Дистанционное зондирование земли: данные, системы, методы

      Комментарии к записи Дистанционное зондирование земли: данные, системы, методы отключены

Преимущества дистанционного зондирования

Дистанционным зондированием именуют получение информации об объектах без вхождения с ними в физический контакт. Но это определение есть через чур широким.

Исходя из этого введем кое-какие ограничения, разрешающие конкретизировать особенности понятия «дистанционное зондирование», и в частности, ответственного для обеспечения безопасности авиации понятия дистанционного зондирования воздуха. Во-первых, предполагают, что данные приобретают посредством технических средств.

Во-вторых, речь заходит об объектах, находящихся на больших расстояниях от технических средств, что принципиально отличает ДЗ от вторых научно-технических направлений, таких как неразрушающий контроль изделий и материалов, медицинская диагностика и т. п. Добавим, что ДЗ применяет косвенные способы измерения.

Дистанционное зондирование включает земной поверхности и исследования атмосферы, сейчас развились и подповерхностные способы ДЗ. Использование средств и методов дистанционного неконтактного получения информации о параметрах и состоянии тропосферы содействует безопасности авиации.

Главные преимущества ДЗ — это высокая скорость получения информации о громадных количествах воздуха (либо о громадных площадях земной поверхности), и возможность получения информации об объектах, фактически недоступных для изучения вторыми методами. С классическими метеорологическими измерениями в верхней воздухе, делаемыми посредством шаров-зондов, обширно и систематически используются сложные способы ДЗ.

Дистанционное зондирование много стоит, в особенности космическое. Не обращая внимания на это, сравнительный анализ затрат и приобретаемых результатов обосновывает высокую экономическую эффективность зондирования. Помимо этого, применение данных зондирования, например, метеорологических спутников, наземных и бортовых радиолокационных средств, сохранило тысячи людских судеб за счет предупреждения стихийных избежания и бедствий страшных метеорологических явлений.

Исходя из этого научно-исследовательская. экспериментальная, конструкторская и своевременная деятельность в области ДЗ, которая интенсивно начинается в ведущих государствах мира, есть всецело оправданной.

применение и Объекты дистанционного зондирования

Главными объектами ДЗ являются:

  • климат и погода (осадки, облака, ветер, турбулентность, излучения);

  • элементы внешней среды (аэрозоли, газы, электричество воздуха, перенос, т. е. перераспределение в воздухе той либо другой субстанции);

  • океаны и моря (морское беспокойство, течения, количество воды, лед);

  • земная поверхность (растительность, геологические изучения, изучения ресурсов, высото-метрия).

Информация, приобретаемая средствами ДЗ, нужна для многих отраслей науки, экономики и техники. Количество потенциальных потребителей данной информации всегда растёт.

Для обеспечения безопасности полетов ДЗ употребляется:

  • метеорологией, физикой и климатологией воздуха (своевременные эти для прогноза погоды, определения профиля температуры, содержания и давления пара в воздухе, измерения скорости ветра и т. п.);

  • спутниковой навигацией, связью, в радионавигации и радиолокационных наблюдениях (эти области требуют информации об условиях распространения радиоволн, каковые оперативно получаются средствами ДЗ);

  • авиацией, к примеру, прогноз метеоусловий в аэропортах и на авиатрассах, своевременное обнаружение страшных метеорологических явлений, таких как град, гроза, турбулентность, сдвиг ветра, обледенение и микровзрыв.

Дистанционное зондирование земли: данные, системы, методы

Помимо этого, серьёзными являются такие области, в которых летательные аппараты употребляются в качестве носителей средств ДЗ:

  • гидрология, включая управление и оценку водными ресурсами, прогнозирование таяния снегов, предупреждения о паводках;

  • аграрные области (управление и прогноз погодой, контроль типа, состояния и распространения растительного покрова, построение карт типов грунтов, определение влажности, предупреждение градобитий, прогноз урожая);

  • экология (контроль земной поверхности и загрязнения атмосферы);

  • океанография (к примеру, измерение температуры морской поверхности, изучения океанических спектров и течений морского беспокойства);

  • гляциология (к примеру, движения и отображение распространения ледовых морского льда и щитов, определения возможности морского судоходства в ледовых условиях);

  • геология, геодезия и геоморфология (к примеру, идентификация типа горных пород, локализация геологических аномалий и дефектов, измерение

  • параметров Почвы и наблюдение тектонического перемещения);

  • картография и топография (в частности, получение правильных информации о привязке и высоте их к данной совокупности координат, внесение изменений и производство карт в них);

  • контроль стихийных бедствий (а также контроль количества паводков, предупреждение о песчаных и пылевых бурях, лавинах, оползнях, определение маршрутов лавин и т. п.);

  • планирование в других технических приложениях (к примеру, контроль изменений и инвентаризация землепользования, оценка земельных ресурсов, наблюдение за перемещением транспорта);

  • армейские применения (контроль передвижения техники и воинских формирований, оценка местности).

Совокупности и способы дистанционного зондирования

Классификация совокупностей ДЗ основывается на привычных для экспертов по радиолокации отличиях между активными и пассивными совокупностями. Активные совокупности облучают исследуемую среду электромагнитным излучением (ЭМИ), которое снабжает совокупность ДЗ, т. е. в этом случае средство ДЗ генерирует электромагнитную энергию и излучает ее в направлении исследуемого объекта. Пассивные совокупности принимают ЭМИ от исследуемого объекта естественным образом.

Это возможно, как собственное ЭМИ, появляющееся в самом объекте зондирования, к примеру, тепловое излучение, так и рассеянное ЭМИ какого-либо естественного внешнего источника, к примеру, солнечного излучения. Преимущества и недочёты каждого из двух указанных типов совокупностей ДЗ (активные и пассивные) определяются рядом факторов.

К примеру, пассивная совокупность фактически неприменима в тех случаях, в то время, когда отсутствует достаточно интенсивное собственное излучение исследуемых объектов в заданном диапазоне длин волн. Иначе, активная совокупность делается технически невыполнимой, в случае если излучаемая мощность, нужная для получения достаточного отраженного сигнала, оказывается через чур большой.

Во многих случаях для получения нужной информацим нужно знать правильные параметры излучаемого сигнала, дабы обеспечить какие-то особые возможности анализа, к примеру, измерение доплеровского сдвига частоты отраженного сигнала для оценки перемещения цели по отношению датчика (приемника) либо трансформации поляризации отраженного сигнала довольно зондирующего сигнала. Как и каждые информационно-измерительные совокупности, каковые применяют ЭМИ, совокупности ДЗ различаются по диапазонам частот электромагнитных колебаний, к примеру, ультрафиолетовые, видимого света, инфракрасные, миллиметровые, сантиметровые, дециметровые.

Разглядим ДЗ атмосферы, например, тропосферы — той части земной атмосферы, которая конкретно прилегает к поверхности Почвы. Тропосфера простирается до высот 10-15 км, а в тропических широтах — до 18 км. Применение ДЗ с целью метеорологического обеспечения безопасности полетов требует внимания к совокупностям, каковые разглядывают воздух как трехмерный, объемно распределенный объект, и разрешают приобретать профили воздуха в различных направлениях зондирования.

Объектами зондирования, либо целями, смогут быть флюктуации, каковые конечно происходят в воздухе, и фиксированные объекты на определенном расстоянии от средства ДЗ. Принципиально важно осознать сущность различных видов сотрудничества между ЭМИ и воздухом. Различные виды для того чтобы сотрудничества — это эргономичный метод классификации способов ДЗ.

Они основываются на затухании, излучении и рассеянии электромагнитных колебаний объектами зондирования. Схемы главных процессов сотрудничества электромагнитных колебаний с атмосферными неоднородностями применительно к задачам ДЗ.

В первом случае излучение от заданного известного источника (передатчика) поступает на вход приемника по окончании того, как оно прошло через исследуемый объект. Оценивается величина ослабления излучения на автостраде распространения от передатчика к приемнику, наряду с этим предполагается, что величина утрат электромагнитной энергии при прохождении через объект связана со особенностями этого объекта.

Обстоятельством утрат возможно поглощение либо рассеяния и комбинация поглощения, что лежит в базе получения информации об объекте. Большое количество способов ДЗ по сути основаны на таком подходе.

Во втором случае, в то время, когда источник сам есть источником излучения, в большинстве случаев появляется задача измерения инфракрасной либо/и микроволновой эмиссии, что употребляется чтобы получить информацию о тепловой структуре воздуха и других ее особенностях. Помимо этого, таковой подход характерен для изучения молниевого разряда на базе его собственного радиоизлучения и для обнаружения грозы на громадных расстояниях.

Третий случай пребывает в применении рассеяния электромагнитных колебаний атмосферным образованием чтобы получить информацию о нем. На свойстве рассеяния основаны разные методы ДЗ. Один из них характеризуется тем, что исследуемая среда освещается каким-то источником некогерентного излучения, к примеру, солнечным светом либо инфракрасным излучением, которое исходит от поверхности Почвы, а датчик средства ДЗ принимает рассеянное объектом излучение.

Второй — тем, что объект облучается особым неестественным (когерентным либо некогерентным) источником, к примеру, лазером либо источником с длиной волны от дециметров до миллиметров (как при радиолокатора). Это излучение рассеивается объектом, обнаруживается приемником и употребляется для извлечения информации о рассеивающем объекте.

