Skip to content

6 ГЛАВА. РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СЪЕМКА (РЛ)

6 ГЛАВА. РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СЪЕМКА (РЛ)

Радиолокационная съемка (РЛ) (активная радиолокационная) заключается в зондировании земной поверхности радиосигналом в трех режимах (рис. «Схемы РЛ съемки»).

 

 

А

 

 

 

Б

В

Рис. Схемы РЛ съемки

 

Съемка основана на способности объектов по-разному отражать узконаправленные на них радиоимпульсы сантиметрового диапазона (0,3-100 см.).

Как известно, нагретые объекты излучают энергию и в радиодиапазоне, хотя радиотепловое излучение по интенсивности значительно уступает тепловому излучению в инфракрасном диапазоне. Радиотепловое излучение, как и инфратепловое, формируется поверхностным излучательным слоем, так называемым скин-слоем, толщина которого тем больше, чем длиннее волна излучения.

Интенсивность радиотеплового излучения характеризуется так называемой радиояркостной температурой (Т) произведением абсолютной температуры и коэффициента излучения. Величина коэффициента излучения в радиодиапазоне значительно варьирует в зависимости от электрических свойств (а значит, от влажности и солености), кристаллической структуры и характера поверхности объекта. Наибольшее его значение имеет растительность (0,9), затем следуют почвы (0,8), водные поверхности (0,3) и, наконец, металлические предметы. Таким образом, различия в радиояркостной температуре земных объектов определяются их излучательной способностью, а не физической температурой. Летом наибольшую радиояркостную температуру имеет растительный покров (300 °К) и меньшую — водные поверхности (100 °К). Но самые «холодные» в радиодиапазоне — это металлические предметы.

На борту носителя устанавливается радиолокатор (активный микроволновый датчик), способный передавать и принимать поляризованные радиоволны в заданном диапазоне частот. Развертка сигнала производится по принципу сканера, т.е. переход от одной строки к другой идет за счет перемещения носителя.

Радиолокационная станция (РЛС) или рада́р— система для обнаружения воздушных, морских и наземных объектов, а также для определения их дальности и геометрических параметров. Использует метод, основанный на излучении радиоволн и регистрации их отражений от объектов. Радиолокационные станции землеобзора, установленные на спутниках, позволяют получать радиолокационное изображение (РЛИ) земной поверхности и расположенных на ней объектов независимо от времени суток, уровня освещенности, в любых метеорологических условиях и на больших дальностях наблюдения. В общем случае обработка данных дистанционного зондирования включает три этапа:

1.    предварительную обработку;

2.    первичную обработку;

3.    вторичную (тематическую) обработку.

На первом этапе происходит преобразование данных, переданных со спутника, непосредственно в изображение или космический снимок, а также преобразование их в форматы, удобные для последующих видов обработки.

На втором этапе проводят радиометрические и геометрические преобразования (коррекцию) для исправления радиометрических и геометрических искажений, а также географическую привязку изображения с наложением на него сетки координат, изменение масштаба изображения и представление изображения в необходимой географической проекции.

Третий этап — тематическая обработка — включает как цифровой анализ с применением статистических методов обработки, так и визуальное дешифрирование и интерпретацию.

Радарграмметрия. Радарное стереокартрирование или радарграмметрия представляет собой технику обработки информации, получаемой со спутника. Фиксируемые сенсором на космическом аппарате амплитуды отраженных волн от одного и того же участка земли (стереопара) определенным образом складываются и применяются для создания цифровой модели рельефа.

Количество энергии, возвращенной на антенну локатора, называется «обратным рассеянием».

Каждый пиксел радиолокационного снимка показывает суммарный коэффициент отражения данного участка поверхности, или мощность возвратившегося к антенне сигнала. Значения яркости пиксела могут быть преобразованы в удельную эффективную поверхность рассеяния (УЭПР) — величину, использующуюся в различных физических моделях отраженных радиоволн. Высокая яркость пиксела означает, что большая часть сигнала вернулась к антенне, низкая — наоборот.

 

Рис. Радиолокационная съемка (активная радиолокационная)

Разрешающая способность снимков в среднем равна 100-200 м., максимальное разрешение – несколько метров на местности.

Типы конструкций радиолокационных систем

По типу конструкции различают радиолокационные системы:

•   бокового обзора (РЛС БО) (из космоса могут быть получены снимки с разрешением порядка 1—2 км.) (Рис. «Двусторонняя съемка местности радиолокатором бокового обзора»).

•   с синтезированием апертуры антенны (РСА) (из космоса могут быть получены снимки с пространственным разрешением порядка 10— 25 м).

В последнее время на космических носителях работают только системы с синтезированием апертуры. Высокое разрешение достигается за счет излучения когерентного сигнала короткими импульсами. Излучаемый радиосигнал может иметь разную частоту и поляризацию, поэтому в результате съемки можно получать набор из нескольких снимков, что повышает дешифрируемость объектов земной поверхности.

Пользователю радиолокационные снимки могут быть предоставлены в цифровом виде или как изображение на фотопленке.

 

 

Рис. Двусторонняя съемка местности радиолокатором бокового обзора.

При боковом обзоре. Снимаются две широкие полосы (с левого и правого бортов), параллельные линии полета аэроносителя (Рис. «Космическая съемка бокового обзора со спутника (а – в надире; б – с отклонением направления съемки)»). Где в случае «а» — имеется перекрытие снимков. Полоса местности под носителем из-за плохого качества изображения относятся к нерабочей зоне.

 

Рис. Космическая съемка бокового обзора со спутника

(а – в надире; б – с отклонением направления съемки).

 

Отличительной особенностью радиолокационных изображений является наличие помех — так называемого спекл–шума.

Применение метода:

Лесное хозяйство: Активная радиолокация Земной поверхности успешно используется инвентаризации и мониторинга лесов, прослеживания происходящих процессов в экосистеме, контроля вырубок, пожаров.

Сельское хозяйство: С конца прошлого века радиолокационное зондирование сельскохозяйственных посевов используется для их идентификации и мониторинга. Для него необходимо учитывать параметры излучения и свойства отражающей поверхности – грунта и растительности.

Океанография: определение и классификация течений в океане, образование внутренних волн, исследование прибрежных зон.

Анализ рельефа — одно из наиболее приоритетных направлений для многих отраслей человеческой деятельности: строительство, промышленность, научные исследования и геологическая разведка территорий.

Мониторинг разливов нефти на суше и в морских акваториях. Снимки, полученные с помощью сенсоров, установленных на космических платформах, покрывают области с шириной до 500 километров и обладают достаточным разрешением для локализации разливов. На радиолокационных изображениях нефтяные разливы характеризуются:

• формой (нефтяные загрязнения характеризуются простой геометрический формы),
• краями (гладкая граница с большим градиентом, чем у сликов природного происхождения),
• размером (слишком большие пятна обыкновенно являются сликами естественного происхождения, например, скоплениями водорослей или планктона),
• географическим расположением (преимущественно, нефтяные разливы встречаются в районах нефтедобычи или путей транспортировки нефтепродуктов) Достоинство съемки: мелкомасштабность изображения, высокая генерализация, высокая проницаемая способность радиоимпульсов, не зависимость от погодных условий (кроме грозы), времени года и освещенности.

С помощью РСА на морской поверхности можно детектировать следующие типы нефтяных загрязнений: сырая нефть, мазут, дизельное топливо и т.п.; выносы нефтепродуктов с речным стоком; технологические сбросы с судов; буровые воды и шлам; выходы нефти из грифонов на морском дне; отходы рыбной промышленности.

Недостатки съемки: зависимость от рельефа местности (искажение контуров), зависимость от влажности почвы и свойств пород, низкое разрешение (до 30-50 м), обработка снимка на ЭВМ может занимать много времени.

В последние годы появились видеосъемка и съемка цифровыми камерами, основанные на использовании волоконной оптики.