Serghei Revnivykh, șef adjunct al Direcției GLONASS, director al Departamentului de dezvoltare a sistemelor GLONASS, OJSC Information Satellite Systems. Academicianul M.F. Reshetnev "
Poate că nu există o singură ramură a economiei în care tehnologiile de navigație prin satelit să nu fi fost deja utilizate - de la toate tipurile de transport până la agricultură. Iar domeniile de aplicare sunt în continuă expansiune. În plus, în cea mai mare parte, dispozitivele receptoare primesc semnale de la cel puțin două sisteme de navigație globale - GPS și GLONASS.
Starea problemei
S-a întâmplat că utilizarea GLONASS în industria spațială din Rusia nu este atât de mare pe cât s-ar putea aștepta, având în vedere faptul că principalul dezvoltator al sistemului GLONASS este Roskosmos. Da, deja multe dintre navele noastre spațiale, vehiculele de lansare și etapele superioare au receptoare GLONASS ca parte a echipamentului de bord. Dar până acum ele sunt fie mijloace auxiliare, fie sunt folosite ca parte a sarcinii utile. Până în prezent, pentru a efectua măsurători de traiectorie, pentru a determina orbitele navelor spațiale apropiate de Pământ, se folosesc sincronizarea, în majoritatea cazurilor, mijloace de la sol ale complexului de măsurare-comandă, dintre care multe au fost utilizate de mult timp. În plus, instrumentele de măsurare sunt situate pe teritoriul Federației Ruse, ceea ce nu permite asigurarea unei acoperiri globale a întregii traiectorii a navei spațiale, ceea ce afectează precizia orbitei. Utilizarea receptoarelor de navigație GLONASS ca parte a echipamentului standard de bord pentru măsurătorile traiectoriei va face posibilă obținerea preciziei orbitei navelor spațiale pe orbită joasă (care constituie partea principală a constelației orbitale) la nivelul de 10 centimetri la orice punct al orbitei în timp real. Totodată, nu este necesară implicarea mijloacelor complexului de comandă-măsurare în efectuarea măsurătorilor de traiectorie, cheltuirea fondurilor pentru asigurarea operabilității acestora și întreținerea personalului. Este suficient să aveți una sau două stații pentru a primi informații de navigație de la aeronavă și a le transmite la centrul de control al zborului pentru rezolvarea problemelor de planificare. Această abordare schimbă întreaga strategie de sprijin balistic și de navigație. Dar, cu toate acestea, această tehnologie este deja bine dezvoltată în lume și nu prezintă nicio dificultate deosebită. Este nevoie doar de a lua o decizie cu privire la trecerea la o astfel de tehnologie.
Un număr semnificativ de nave spațiale pe orbită joasă sunt sateliți pentru teledetecția Pământului și rezolvarea problemelor științifice. Odată cu dezvoltarea tehnologiilor și mijloacelor de observare, creșterea rezoluției, cerințele pentru acuratețea legării informațiilor țintă primite la coordonatele satelitului la momentul sondajului cresc. În modul a posteriori, pentru a procesa imagini și date științifice, în multe cazuri, precizia orbitei trebuie cunoscută la nivel de centimetru.
Pentru navele spațiale speciale dintr-o clasă geodezică (cum ar fi Lageos, Etalon), care sunt special concepute pentru a rezolva problemele fundamentale de studiere a Pământului și de rafinare a modelelor de mișcare a navelor spațiale, a fost deja atinsă precizia centimetrică a orbitelor. Dar trebuie avut în vedere faptul că aceste vehicule zboară în afara atmosferei și sunt sferice pentru a minimiza incertitudinea perturbărilor de presiune solară. Pentru măsurătorile traiectoriei, se utilizează o rețea internațională globală de telemetrie cu laser, care nu este ieftină, iar funcționarea instrumentelor depinde în mare măsură de condițiile meteorologice.
ERS și navele spațiale științifice zboară în principal la altitudini de până la 2000 km, au o formă geometrică complexă și sunt complet perturbate de atmosferă și presiunea solară. Nu este întotdeauna posibilă utilizarea facilităților laser ale serviciilor internaționale. Prin urmare, sarcina de a obține orbitele unor astfel de sateliți cu precizie centimetrică este foarte dificilă. Este necesară utilizarea modelelor speciale de mișcare și a metodelor de procesare a informațiilor. În ultimii 10-15 ani, s-au înregistrat progrese semnificative în practica mondială pentru a rezolva astfel de probleme folosind receptoare de navigație GNSS de înaltă precizie la bord (în principal GPS). Pionierul în acest domeniu a fost satelitul Topex-Poseidon (proiect comun NASA-CNES, 1992-2005, altitudine 1.336 km, înclinare 66), a cărui precizie orbitală a fost asigurată acum 20 de ani la un nivel de 10 cm (2,5 cm în rază).
În următorul deceniu în Federația Rusă, este planificată lansarea unei mulțimi de nave spațiale ERS pentru rezolvarea problemelor aplicate în diverse scopuri. În special, pentru un număr de sisteme spațiale, este necesară legarea informațiilor țintă cu o precizie foarte mare. Acestea sunt sarcinile de recunoaștere, cartografiere, monitorizare a condițiilor de gheață, situații de urgență, meteorologie, precum și o serie de sarcini științifice fundamentale în domeniul studierii Pământului și a Oceanului Mondial, construirea unui model geoid dinamic de înaltă precizie, de înaltă -modele dinamice de precizie ale ionosferei si atmosferei. Precizia poziției navei spațiale este deja necesar să se cunoască la nivel de centimetri pe întreaga orbită. Este vorba despre precizia posterioară.
Aceasta nu mai este o sarcină ușoară pentru balistica spațială. Poate singura modalitate care poate oferi o soluție la această problemă este utilizarea măsurătorilor de la receptorul de navigație GNSS de la bord și mijloacele corespunzătoare de procesare de înaltă precizie a informațiilor de navigație la sol. În cele mai multe cazuri, acesta este un receptor combinat GPS și GLONASS. În unele cazuri, pot fi prezentate cerințe pentru utilizarea numai a sistemului GLONASS.
Experiment pentru determinarea de înaltă precizie a orbitelor folosind GLONASS
În țara noastră, tehnologia de obținere a coordonatelor de înaltă precizie cu ajutorul receptorilor de navigație de clasă geodezică a fost destul de bine dezvoltată pentru rezolvarea problemelor geodezice și geodinamice de pe suprafața Pământului. Aceasta este o așa-numită tehnologie de poziționare precisă a punctelor. O caracteristică a tehnologiei este următoarea:
* pentru prelucrarea măsurătorilor receptorului de navigație, ale cărui coordonate trebuie specificate, nu se folosesc informații din cadrele de navigație ale semnalelor GNSS. Semnalele de navigație sunt utilizate numai pentru măsurători de distanță, în primul rând bazate pe măsurători ale fazei purtătoare a semnalului;
* Orbitele de înaltă precizie și corecțiile de ceas la bord, care sunt obținute pe baza prelucrării continue a măsurătorilor rețelei globale de stații de recepție a semnalelor de navigație GNSS, sunt utilizate ca informații în timp efemeride ale navelor spațiale de navigație. Cele mai multe dintre soluții sunt acum utilizate de către Serviciul Internațional GNSS (IGS);
* măsurătorile receptorului de navigație, ale cărui coordonate trebuie determinate, sunt prelucrate împreună cu informații de înaltă precizie în timp de efemeride folosind metode speciale de procesare.
Ca urmare, coordonatele receptorului (centrul de fază al antenei receptorului) pot fi obținute cu o precizie de câțiva centimetri.
Pentru rezolvarea problemelor științifice, precum și pentru sarcinile de gestionare a terenurilor, cadastru, construcție în Rusia, de câțiva ani, astfel de mijloace există și sunt utilizate pe scară largă. În același timp, autorul nu a avut încă informații despre mijloacele care pot rezolva problemele determinării de înaltă precizie a orbitelor navelor spațiale cu orbită joasă.
Un experiment de inițiativă efectuat în urmă cu câteva luni a arătat că avem prototipuri ale unor astfel de mijloace și pot fi folosite pentru a crea mijloace standard specifice industriei de suport balistic și de navigație de înaltă precizie pentru nave spațiale pe orbită joasă.
În urma experimentului, a fost confirmată posibilitatea utilizării prototipurilor existente pentru determinarea de înaltă precizie a orbitei navei spațiale LEO la un nivel de câțiva centimetri.
Pentru experiment, s-a ales un ERS intern zburător „Resurs-P” nr. 1 (orbita aproape circulară sincronă cu soarele cu o altitudine medie de 475 km), echipat cu un receptor de navigație combinat GLONASS / GPS. Pentru a confirma rezultatul, s-a repetat prelucrarea datelor pentru nave spațiale geodezice ale sistemului GRACE (proiect comun NASA și DLR, 2002-2016, altitudine 500 km, înclinare 90), la bordul căreia au fost instalate receptoare GPS. Caracteristicile experimentului sunt următoarele:
* pentru a evalua capacitățile sistemului GLONASS pentru determinarea orbitei navei spațiale Resurs-P (vederea generală este prezentată în Fig. 1), s-au folosit doar măsurători GLONASS (4 seturi de receptoare de navigație la bord dezvoltate de JSC RIRV);
* pentru a obține orbita navei spațiale a sistemului GRACE (vederea generală este prezentată în Fig. 2), s-au folosit doar măsurători GPS (măsurătorile sunt disponibile gratuit);
* Efemeride de înaltă precizie și corecții ale ceasurilor de bord ale sateliților de navigație ai sistemelor GLONASS și GPS, care au fost obținute la IAC KVNO TsNIIMash pe baza procesării măsurătorilor stațiilor rețelei globale IGS (datele sunt libere disponibile), au fost folosite ca informații de asistență. Estimarea IGS a acurateței acestor date este prezentată în Fig. 3 și are aproximativ 2,5 cm.Locația rețelei globale de stații GLONASS / GPS ale serviciului IGS este prezentată în Fig. 4;
* un prototip al complexului hardware și software, care oferă determinarea de înaltă precizie a orbitei navelor spațiale cu orbită joasă (dezvoltarea inițiativei JSC „GEO-MCC”). Eșantionul oferă, de asemenea, decodarea măsurătorilor receptoarelor de bord ale navei spațiale Resurs-P utilizând informații de înaltă precizie în timp efemeride și ținând cont de caracteristicile funcționării sesiunii ale receptorilor de la bord. Prototipul a fost testat conform măsurătorilor navei spațiale ale sistemului GRACE.
Orez. 1. Vedere generală a navei Resurs-P.
Orez. 2. Vedere generală a navei spațiale a sistemului GRACE.
Orez. 3. Evaluarea acurateței efemeridelor IAC KVNO TsNIIMash de către serviciul IGS. Precizia informațiilor efemeride de asistență ale navei spațiale de navigație GLONASS (denumirea - IAC, puncte albastru închis pe grafic) este de 2,5 cm.
Orez. 4. Localizarea rețelei globale de stații GLONASS / GPS ale serviciului internațional IGS (sursa - http://igscb.jpl.nasa.gov/network/iglos.html).
Ca rezultat al experimentului, a fost obținut un rezultat fără precedent pentru suportul balistic și de navigație intern al navelor spațiale pe orbită joasă:
* Ținând cont de informațiile de asistență și măsurătorile reale ale receptoarelor de navigație de la bord ale navei spațiale Resurs-P, s-a obținut o orbită de înaltă precizie a acestei nave spațiale cu o precizie de 8-10 cm numai din măsurătorile GLONASS (vezi Fig. 5) .
* Pentru a confirma rezultatul în timpul experimentului, au fost efectuate calcule similare pentru nave spațiale geodezice ale sistemului GRACE, dar folosind măsurători GPS (vezi Fig. 6). Precizia orbitală a acestor nave spațiale a fost obținută la un nivel de 3-5 cm, ceea ce coincide pe deplin cu rezultatele principalelor centre de analiză ale serviciului IGS.
Orez. 5. Precizia orbitei navei spațiale Resurs-P obținută din măsurătorile GLONASS numai cu utilizarea informațiilor de asistență, estimată din măsurătorile a patru seturi de receptoare de navigație la bord.
Orez. 6. Precizia orbitei navei spațiale GRACE-B obținută din măsurători GPS numai cu ajutorul informațiilor de asistență.
Sistemul ANNKA din prima etapă
Pe baza rezultatelor experimentului, rezultă în mod obiectiv următoarele concluzii:
În Rusia, există un restanțe semnificative de dezvoltare internă pentru rezolvarea problemelor determinării de înaltă precizie a orbitelor navelor spațiale LEO la un nivel competitiv cu centrele străine de procesare a informațiilor. Pe baza acestei baze, crearea unui centru balistic permanent al industriei pentru rezolvarea unor astfel de probleme nu va necesita cheltuieli mari. Acest centru va putea oferi tuturor organizațiilor interesate care necesită legarea la coordonatele informațiilor de la sateliții de teledetecție, servicii pentru determinarea de înaltă precizie a orbitelor oricăror sateliți de teledetecție echipați cu echipamente de navigație prin satelit GLONASS și/sau GLONASS/GPS. În viitor, pot fi utilizate și măsurători ale sistemului chinez BeiDou și Galileo european.
Se arată pentru prima dată că măsurătorile sistemului GLONASS atunci când se rezolvă probleme de înaltă precizie pot oferi o acuratețe a soluției practic nu mai slabă decât măsurătorile GPS. Precizia finală depinde în principal de acuratețea informațiilor asistate pe efemeride și de acuratețea cunoașterii modelului de mișcare a navei spațiale pe orbită joasă.
Prezentarea rezultatelor sistemelor interne de teledetecție cu referire de înaltă precizie la coordonate va crește dramatic importanța și competitivitatea acesteia (ținând cont de creșterea și prețul pieței) pe piața mondială pentru rezultatele teledetecției Pământului.
Astfel, pentru crearea primei etape a sistemului de navigație asistată pentru navele spațiale LEO (nume de cod - sistem ANNKA) în Federația Rusă, toate componentele sunt disponibile (sau sunt în construcție):
* există propriul software special de bază care permite, independent de operatorii GLONASS și GPS, să primească informații de înaltă precizie în timp efemeride;
* există un prototip de software special, pe baza căruia se poate crea în cel mai scurt timp posibil un complex hardware și software standard pentru determinarea orbitelor navelor spațiale LEO cu o precizie de centimetri;
* există mostre interne de receptoare de navigație la bord care permit rezolvarea problemei cu atâta acuratețe;
* Roscosmos își creează propria rețea globală de stații de recepție a semnalului de navigație GNSS.
Arhitectura sistemului ANNKA pentru implementarea primei etape (modul a posteriori) este prezentată în Fig. 7.
Funcțiile sistemului sunt următoarele:
* primirea măsurătorilor din rețeaua globală către centrul de procesare a informațiilor din sistemul ANNKA;
* formarea de efemeride de înaltă precizie pentru sateliții de navigație ai sistemelor GLONASS și GPS (în viitor - pentru sistemele BeiDou și Galileo) în centrul ANNKA;
* obținerea măsurătorilor echipamentelor de navigație prin satelit de bord instalate la bordul satelitului ERS de orbită joasă și transferarea acestuia către centrul ANNKA;
* calculul orbitei de înaltă precizie a navei spațiale cu teledetecție din centrul ANNKA;
* transferul orbitei de înaltă precizie a navei spațiale de teledetecție către centrul de procesare a datelor din complexul special de la sol al sistemului de teledetecție.
Sistemul poate fi creat cât mai curând posibil, chiar și în cadrul măsurilor existente ale programului țintă federal pentru întreținerea, dezvoltarea și utilizarea sistemului GLONASS.
Orez. 7. Arhitectura sistemului ANNKA în prima etapă (mod a posteriori), care asigură determinarea orbitelor navelor spațiale LEO la un nivel de 3-5 cm.
Dezvoltare în continuare
Dezvoltarea ulterioară a sistemului ANNKA în direcția realizării modului de determinare și predicție de înaltă precizie a orbitei navelor spațiale pe orbită joasă în timp real la bord poate schimba radical întreaga ideologie a sprijinului balistic și de navigație a unor astfel de sateliți și poate abandona complet. utilizarea măsurătorilor la sol ale complexului de comandă și măsurare. Este greu de spus cât de mult, dar costurile operaționale ale suportului balistic și de navigație vor fi reduse semnificativ, ținând cont de plata pentru lucrările instalațiilor terestre și personalului.
În SUA, NASA a creat un astfel de sistem în urmă cu mai bine de 10 ani, pe baza unui sistem de comunicații prin satelit pentru a controla navele spațiale TDRSS și a sistemului global de navigație de înaltă precizie GDGPS creat anterior. Sistemul a fost numit TASS. Acesta oferă informații de asistență tuturor navelor spațiale științifice și sateliților de teledetecție pe orbite joase pentru a rezolva sarcinile de determinare a orbitei la bord în timp real la un nivel de 10-30 cm.
Arhitectura sistemului ANNKA din a doua etapă, care oferă soluția problemelor de determinare a orbitei la bord cu o precizie de 10-30 cm în timp real, este prezentată în Fig. opt:
Funcțiile sistemului ANNKA în a doua etapă sunt următoarele:
* primirea măsurătorilor de la stațiile pentru recepția semnalelor de navigație GNSS ale rețelei globale în timp real către centrul de prelucrare a datelor ANNKA;
* formarea de efemeride de înaltă precizie pentru sateliții de navigație ai sistemelor GLONASS și GPS (în viitor - pentru sistemele BeiDou și Galileo) în centrul ANNKA în timp real;
* marcaj efemeride de înaltă precizie pe releul KA al sistemelor de comunicații (constant, în timp real);
* transmiterea efemeridelor de înaltă precizie (informații de asistență) de către sateliți-repetători pentru navele spațiale ERS pe orbită joasă;
* obținerea unei poziții de înaltă precizie a navei cu teledetecție de la bord cu ajutorul unor echipamente speciale de navigație prin satelit capabile să prelucreze semnalele de navigație GNSS recepționate împreună cu informații de asistență;
* transmiterea informațiilor țintă cu referire de înaltă precizie către centrul de procesare a datelor al unui complex special de teledetecție la sol.
Orez. 8. Arhitectura sistemului ANNKA la a doua etapă (mod real-time), care asigură determinarea orbitelor navelor spațiale LEO la nivelul de 10-30 cm în timp real la bord.
Analiza capabilităților existente, rezultatele experimentale arată că în Federația Rusă există o bază bună pentru crearea unui sistem de navigație asistată de înaltă precizie pentru nave spațiale pe orbită joasă, care va reduce semnificativ costul controlului acestor vehicule și va reduce întârzierea în spatele puteri spațiale de frunte în domeniul navigației cu nave spațiale de înaltă precizie în rezolvarea problemelor științifice și aplicative urgente. Pentru a face pasul necesar in evolutia tehnologiei de control LEO SC este nevoie doar de a lua o decizie adecvata.
Sistemul ANNKA din prima etapă poate fi creat cât mai curând posibil cu costuri minime.
Pentru a trece la a doua etapă, va fi necesar să se implementeze un set de măsuri care ar trebui prevăzute în cadrul programelor țintite de stat sau federale:
* crearea unui sistem special de comunicații prin satelit care să asigure controlul continuu al navelor spațiale apropiate de Pământ, fie pe orbită geostaționară, fie pe orbite geosincrone înclinate;
* modernizarea complexului hardware și software pentru formarea informațiilor efemeride asistatoare în timp real;
* finalizarea creării rețelei globale rusești de stații pentru recepția semnalelor de navigație de la GNSS;
* dezvoltarea și organizarea producției de receptoare de navigație la bord capabile să prelucreze semnalele de navigație GNSS împreună cu informații de asistență în timp real.
Implementarea acestor măsuri este o muncă serioasă, dar destul de realizabilă. Poate fi realizat de către întreprinderile URSC ținând cont de activitățile deja planificate în cadrul Programului Spațial Federal și în cadrul Programului Federal țintă pentru întreținerea, dezvoltarea și utilizarea sistemului GLONASS, ținând cont ajustările corespunzătoare. Estimarea costurilor creării sale și a efectului economic este o etapă necesară, care trebuie făcută ținând cont de proiectele planificate pentru realizarea de sisteme spațiale de complexe de teledetecție a Pământului, sisteme de comunicații prin satelit, sisteme spațiale și complexe științifice. Există o încredere absolută că aceste costuri se vor plăti.
În concluzie, autorul își exprimă recunoștința sinceră specialiștilor de top din domeniul navigației interne prin satelit Arkady Tyulyakov, Vladimir Mitrikas, Dmitri Fedorov, Ivan Skakun pentru organizarea experimentului și furnizarea de materiale pentru acest articol, serviciul internațional IGS și liderii săi - Urs Hugentoble și Ruth Nilan - pentru oportunitatea de a folosi pe deplin măsurătorile rețelei globale de stații pentru recepția semnalelor de navigație, precum și tuturor celor care au ajutat și nu au intervenit.
poziția de lider a Statelor Unite ca lider mondial în dezvoltarea și utilizarea sistemelor de teledetecție a Pământului (ERS). Principalele eforturi de reglementare de stat a industriei teledetecției din Statele Unite vizează încurajarea dezvoltării pieței
mecanisme.
Documentul fundamental în acest domeniu este directiva privind politica spațială privind utilizarea sistemelor comerciale de teledetecție, aprobată de președintele Statelor Unite.
martie 1994, care a subliniat fundamentele politicii SUA în domeniul accesului clienților străini la resursele sistemelor americane de teledetecție a Pământului.
Noua politică își propune să consolideze și mai mult poziția de lider în
lumea companiilor americane și acoperă următoarele domenii de activitate:
− licențierea activității și funcționării sistemului de teledetecție;
− utilizarea resurselor sistemului de teledetecție în interesul apărării, informațiilor și
alte departamente guvernamentale americane;
− accesul clienților străini (guvernamentali și comerciali) la resursele ERS, exportul de tehnologii și materiale ERS;
− cooperarea interguvernamentală în domeniul imaginilor spațiale militare și comerciale.
Scopul principal al politicii este de a consolida și proteja securitatea națională a Statelor Unite și interesele țării pe arena internațională prin consolidarea poziției de lider în
domenii ale CS ERS și dezvoltarea industriei naționale. Obiectivele politicii sunt stimularea creșterii economice, protejarea mediului și consolidarea
excelență științifică și tehnologică.
Noua directivă afectează și comercializarea sistemelor de detectare.
Pe o bază necomercială, potrivit experților, tehnologiile de teledetecție nu numai că nu vor reuși să se dezvolte, dar vor arunca și Statele Unite (ca orice altă țară) departe de pozițiile de lider în lume. Imaginile spațiale, potrivit guvernului SUA,
devin solicitate de departamentele guvernamentale pentru nevoile lor cu produse ale sistemelor de teledetecție obținute pe bază comercială. În acest caz, unul dintre
principalele obiective sunt de a scuti Comunitatea Națională de Informații de volumul mare de solicitări pentru aceste produse de la diverse departamente din SUA. A doua, dar nu mai puțin importantă sarcină a noii politici guvernamentale în domeniul spațiului este comercializarea sistemelor de teledetecție pentru a consolida în continuare liderul mondial.
prevederi ale companiilor americane – operatori de sisteme de detectare a spațiului. Directiva stabilește procedura de licențiere a activităților sistemului de teledetecție în
interesele Ministerului Apărării, informații și alte departamente, de exemplu, Departamentul de Stat etc. Și, de asemenea, stabilește anumite restricții pentru clienții străini de produse
sisteme de teledetecție și exportul de tehnologii și materiale pentru acesta și definește baza cooperării interguvernamentale în domeniul tipurilor militare și comerciale
Pașii întreprinși de guvernul SUA sunt întărirea și protejarea securității naționale și crearea unui mediu favorabil pentru țară pe arena internațională prin consolidarea poziției de lider a Americii în domeniul
Teledetecție și dezvoltarea propriei noastre industrii. În acest scop, guvernul țării
Au fost acordate puteri imense Administrației Naționale a Informațiilor pentru Cartografie și Imagini din SUA - NIMA, care face parte din comunitatea de informații din SUA ca subdiviziune structurală. NIMA este responsabil din punct de vedere funcțional pentru colectarea, distribuirea informațiilor despre specii primite de la sistemele spațiale de teledetecție între
departamentele guvernamentale și consumatorii străini, primirea și distribuirea
care este produs numai cu aprobarea Departamentului de Stat al SUA. Departamentul de Comerț și NASA sunt însărcinați cu coordonarea cererilor de produse de teledetecție în sectorul comercial în diferite zone. Aceasta prevede utilizarea aceleiași informații despre specii de către diferite departamente interesate de aceleași zone de anchetă.
Nevoile civile în domeniul teledetecției sunt determinate de ministerele comerțului,
Afaceri Interne și Agenția Spațială NASA. De asemenea, ei alocă fonduri adecvate pentru implementarea proiectelor în acest domeniu. Asistență în implementare
programele de teledetecție ale guvernului civil sunt furnizate de NIMA. Acest
organizația este, de asemenea, lider în pregătirea planurilor de acțiune pentru implementarea noii politici spațiale, în dezvoltarea cărora, pe lângă NIMA, miniștrii apărării, comerțului, Departamentul de Stat și directorul central de informații (concurente). și directorul CIA) participă.
Agenția de geoinovare „Innoter”
Este caracteristic ca aceste probleme să fie soluționate prin lege, sub formă de discuție și adoptare de legi. Se ia în considerare faptul că astfel de mijloace guvernamentale de teledetecție, cum ar fi Landsat,
Terra, Aqua și altele vor fi folosite pentru rezolvarea sarcinilor de apărare și recunoaștere atunci când operatorului devine neprofitabil să obțină informații folosind sisteme comerciale de teledetecție. NIMA creează toate condițiile necesare pentru ca industria din SUA să obțină un avantaj competitiv față de ceilalți
ţări. Guvernul SUA garantează sprijin pentru dezvoltarea pieței sistemelor de teledetecție, își rezervă, de asemenea, dreptul de a limita vânzările de produse generice la anumite
țări în interesul de a observa rolul de lider al Statelor Unite în activele spațiale de teledetecție ale Pământului. Directiva prevede că CIA și Ministerul Apărării trebuie să le monitorizeze inerente
metode și modalități stadiul dezvoltării teledetecției în alte țări, astfel încât industria americană să nu-și piardă poziția de lider în lume pe piețele teledetecției.
Guvernul SUA nu interzice Ministerului Său de a cumpăra materiale din specii
de la firme comerciale. Beneficiul direct este clar: nu este nevoie să lansați unul nou sau să redirecționați un satelit de teledetecție existent către zona militară de interes. Și eficiența devine cea mai mare. Aceasta este ceea ce Departamentul de Apărare al SUA este bucuros să facă,
dezvoltând astfel structuri comerciale angajate în dezvoltarea şi
folosind sisteme de teledetecție.
Principalele idei ale noii politici spațiale:
− este stipulat legal că resursele navei spațiale americane de teledetecție a Pământului vor fi în
sa fie folosit in maxima masura pentru rezolvarea apararii, recunoasterii
sarcini, asigurarea securității interne și internaționale și în interese
utilizatori civili;
− sistemele guvernamentale de teledetecție (de exemplu, Landsat, Terra, Aqua).
concentrat pe sarcini care nu pot fi rezolvate eficient de operatorii CS
Teledetecție datorită factorilor economici, interese de asigurare națională
motive de securitate sau alte motive;
− stabilirea și dezvoltarea cooperării pe termen lung între
agențiile guvernamentale și industria aerospațială din SUA, oferind un mecanism operațional de licențiere a activităților în domeniul exploatării operatorilor de sisteme de teledetecție și exportul de tehnologii și materiale pentru teledetecție;
− crearea de condiții care să ofere industriei americane un avantaj competitiv în furnizarea de servicii de teledetecție către străini
clienți guvernamentali și comerciali.
Agenția de geoinovare „Innoter”
Noua politică de teledetecție a Pământului este primul pas al administrației Bush de a revizui politica spațială a SUA. Este evident că adoptarea documentului a avut loc cu activul
făcând lobby corporațiilor aerospațiale care au îmbrățișat cu satisfacție noile reguli ale jocului. Politica anterioară, definită de directiva PDD-23, a contribuit la apariția și dezvoltarea media comercială de înaltă definiție. Noul document garantează sprijinul statului pentru dezvoltarea pieței de teledetecție și
de asemenea, stabilește că noi proiecte comerciale vor fi dezvoltate de industrie ținând cont de nevoile de produse specifice identificate de civil
și departamentele de apărare.
Un alt aspect important este că statul devine un „împingător internațional”
Informații comerciale ERS. În structura vânzărilor de informații de tip a operatorilor comerciali, apărarea și alți clienți guvernamentali au prevalat înainte.
