Д. Б. Никольский

Оперативность получения актуальной пространственной информации о земной поверхности есть одним из наиболее значимых требований, предъявляемых к современным данным дистанционного зондирования Почвы (ДЗЗ) наровне с высоким пространственным разрешением, и геометрической точностью. Как раз оперативность есть одним из главных преимуществ радиолокационных совокупностей ДЗЗ. Кроме этого направляться подчернуть, что радиолокационные эти являются источником неповторимой информации о подстилающей поверхности – они разрешают определять мельчайшие вертикальные смещения (впредь до нескольких мм), что есть альтернативой дорогостоящих и трудозатратных наземных измерений.

К современным тенденциям возможно отнести следующие главные направления:

• Применение в разных отраслях как пространственную базу для ответа широкого круга задач, среди них и комбинирование с данными оптического диапазона.
• Получение данных в настоящем времени, с задержкой практически пара часов.
• Создание точных цифровых моделей местности (тандемные миссии).
• Определение подвижек и просадок земной поверхности с высокой точностью.
• Применение поляриметрических данных.
• Применение новых подходов и новых диапазонов в обработке данных.

На данный момент идет весьма активное развитие общемировой группировки коммерческих радиолокационных совокупностей, еще 3 года назад на орбите пребывало лишь 3 спутника среднего разрешения, трудящихся в радиодиапазоне, на данный момент же дешёвы эти с 8 радиолокационных спутников, причем пространственное разрешение изображений достигает 1 м.

Перспективные радиолокационные спутники.

Разглядывая современные тенденции в радиолокационном дистанционном зондировании земной поверхности нельзя не отметить активное развитие как раз спутникового сегмента, а не только развитие разработок обработки данных. Круг задач решаемых по радиолокационным данным всегда расширяется, что требует применение данных с новыми параметрами. В таблице 1 представлена обобщенная информация по перспективным радиолокационным совокупностям, но последовательность совокупностей мы разглядим более детально, поскольку они являются в собственном роде неповторимыми и в будущем разрешат приобретать эти для ответа целого класса новых задач.

Таблица 1. Перспективные радиолокационные спутники

ПР – большое пространственное разрешение, которое дает совокупность

ПС – полоса съемки, соответствующего режима

ПЛ – возможность поляриметрической съемки (- нет, + имеется, н/д — нет данных)

TanDEM-X

Спутник на данный момент-X (TerraSAR-X Add-on for Digital Elevation Measurement – дополнение к спутнику TerraSAR-X для измерения высот поверхности) есть одним из самых ожидаемых космических радиолокационных аппаратов на данный момент, поскольку в следствии совместной миссии TerraSAR-X – TanDEM-X будет взята глобальная точная цифровая модель местности (ЦММ) не имеющая аналогов, и будет возможность приобретать эти для построения ЦММ на конкретные регионы, независимо от метеоусловий.

TerraSAR-X и TanDEM-X – это первый бистатический космический интерферометр (поверхность облучается сенсором одного спутника, а регистрируется датчиками двух спутников (рис. 1), он создается с целью достижения следующих целей:

• Главная цель миссии: создание глобальной цифровой модели рельефа (90% поверхности) стандарта HRTI-3 и региональных ЦММ более высокой точности стандарта HRTI-4 (табл. 2).

• Дополнительные цели: поляриметрическая интерферометрия, достижение суперразрешения, отработка разных бистатических режимов, интерферометрия при применении мультипространственной базисной линии (Multi Baseline InSAR), интерферометрия на протяжении орбиты (Along-Track Interferometry), получение данных при применении 4-х фазовых центров (по сути разделение антенны на две для двух спутников) и т. д.

Рис. 1. Совокупность TerraSAR-X и TanDEM-X а) Иллюстрация бистатического режима: красная стрелка – облучение поверхности, светло синий – регистрация отраженных сигналов б) Орбита двух спутников будет воображать собой необычную спираль (справа), что обеспечит получение интерферометрических данных при разных базисных линиях. Такая концепция стала называться HELIX в) Трехмерное представление орбит по временной шкале

Запуск TanDEM-X запланирован на сентябрь 2009 года, по окончании чего около 3-х месяцев будет проводиться тестирование совокупностей аппарата и, начиная с 2010 года, начнется плановая съемка земной поверхности, которая должна быть закончена в 2012 году. Съемка будет выполняться в пара этапов:

1 этап: 2010 год. Получение полного покрытия поверхности с маленькой перпендикулярной базисной линией (около 300 м), маленькая базисная линия дает меньшую точность, но обработка данных упрощается.

2 этап: 2011 год. Получение полного покрытия поверхности с большей перпендикулярной базисной линией (около 500 м), получение данных четко соответствующих стандарту HRTI-3, при обработке будут употребляться результаты, полученные на прошлом этапе.

3 этап: 2012 год. Съемка сложных (в отношении рельефа) регионов (территории переналожений и теней) под «вторым ракурсом», и съемка с громадными базисными линиями для получения региональных ЦММ более высокой точности.

В таблице 2 приведены точностные характеристики ЦММ, разных стандартов (DTED – Digital Terrain Elevation Data – ЦММ или ЦМР среднего пространственного разрешения;  HRTI – High Resolution Terrain Information – ЦММ или ЦМР большого пространственного разрешения).

Таблица 2.  Стандартные уровни цифровых моделей местности

* — определяется как 90% линейная неточность в глобальном масштабе

** — определяется как 90% линейная неточность по точкам для участка 1°?1°

*** — в зависимости от рельефа местности

Совокупность двух спутников TerraSAR-X и TanDEM-X за три года обязана обеспечить многократную съемку земной поверхности, по итогам которой будет создана глобальная цифровая модель местности с относительной точностью по высоте: 2 м для равнинных территорий и 4 м для горных районов. Точность ЦММ будет являться  беспрецедентной для глобального покрытия.

На данный момент ближайшим аналогом возможно назвать ЦММ, выстроенную по интерферометрическим радиолокационным данным C-диапазона миссии SRTM (2000 г.) и имеющую уровень точности DTED-1 (см. таблицу 2).  Как мы знаем в миссии SRTM съемка проводилась и в X диапазоне, но ввиду маленькой полосы захвата полученное покрытие имеет весьма большие пропуски (не смотря на то, что уровень точности выше, чем для данных С-диапазона).

SRTM имеет ограничения по широтам ±60°N, соответственно Антарктика, и большие северные территории (весьма актуально для России) не обеспечены достаточно современной высотной информацией. Запуск аппарата TanDEM-X разрешит  решить эту проблему и у пользователей покажется возможность применять актуальные точные высотные данные в глобальном масштабе. На рис.

2 для наглядности приведено сравнение ЦММ, выстроенной согласно данным TerraSAR-X и SRTM.

Рис. 2. Сравнение ЦММ, выстроенной согласно данным TerraSAR-X (StripMAP, 12х12 м) и SRTM (90?90 м)

Sentinel

Спутники серии Sentinel являются новым проектом Космического агентства ЕС, каковые прежде всего предназначены чтобы получить регулярное покрытие земной поверхности в течение 12 дней (один спутник). В 2011 году запланирован запуск первого спутника Sentinel-1, после этого  – запуск Sentinel-2. Два спутника разрешат приобретать снимки земной поверхности с периодичностью 6 дней, такая частота съемки разрешит выйти на новый уровень в интерферометрической обработке данных.

Одной из тенденций в развитии съемочных совокупностей есть получение данных в широкой полосе, но наряду с этим с высоким разрешением. В одном из режимов, предназначенном как раз для интерферометрии съемка будет производиться в полосе 250 км с пространственным разрешением 5?20 м. Так, 1 сцена будет иметь площадь более 60 тыс. км2 и в совокупности с высокой периодичностью съемки это разрешит приобретать качественные результаты по обнаружению мельчайших просадок и подвижек на больших территориях.

BIOMASS 

Эта миссия кроме этого разрабатывается Космическим агентством ЕС и предназначена для мониторинга и картирования лесной растительности в глобальном масштабе. Съемка земной поверхности будет проводиться в P-диапазоне длин волн (около 70 см) при полной поляризации излучения. Уникальность спутника BIOMASS в том, что он в первый раз будет проводить космическую радиолокационную съемку в P-диапазоне, что наилучшим образом снабжает ответ задач связанных с изучением растительного покрова.

CoRe-H2O 

На данный момент нет космических радиолокационных совокупностей, трудящихся в один момент в двух диапазонах. На спутнике CoRe-H2O, предназначенном прежде всего для изучения снего- и влагозапасов холодных регионов будет использован принцип съемки в двух диапазонах, причем коротковолновых X- и Ku-диапазонах, каковые снабжают значительно меньшую проникающую свойство излучения (для данной миссии прежде всего в снежный и ледовый покровы), чем диапазоны с большей длиной волны.

Самолетные и вертолетные радиолокационные совокупности

Наровне с космическими совокупностями в мире весьма широко применяются радиолокационные SAR-совокупности самолетного и вертолетного базирования: OrbiSAR, E-SAR, F-SAR (Германия), SETHI, ONERA RAMSES, MARSE (Франция). В Российской Федерации это направление развито весьма слабо: имеется последовательность разработок в данной области, но на данный момент они фактически не употребляются и не доступны для широкого круга пользователей.

Главные преимущества SAR-совокупностей самолетного базирования – это сверхвысокое разрешение (до 10-20 см), возможность проведения мультидиапазонной (до 5 диапазонов: X, C, S, L, P) и мультиполяризационной съемки, возможность исполнения однопроходной интерферометрической съемки, а, следовательно, и довольно высокий уровень точности при проведении обработки данных. Недочётами самолетной радиолокационной съемки являются, во-первых, большая цена, а во-вторых, маленькая полоса захвата на местности.

На рис. 3 приведены два примера самолетных радиолокационных данных.

Рис. 3. Примеры данных, приобретаемых самолетными SAR-совокупностями: а) Радиолокационный снимок (камера MARSE, X-диапазон, разрешение около 10 см) б) Интерферометрическое SAR изображение (камера F-SAR, X-диапазон, цвет характеризует высоты объектов)

В подготовке статьи использованы материалы VII Европейской конференции, посвященной радиолокации с синтезированной апертурой EUSAR 2008 (Германия, Фридрихсхафен). EUSAR есть одной из наибольших конференций в мире, посвященных данной тематике. То, что участниками из 36 государств было представлено более 300 докладов еще раз подчеркивает востребованность и громадный интерес к радиолокационным данным на общемировом уровне.

ДЗЗ

Интересные записи на сайте:

• Создание, внедрение и использование муниципальных геоинформационных систем
• Создание геопортала земельно-информационной системы республики беларусь
• Применение аналитической модели половодья реки есиль к паводку 2014 года и возможности ее уточнения
• Высокодетальное моделирование рельефа для проектирования объектов инфраструктуры рудников кундызды и лиманное
• Современные подходы к организации оперативного космического мониторинга

Подобранные по важим запросам, статьи по теме:

• Некоторые аспекты современного состояния и основных тенденций рынка дзз

  В рамках маленькой статьи не представляется вероятным полно и достаточно глубоко проанализировать состояние рынка данных дистанционного зондирования…

• Система дистанционного зондирования земли на международной космической станции

  С.М. Басков, В.Ф. Земсков На сегодня в РФ существует недостаток данных дистанционного зондирования Почвы (ДЗЗ) в связи с отсутствием нужной орбитальной…

• Cпутник worldview-2 — новая веха в развитии технологий дистанционного зондирования земли

  Ч. Херринг Десять лет назад всю землю следил за запуском первого коммерческого спутника большого разрешения. Это событие давало слово стать началом…

• Развитие и современное состояние спутниковых навигационных систем и сервисов. интеграция технологий дзз и гнсс

  Б.А. Дворкин Активное внедрение информационных спутниковых разработок как составной части бурно развивающейся информатизации общества кардинально меняет…

• Структурно-тектонический анализ данных дистанционного зондирования земли

  А.В. Дурандин С 90-х гг. ХХ в. геофизики отвлечённых университетов занимаются изучением низкочастотных электромагнитных сигналов литосферного…

• Новые возможности программного продукта sarscape для обработки радиолокационных данных

  О.Н. Колесникова Радиолокационные эти разрешают приобретать данные о земной поверхности при любых погодных условиях, и освещенности, что особенно…