Увидим, что первый из рассмотренных случаев соответствует активной совокупности зондирования, второй — пассивной, а третий реализуется как в пассивном, так и в активном вариантах.

Активная совокупность ДЗ возможно моно-статической, в то время, когда приёмник и передатчик средства ДЗ размещаются на одной позиции, бистатической, либо кроме того мульти-статической, в то время, когда совокупность складывается из одного либо нескольких передатчиков и нескольких приемников, расположенных в различных позициях.

Классификация не хватит полной, если не указать главные технические средства ДЗ: радиолокаторы, радиометры, другие устройства и лидеры либо совокупности, применяемые в качестве датчиков ДЗ.

Изучение воздуха посредством ДЗ включает применения устройств, устанавливаемых на неестественных орбитальных станциях и спутниках Земли, самолетах, ракетах, воздушных шарах, и средствами, размещенными на земле. Значительно чаще носителями средств ДЗ являются спутники, платформы и самолёты наземного базирования.

Обратные задачи

Задачи ДЗ — это обратные задачи, т. е. такие, при ответе которых вынуждены идти от результата к обстоятельству. К ним относятся все интерпретации и задачи обработки данных наблюдений. Теория обратных задач — независимая математическая дисциплина, а ДЗ атмосферы — только одно из научно-технических направлений, для которых теория обратных задач есть ответственной.

В прикладном нюансе нужно прекрасно осознавать, как ЭМИ взаимодействует с исследуемыми атмосферными объектами, формируя сигналы, каковые употребляются чтобы получить информацию об воздухе. В совершенном случае между измеренным параметром сигнала и оцениваемой чёртом воздуха существует взаимно однозначное соответствие. Но в настоящих обстановках постоянно возникают характерные для обратных задач неприятности.

Разглядим несложной пример, что относится к пассивному зондированию воздуха. Предположим, что поглощающий газ в воздухе характеризуется собственным излучением, зависящим от температуры газа. Это излучение воспринимается датчиком, расположенным на спутнике. Предположим кроме этого, что существует связь между температурой волны и длиной излучения, а температура зависит от высоты слоя атмосферы.

Тогда знание связи между интенсивностью излучения, температурой волны и длиной излучения газа дает метод оценки температуры атмосферного газа как функции длины волны и, следовательно, высоты. В действительности обстановка куда сложнее если сравнивать с обрисованным совершенным случаем.

Излучение на заданной длине волны не исходит из одного слоя на соответствующей высоте, а распределено по толще воздуха, исходя из этого нет взаимно однозначного соответствия между высотой и длиной волны, как это предполагалось для совершенного случая, что приводит к размытости данной связи. Данный пример есть обычным для многих обратных задач, где границы интегрирования зависят от изюминок конкретной задачи. Это уравнение известно, как интегральное уравнение Фредгольма первого рода.

Оно характеризуется тем, что границы интеграла фиксированные, появляется лишь в подынтегральном выражении. Функция именуется ядром либо функцией ядра уравнения.

Различные задачи ДЗ сводятся к уравнению либо к подобным уравнениям. Для решения таких задач нужно выполнить обратное преобразование, дабы по итогам измерений g. взять распределение. Такие обратные задачи именуются некорректными, либо некорректно поставленными задачами.

Их ответ ассоциировано с преодолением трех следующих трудностей. В принципе ответ некорректной задачи может оказаться математически несуществующим, неоднозначным либо неустойчивым. Отсутствие ответа

С позиций ДЗ, страшные метеорологические явления (ОМЯ) возможно разглядывать как объемно распределенные объекты, каковые занимают определенные пространственные территории в облачности либо в безоблачной воздухе (ясном небе). Физические показатели внешнего проявления ОМЯ, в большинстве случаев, описываются параметрами, характеризующими интенсивность ОМЯ и каковые в принципе возможно измерять, к примеру, параметры скорости ветра, напряженности электрического и магнитного полей, интенсивность осадков. Физические параметры ОМЯ рассмотрены.

Районы воздуха, в которых параметры, характеризующие интенсивность ОМЯ, превышают некий заданный уровень, именуются территориями ОМЯ. Процесс обнаружения ОМЯ и отнесение их территорий к определенным пространственным координатам в заданное время на основании результатов ДЗ именуется локализацией территорий ОМЯ.

Так, в ходе локализации средствами микроволнового ДЗ воздухи выявляют территории ОМЯ и определяют их расположение в заданной совокупности координат. Во многих случаях возможно оценить кроме этого степень интенсивности ОМЯ.

Локализация страшных для полетов территорий бортовыми радиолокационными средствами — это определение местоположения и оперативное обнаружение посредством метео-навигационных радиолокаторов (МНРЛС) и других боровых устройств, каковые смогут быть сопряжены с МНРЛС.

Дистанционное зондирование Земли

Похожие статьи, которые вам, наверника будут интересны: