Организация наземного комплекса приема и обработки данных дистанционного зондирования земли

      Комментарии к записи Организация наземного комплекса приема и обработки данных дистанционного зондирования земли отключены

Организация наземного комплекса приема и обработки данных дистанционного зондирования земли

В. В. Бутин

Недавно, в частности в середине 19-го века, главный ареал обитания человека составлял круг радиусом 50 км. Кое-какие отчаянные смельчаки отваживались на продолжительные путешествия и тем самым заслуживали себе почетное и манящее звание «странник». За фактически два века человечество совершило огромный прыжок по завоеванию всего мирового пространства как ареала обитания благодаря чего, сейчас для совершения путешествия на другой край света достаточно израсходовать 10 часов в самолете.

Звание «странник» прекратило быть таким глубокоуважаемым и манящим. Но такое путешествие вряд ли возможно применять как масштабный источник информации об интересующем регионе. Человек видит в рамках круга радиусом 4–5 км, и дабы оценить обстановку в районе площадью 100?100 км ему потребуется несколько сутки.

На данный момент существует более стремительный и надежный метод взять интересующую данные, достаточно сесть перед компьютером и посмотреть на другую сторону планеты посредством снимков, сделанных космическим аппаратом (КА) дистанционного зондирования Почвы (ДЗЗ).

Новейшие технологии ДЗЗ разрешают осуществлять контроль, управление и анализ:

  • применением природных ресурсов;
  • ликвидацией и предупреждением ЧС;
  • хозяйственной деятельностью на любой территории в настоящем масштабе времени.

Главным элементом совокупностей ДЗЗ, разрешающих осуществлять контроль заданные районы в реальном времени, являются станции приёма данных дистанционного зондирования Почвы. В большинстве случаев такие станции являются неотъемлемым элементом обработки комплекса и наземного приёма данных (НКПОД).

Станции приема данных ДЗЗ предназначены для приема, хранения, передачи и обработки данных с борта КА.

В станцию входят :

  • антенная совокупность (приём сигналов с борта КА);
  • приемно-обрабатывающий тракт (трансформация и расшифровка принятого сигнала до требуемого уровня);
  • ПО (обработка данных до конечного информационного продукта);
  • соответствующие лицензии на прием с конкретного КА.

Схема работы обработки и наземного комплекса данных представлена на рис. 1.

Рис. 1. Функциональная схема работы обработки и наземного комплекса приёма данных

НКПОД в собственном составе имеет станцию приёма данных ДЗЗ и штат операторов комплекса. Главное назначение станции приёма данных ДЗЗ содержится в приёме сигнала, излучаемого КА с заданными чертями. Характеристики принимаемого сигнала определяются КА ДЗЗ, следовательно, выбор станции осуществляется по окончании выбора спутника.

На данный момент преобладает модульная совокупность комплектования станции, что разрешает с минимальными затратами проводить модернизацию станции в зависимости от требований спутника. Это особенно актуально, поскольку срок работы КА ДЗЗ в среднем образовывает 5 лет, а срок работы наземной станции –15 лет.

Помимо этого, громадна возможность, что КА не израсходует собственный ресурс. Существуют, конечно же, КА, трудящиеся более запланированного ресурса (Landsat-5: 27 лет при плановом сроке существования 2 года), но это скорее исключение из правил.

Задачу выбора антенны для приёма спутниковых сигналов возможно представить как многокритериальную оптимизационную задачу, в которой имеется комплект требований к антенне, определяемых КА ДЗЗ, и множество черт антенных совокупностей различных производителей. Ответ задачи находится на пересечении этих двух множеств. В большинстве случаев существует пара антенных совокупностей, удовлетворяющих заявленным требованиям.

Чтобы принять самоё рациональное ответ, предлагается ознакомиться с некоторыми рекомендациями по выбору зеркальной антенны для приёма данных с КА. Разглядим самые важные детально. Рабочий диапазон частот определяется выбором спутника (-ов) дистанционного зондирования Почвы.

Рабочий диапазон частот антенны обязан пара перекрывать частоту сигнала, показываемого со спутника, поскольку из-за искажения и доплеровского эффекта по автостраде распространения электромагнитных волн частота принимаемого сигнала на поверхности планеты пара отличается от частоты переданного спутником сигнала. В случае если предполагается трудиться с несколькими космическими аппаратами, то нужно перекрывать все частоты спутников. Частота передающего сигнала со спутника дешева на сайте производителя КА.

Выбор рабочего диапазона частот антенны кроме этого определяет материал главного зеркала. Бывают сетчатые (рис. 2) и целые (рис.

3) зеркала антенны. Сетчатые зеркала применяют в громадных диаметрах от пяти метров, поскольку они способны выдерживать большие ветровые нагрузки, имеют более низкие массогабаритные характеристики (что снижает требования к опорно-поворотному устройству) по сравнению со целыми зеркалами и менее подвержены скоплению осадков . Но при выборе сетчатой антенны нужно учитывать, что размер ячейки должен быть меньше, чем протяженность волны принимаемого сигнала, а само зеркало является набором прямоугольных пластин, что снижает эффективность приёма.

Рис. 2. Сетчатая зеркальная антенна

Рис. 3. Целая зеркальная антенна

Целые зеркала делают цельными либо составными. Составные антенны начинают делать от 5 метров, поскольку такие антенны не легко транспортировать цельными, и нужна довольно высокая точность изготовления кривизны. Целые зеркала делают из металла, алюминия и пластика с железным покрытием.

Железные зеркала прочные, но подвержены коррозии и тяжёлые; пластиковые деформируются от осадков и температуры; алюминиевые зеркала легкие, не ржавеют, но мягкие и легко деформируемы.

В случае если грубо сравнить два зеркала – сетчатое и целое, то выбор, конкретно будет в пользу целого. Так как неприятности ветровых осадков и нагрузок решаются радиопрозрачным куполом, нет ограничений по выбору длин волн принимаемых сигналов.

Нужно подчернуть, что на радиопрозрачном куполе, закрывающем 3,5 метровую зеркальную антенну, кроме этого планируют осадки в виде льда и снега на полюсе купола, что мешает проникновению электромагнитного излучения под купол и может приводить к срыву сеанса связи с КА. В то время, когда мы говорим о выборе рабочего диапазона частот антенной совокупности, речь заходит о выборе облучателя, что размещается в фокусе зеркала, в частности о его способности преобразовать падающие на зеркало антенны электромагнитные волны в электрические сигналы.

Тут направляться обратить особенное внимание на вид поляризации сигнала, излучаемого КА. Самый распространены два вида, это правая и левая круговые поляризации. В случае если предполагается принимать сигналы с двумя видами поляризации, то нужно заблаговременно спросить у производителя с какой поляризацией трудится антенный комплекс.

Одним из самых серьёзных параметров антенны есть диаметр зеркала. Данный параметр определяется уровнем мощности принимаемого со спутника сигнала и требуемой скоростью приёма данных. На данный момент развитие космических аппаратов ДЗЗ идёт по пути большого уменьшения массогабаритных черт, что разрешает экономить на расходах по выводу космических аппаратов на орбиту.

Тенденция массогабаритных черт КА ДЗЗ отражена на рис. 4. Такая тенденция прямо пропорционально отражается на мощности излучаемого сигнала. Чем меньше мощность сигнала, излучаемого спутником, тем больше должен быть диаметр зеркала приёмной антенны, но чем больше диаметр антенны, тем уже диаграмма направленности, что, со своей стороны, требует высокой точности наведения антенны на КА.

Рис. 4. Тенденция массогабаритных черт КА ДЗЗ

К примеру, КА ДЗЗ RapidEye излучает сигнал мощностью 10,6 дБВт, что требует 5-метрового диаметра зеркала антенны. При работе с несколькими КА диаметр антенны определяется по нехорошим чертям. Но чем больше диаметр зеркальной антенны, тем сложнее создавать нужную точность поверхности параболоида вращения, что прямо пропорционально отражается в шумовой температуре.

Кроме этого нужно учитывать предполагаемый срок работы антенны если он образовывает около 15 лет и более, что в несколько раз превышает срок работы КА, то стоит задуматься о запасе действенной площади антенны, в противном случае нужно будет проводить дорогостоящую модернизацию обработки комплекса и наземного приёма данных.

Тип опорно-поворотного устройства определяется массой зеркала антенны, числом степеней свободы (осей вращения) и требуемой точностью наведения на КА и его сопровождения.

Опорно-поворотное устройство (ОПУ) предназначено для нацеливания главного лепестка диаграммы направленности антенны на спутник в реальном времени. Это разрешает приобретать максимум излучаемой мощности. В большинстве случаев это двухплоскостное ОПУ.

Одним из фаворитов в производстве ОПУ есть компания Zodiak (Франция) с гексапоидным пьедесталом (рис. 5).

Рис. 5. Вид гексапоидного пьедестала зеркальной антенны

Выбор места установки антенны связан с чистой видимостью небосвода во всех направлениях от угла места 2 градуса, не смотря на то, что производители КА ДЗЗ гарантируют уверенный приём от 5 градусов. Исходя из этого, в случае если нет возможности установить антенну с видимостью от 2 градусов по углу места, то вероятно снизить данный параметр до 5 градусов.

При ответе задачи выбора совершенной антенной совокупности (при соответствующих ограничениях) возможно выделить следующее:

  • целая антенна лучше, чем сетчатая;
  • железное зеркало с хорошим антикоррозийным покрытием лучше, чем алюминиевое;
  • чем больше, диаметр антенны, тем лучше, в случае если сохраняется точность кривизны поверхности и удовлетворяются точности по сопровождению КА;
  • должно быть радиопрозрачное укрытие;
  • максимально стремительное ОПУ;
  • предельное число степеней свободы ОПУ;
  • установку антенны необходимо создавать в месте, где просматривается целый небосвод от угла места 2 градуса.

Приёмно-обрабатывающий тракт является системой , предназначенную для выделения трансформации и полезного сигнала его в вид достаточный для предстоящей обработки программно.

По большей части это понижение частоты, декодирование и демодуляция принятого сигнала. Любой производитель КА ДЗЗ использует кодировки и свои методы модуляции нужного, что обусловливает расширение состава аппаратуры приёмного тракта для обеспечения работы с несколькими КА ДЗЗ.

Зарубежные демодуляторы выстроены по принципу «всё в одном блоке», в отечественной практике чаще видится отдельное устройство для каждого КА. На данный момент главным направлением развития считается мысль большой унификации, минимизации и стандартизации приёмно-обрабатывающего тракта.

Использование различных способов кодировки сигнала определяется коммерческими целями производителя КА, в частности продажей годовых лицензий на право получения данных с борта КА и их расшифровку. Но существуют и бесплатные КА, для работы с которыми не нужно приобретение лицензии.

Так, нет необходимости тревожиться об применении приёмно-обрабатывающего тракта для перспективных КА, поскольку модульный принцип организации разрешает проводить широкую модернизацию станции в зависимости от задач.

Выбор ПО обусловлен требованиями, предъявляемыми к конечному информационному продукту. В стандартную комплектацию станции входит пакет ПО, разрешающий проводить обработку взятых данных до низких уровней. Самый распространённая градация уровней предварительной обработки данных:

  • 0 — необработанные (первичные) эти съёмочного прибора;
  • 1A — эти, прошедшие калибровку и радиометрическую коррекцию;
  • 1B — радиометрически скорректированные и географически привязанные эти;
  • 2A — радиометрически и геометрически скорректированные эти, представленные в картографической проекции.

Более большие уровни обработки, для получения которых употребляется дополнительная информация (опорные точки, модели рельефа для ортокоррекции и др.), относят к последующей тематической обработке.

Станции ДЗЗ разрешают:

  • оперативно поставлять и обрабатывать эти с борта КА в реальном времени (около часа с момента начала сеанса связи);
  • создавать съёмку неограниченного количества площадей (определяется загруженностью КА);
  • трудиться с несколькими светло синий;
  • обновлять архив;
  • модернизировать аппаратуру в зависимости от изменяющихся требований;
  • прогнозировать развитие замечаемого региона и т. д.

Создание собственного центра приёма данных дистанционного зондирования Почвы – это первый ход к комплексной оценке эффективности хозяйственной деятельности, своевременному реагированию при происхождении ЧС и прогнозированию развития замечаемой территории на базе геоинформационных совокупностей. Захватив всё мировое пространство, как ареал обитания, человек всё ещё ограничен рамками планеты Земля.

Постоянно потребности и стремительное наращивание хозяйственной деятельности требуют от человека действенного и инфраструктуры и бережного использования экосистемы. Подобное управление нереально без комплексного мониторинга вверенных грамотного и ресурсов распределения нагрузки на экосистему. Создание обработки и наземного комплекса приёма данных дистанционного зондирования Почвы есть одним из самые эффективных способов своевременного контроля над применением природных ресурсов, предотвращения и инфраструктуры ЧС.

Организация потоковой обработки данных ДЗЗ в интересах картографирования территорий.


Подобранные по важим запросам, статьи по теме: