начала несколько программ автоматического дистанционного зондирования с передачей получаемых данных на Землю. Из таких программ стоит упомянуть спутник  TIROS, который был запущен в 1960 г. для метеорологических наблюдений и спутник LANDSAT, запущенный в 1972 г с целью наблюдения поверхности Земли в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах с достаточно высоким пространственным разрешением. Первый спутник серии LANDSAT назывался ERTS-1 (Earth Resources Technology Satellite) и с этого спутника начался непрерывный ряд наблюдений поверхности Земли. В конце 1999 г. на орбите находились спутник Landsat-5, запущенный в 1984 г. и спутник  Landsat-7, запущенный 15 апреля 1999 г.

Упрощенная схема прибора MSS представлена на рис. 1.5 (http://edcwww.cr.usgs.gov/glis/graphics/guide/landsat/scan.gif).

Рис.1.5. Упрощенная схема прибора MSS 
Прибор MSS на спутнике Ldndsat 1,2,3 являлся классическим сканером и работал следующим образом. Излучение отраженное от поверхности Земли собиралось телескопической системой (не показанной на рисунке) и направлялось на сканирующее зеркало. Это зеркало поворачивалось вокруг некоторой оси с периодом 3.3 миллисекунды, обеспечивая сканирование местности в направлении перпендикулярном движению спутника с углом зрения равным  приблизительно  12о. Такой угол зрения при высоте спутника равной 920 км обеспечивал ширину полосы обзора равную 185 км. Отраженное от сканирующего зеркала излучение попадало на систему фильтров. Эта система обеспечивала разделение излучения на спектральные диапазоны. После этого излучение регистировалось с помощью системы детекторов. В приборе MSS было предусмотрено по 6 детекторов для каждого спектрального диапазона. Это позволяло одновременно принимать рассеяное излучение от 6 полос шириной около 80 м каждая, обеспечивая, тем самым, пространственное разрешение на местности 80*80 м. Система детектирования преобразовывала  принимаемое излучение в цифровой сигнал в диапазоне от 0 - 255. Этот диапазон определяет яркостное (радиометрическое) разрешение прибора. Зарегестрированные сигналы с помощью системы телеметрии передавались на Землю, где из них формировались изображения для каждой из спектральных полос. Каждое из таких изображений состояло приблизительно из 7,581,600 элементов (пикселей).

Пример обработки данных MSS приведен ниже.

Рис.1.6. Композитное изображение Аральского моря 
10 августа  - 22 сентября 1987, Landsat MSS диапазоны 4 2 1 
источник:
(Earthshots: Satellite Images of Environmental Change: Aral Sea

Дополнительно о спутниках Landsat:

Landsat Program  -  http://geo.arc.nasa.gov/sge/landsat/landsat.html
Landsat Thematic Mapper Data  -  http://edcwww.cr.usgs.gov/glis/hyper/guide/landsat_tm

[ К НАЧАЛУ ГЛАВЫ]                                       [К СЛЕДУЮЩЕЙ ЧАСТИ]