Cu toate acestea, amploarea achizițiilor a fost relativ scăzută și piața pentru spațiu
Materialele ERS s-au dezvoltat lent. În ultimii ani, după apariția unei nave spațiale cu teledetecție de înaltă rezoluție (0,5-1 m), situația a început să se schimbe. Sistemele comerciale cu rezoluție înaltă și medie sunt acum văzute ca un plus critic
sisteme spațiale militare, ceea ce face posibilă creșterea eficienței îndeplinirii comenzilor
și performanța sistemului integrat în ansamblu, pentru a delimita funcții și a extinde cercul utilizatorilor de informații specifice.
În ultimii 5-7 ani, imagistica speciilor folosind nave spațiale comerciale a devenit o sursă importantă de informații actualizate și de înaltă calitate asupra speciilor datorită
din mai multe motive:
− resursa sistemelor militare de supraveghere este limitată datorită extinderii gamei de sarcini și a numărului de consumatori, în urma cărora eficiența rezolvării sarcinilor de fotografiere a sondajului a scăzut;
− producția comercială de specii de rezoluție medie și joasă a devenit mai accesibilă,
în virtutea introducerii principiilor difuzării directe și a creșterii ofertei de servicii pe piața internațională;
− piața imaginilor de înaltă rezoluție (până la 1 m și mai bine) a crescut semnificativ, iar numărul operatorilor de sisteme de camere comerciale a crescut, ceea ce a dus la creșterea concurenței și la reducerea costurilor cu serviciile;
− Produsele cu specific comercial nu au timbru de secret, prin urmare, sunt supuse unei ample distribuții între nivelurile inferioare ale Forțelor Armate, comandamentul forțelor aliate, alte departamente (Ministerul Afacerilor Externe, Ministerul Situațiilor de Urgență, serviciu de frontieră) și
chiar și mass-media.
Agenția de geoinovare „Innoter”
La 31 august 2006, președintele american George W. Bush a aprobat conceptul de Politică Spațială Națională a SUA, care prezintă
principiile fundamentale, scopurile, obiectivele și direcțiile de activitate ale conducerii militare-politice americane, ale ministerelor și departamentelor federale, precum și ale structurilor comerciale pentru utilizarea spațiului cosmic în interes național. Acest document a înlocuit directiva prezidențială din 1996 cu același nume.
Eliberarea „politicii naționale spațiale” sa datorat importanței crescute a sistemelor spațiale în asigurarea securității naționale a Statelor Unite și
de asemenea, necesitatea aducerii politicii spațiale implementate în conformitate cu noile condiții ale situației.
Implementarea programelor spațiale a fost declarată zonă prioritară de activitate. În același timp, conducerea militaro-politică americană va
aderă la o serie de principii fundamentale de mai jos:
− toate țările au dreptul de a folosi liber spațiul cosmic în scopuri pașnice, permițând Statelor Unite să desfășoare activități militare și de informații în interesul național;
− orice pretenții sunt respinse orice țară pentru uzul exclusiv al spațiului cosmic, corpurilor cerești sau părților acestora, precum și restrângerea drepturilor Statelor Unite la astfel de activități;
− Casa Albă încearcă să coopereze cu VPR-ul altor state în cadrul
utilizările pașnice ale spațiului cosmic pentru a extinde oportunitățile și a obține rezultate mai mari în explorarea spațiului;
− Navele spațiale americane trebuie să opereze liber în spațiul cosmic.
Prin urmare, Statele Unite vor vedea orice ingerință în funcționarea Curții Constituționale ca pe o încălcare a drepturilor lor;
− CS, inclusiv componentele terestre și spațiale, precum și liniile de comunicație care susțin funcționarea acestora, sunt considerate vitale pentru interesele naționale ale țării.
V În acest sens, Statele Unite vor:
− să-și apere drepturile la utilizarea liberă a spațiului cosmic;
− să descurajeze sau să descurajeze alte țări să acționeze sau să dezvolte mijloace pentru a încălca aceste drepturi;
Metoda de teledetecție a Pământului
Teledetecția este primirea de către orice non-contact
metode de informare despre suprafața Pământului, obiectele de pe acesta sau din adâncurile sale.
În mod tradițional, numai acele metode sunt referite la datele de teledetecție.
care vă permit să obțineți din spațiu sau din aer o imagine a pământului
suprafețe din orice parte a spectrului electromagnetic (adică prin
unde electromagnetice (EMW).
Avantajele metodei de teledetecție a Pământului sunt
următoarele:
relevanța datelor la momentul sondajului (cele mai multe cartografice
materialele sunt iremediabil depășite);
eficiență ridicată a achiziției de date;
acuratețe ridicată a prelucrării datelor datorită utilizării tehnologiilor GPS;
conținut ridicat de informații (utilizarea multispectrale, infraroșii și
Imaginile radar vă permit să vedeți detalii care nu sunt vizibile în mod convențional
poze);
fezabilitate economică (costurile de obținere a informațiilor
prin intermediul datelor de teledetecție semnificativ mai mici decât munca pe teren);
capacitatea de a obține un model de teren tridimensional (matrice de teren) pt
prin utilizarea modului stereo sau a metodelor de sunet lidar și,
ca urmare, capacitatea de a realiza modelarea tridimensională a site-ului
suprafața pământului (sisteme de realitate virtuală).
Tipuri de sunet după sursa de semnal:
Tipuri de sondare la locația echipamentului:
Fotografie spațială (fotografică sau optoelectronică):
pancromatic (mai des într-o parte largă vizibilă a spectrului) - cel mai simplu
exemplu fotografie alb-negru;
culoare (fotografie în mai multe, mai des culori reale pe un singur mediu);
multispectral (fixare simultană, dar separată a imaginii în diferite
zone ale spectrului);
radar (radar);
Fotografie aeriană (fotografică sau optoelectronică):
Aceleași tipuri de date de teledetecție ca în imaginile spațiale;
Lidar (laser).
Abilitatea de a detecta și măsura un anumit fenomen, obiect sau proces
este determinată de rezoluția senzorului.
Tipuri de permise: Caracteristicile senzorilor dispozitivelor de teledetecție
Scurte caracteristici ale navelor spațiale pentru achiziția de date
teledetecție a pământului pentru uz comercial Complex foto aerian integrat cu receptor GPS Exemple de fotografii aeriene de diferite rezoluții optice
0,6 m
2m
6m Fotografie aeriană în spectre optice și termice (infraroșu).
Stânga - fotografie aeriană color
ferme de rezervoare, pe dreapta - noapte
imaginea termică a acestuia
teritoriu. Pe langa clar
discriminarea golului (lumină
cani)
și
umplut cu
recipiente, imagine termică
detectează scurgeri
din
rezervor
(3)
și
conductă (1,2). Senzor
CAD,
filmare
Centru
ecologice
și
monitorizare tehnologică, g.
Trekhgorny. Imagine prin satelit radar
Imaginile radar permit detectarea petrolului și a produselor petroliere de pe suprafața apei
cu o grosime a peliculei de 50 microni. O altă aplicație a imaginilor radar este evaluarea
conținutul de umiditate al solurilor.
10.
Imagine prin satelit radarInterferometria radar detectează deformații de pe orbita aproape de Pământ
suprafața pământului în fracțiuni de centimetru. Această imagine arată deformațiile
apărute pe parcursul a câteva luni de dezvoltare a câmpului petrolier Belridge în
California. Bara de culoare arată decalaje verticale de la 0 (negru-albastru) la -
58 mm (roșu-maro). Prelucrarea a fost efectuată de Atlantis Scientific pe baza imaginilor ERS1
11.
Complex de teren pentru recepția și procesarea datelor de teledetecție
(NKPOD) este conceput pentru a primi date de teledetecție de la
nave spațiale, procesarea și depozitarea acestora.
Configurația NKPOD include:
complex de antene;
complex de recepție;
complex de sincronizare, înregistrare și structurală
recuperare;
pachete software.
Pentru a asigura raza maximă
revizuire
antenă
complex
ar trebui să
fi instalat astfel încât orizontul să fie
deschis din colturile cotei 2 grade. și mai sus în
orice direcție azimutală.
Pentru recepție de înaltă calitate, esențial
este o
absenta
interferențe radio
v
intervalul de la 8,0 la 8,4 GHz (transmisie
releu radio, troposferic și
alte linii de comunicare).
12.
Complex de sol pentru recepția și procesarea datelor de teledetecție (NKPOD)NKPOD oferă:
Formarea de aplicații pentru planificarea topografiei suprafeței pământului și recepție
date;
despachetarea informațiilor cu sortarea după rute și alocarea matricelor
informații video și informații despre servicii;
restaurarea structurii linie-linie a informațiilor video, decodare,
corecție radiometrică, filtrare, transformare dinamică
interval, formarea unei imagini de ansamblu și alte operații
procesare primară digitală;
analiza calitatii imaginilor obtinute folosind expert si
metode software;
catalogarea și arhivarea informațiilor;
corecția geometrică și georeferința imaginilor folosind date
asupra parametrilor mișcării unghiulare și liniare a navelor spațiale (SC) și/sau
puncte de control la sol;
acces licențiat la datele primite de la mulți sateliți ERS străini.
Software de control complex pentru antenă și recepție
îndeplinește următoarele funcții principale:
verificarea automată a funcționării părții hardware a NKPOD;
calculul orarului sesiunilor de comunicare, adică trecerea satelitului prin zona de vizibilitate
NKPOD;
activarea automată a NKPOD și recepția datelor în conformitate cu
programa;
calculul traiectoriei satelitului şi controlul complexului de antene pt
urmărire prin satelit;
formatarea fluxului de informații primit și înregistrarea acestuia pe hard
disc;
indicarea stării curente a sistemului și a fluxului de informații;
întreținerea automată a jurnalelor de lucru.
13.
Principalele domenii de aplicare ale sistemelor de satelit ale lumii
poziționare pentru suportul geoinformatic al întreprinderilor
sectorul petrolului și gazelor:
dezvoltarea rețelelor de referință geodezică de toate nivelurile de la global la
topografie, precum și efectuarea de lucrări de nivelare în scopul geodeziei
asigurarea activitatilor intreprinderilor;
asigurarea extragerii mineralelor (exploatare la aer liber, foraj
munca etc.);
suport geodezic al construcției, montarea conductelor,
cabluri, pasageri, linii de transport electric și alte lucrări de inginerie și aplicații;
lucrări de topografie;
lucrări de salvare și prevenire (suport geodezic pt
dezastre și catastrofe);
studii de mediu: grilaj de scurgere de petrol, evaluare
zonele de scurgeri de petrol și determinarea direcției de mișcare a acestora;
fotografiere și cartografiere de toate tipurile - topografice, speciale,
tematică;
integrare cu GIS;
aplicare în servicii de dispecerizare;
navigație de toate tipurile - aerian, maritim, terestră.
14.
Dispozitivul și aplicarea sistemelor de satelit ale lumiipoziționare în industria petrolului și gazelor
SGPS existent: GPS, GLONASS, Beidou, Galileo, IRNSS
Elementele principale ale unui sistem de navigație prin satelit:
15.
GLONASSSistemul se bazează pe 24 de sateliți (și 2 în așteptare) care se deplasează
suprafața Pământului în trei planuri orbitale cu o înclinare a orbitalului
avioane 64,8 ° și o înălțime de 19 100 km
greutate - 1415 kg,
garantat
termen
activ
existență - 7 ani,
caracteristici - 2 semnale pentru civili
consumatori,
pe
comparaţie
cu
însoțitori
generația anterioară („Glonass”)
precizia de pozitionare
obiectele au crescut de 2,5 ori,
unitate de alimentare - 1400 W,
începerea testelor de zbor - 10 decembrie
anul 2003.
computer digital de bord intern bazat pe
microprocesor cu sistem de comandă VAX
11/750
greutate - 935 kg,
garantat
termen
activ
existență - 10 ani,
noi semnale de navigație în format
Sisteme compatibile cu formatul CDMA
GPS / Galileo / Busolă
prin adăugarea unui semnal CDMA în interval
L3, acuratețea definițiilor de navigare în
Formatul GLONASS se va dubla
comparativ cu sateliții „Glonass-M”.
aparat complet rusesc, absent
aparate din import.
16.
Precizie GLONASSConform datelor SDKM din 22 iulie 2011, erori de navigare
Definițiile GLONASS în longitudine și latitudine au fost 4,46-7,38 m la
folosind o medie de 7-8 nave spațiale (în funcție de punctul de recepție). La acelasi
Timpii de eroare GPS au fost 2,00-8,76 m atunci când a fost utilizat în medie 6-11
KA (în funcție de punctul de recepție).
Când ambele sisteme de navigație sunt utilizate împreună, erori
sunt 2,37-4,65 m atunci când se utilizează o medie de 14-19 nave spațiale (in
în funcţie de punctul de recepţie).
Compoziția grupului KNS GLONASS la 13.10.2011:
Total OG GLONASS
28 de nave spațiale
Folosite în scopul propus
21 de nave spațiale
În stadiul de intrare în sistem
2 nave spațiale
Retras temporar la
întreținere
4 CA
Rezervă orbitală
1 navă spațială
În stadiul de deconectare
-
17.
Echipament pentru recepţionarea semnalelor GLONASSEcran Glospace Navigator cu
afişând planul străzilor Moscovei în
proiecția și indicarea perspectivei
locația observatorului
NAP „GROT-M” (NIIKP, 2003)
una dintre primele mostre
18.
GPSSistemul se bazează pe 24 de sateliți (și 6 în așteptare) care se deplasează
suprafața Pământului cu o frecvență de 2 rotații pe zi în 6 orbitale circulare
traiectorii (4 sateliți în fiecare), aproximativ 20.180 km înălțime cu o înclinare
planuri orbitale 55 °
Satelit GPS pe orbită
19.
Echipament de recepție a semnalului GPS20.
Tipuri de echipamente pentru recepția semnalului SGPSnavigator (ora exactă; orientarea către punctele cardinale; înălțimea deasupra nivelului
mări; direcția către un punct cu coordonatele specificate de utilizator; curent
viteza, distanta parcursa, viteza medie; poziţia curentă pe
harta electronică a zonei; pozitia curenta fata de traseu);
tracker (GPS / GLONASS + GSM, transmite date despre locație și mișcare,
nu afișează harta pe echipamentul client - doar pe server);
logger (tracker fără modul GSM, înregistrează datele de mișcare).
navigator
tracker
logger
Satelitul ERS „Resurs-P”
Teledetecția Pământului (ERS) - observarea suprafeței de către vehicule aviatice și spațiale echipate cu diverse tipuri de echipamente de imagistică. Intervalul de lucru al lungimilor de undă primite de echipamentul de imagistică variază de la fracțiuni de micrometru (radiație optică vizibilă) la metri (unde radio). Metodele de detectare pot fi pasive, adică să utilizeze radiația termică naturală reflectată sau secundară a obiectelor de pe suprafața Pământului, cauzată de activitatea solară, și active, folosind radiația stimulată a obiectelor inițiată de o sursă artificială de acțiune direcțională. Datele ERS obținute de la (SC) se caracterizează printr-un grad ridicat de dependență de transparența atmosferei. Prin urmare, nava spațială folosește echipamente multicanal de tipuri pasive și active, care înregistrează radiații electromagnetice în diferite intervale.
Echipamentul ERS al primei nave spațiale lansate în anii 1960 și 1970. era de tipul urmei - proiecția zonei de măsurare pe suprafața Pământului era o linie. Mai târziu, au apărut și s-au răspândit echipamentele panoramice ERS - scanere, proiecția zonei de măsurare pe suprafața Pământului este o bandă.
Navele spațiale pentru teledetecția Pământului sunt folosite pentru a studia resursele naturale ale Pământului și pentru a rezolva probleme meteorologice. Navele spațiale pentru studiul resurselor naturale sunt echipate în principal cu echipamente optice sau radar. Avantajele acestuia din urmă sunt că permite observarea suprafeței Pământului în orice moment al zilei, indiferent de starea atmosferei.
revizuire generală
Teledetecția este o metodă de obținere a informațiilor despre un obiect sau fenomen fără contact fizic direct cu acest obiect. Teledetecția este o subsecțiune a geografiei. În sensul modern, termenul se referă în principal la tehnologiile de detectare aeropurtată sau spațială în scopul detectării, clasificării și analizei obiectelor de pe suprafața pământului, precum și a atmosferei și oceanului, folosind semnale propagate (de exemplu, radiații electromagnetice). Acestea sunt împărțite în teledetecție activă (semnalul este emis mai întâi de o aeronavă sau un satelit spațial) și pasiv (se înregistrează doar semnalul din alte surse, de exemplu, lumina soarelui).
Senzorii pasivi de teledetecție înregistrează un semnal emis sau reflectat de un obiect sau de un teritoriu adiacent. Lumina solară reflectată este cea mai frecvent utilizată sursă de radiație, detectată de senzorii pasivi. Exemple de teledetecție pasivă sunt fotografia digitală și de film, dispozitivele în infraroșu, cuplate cu încărcare și radiometrele.
Dispozitivele active, la rândul lor, emit un semnal pentru a scana obiectul și spațiul, după care senzorul este capabil să detecteze și să măsoare radiația reflectată sau generată prin retroîmprăștiere de către ținta de detectare. Exemple de senzori activi de teledetecție sunt radarul și lidarul, care măsoară timpul de întârziere dintre emiterea și înregistrarea semnalului returnat, determinând astfel locația, viteza și direcția unui obiect.
Teledetecția oferă posibilitatea de a obține date despre obiecte periculoase, greu accesibile și care se mișcă rapid și, de asemenea, permite observații pe suprafețe mari de teren. Exemple de aplicații de teledetecție includ monitorizarea defrișărilor (de exemplu, în bazinul Amazonului), starea ghețarilor din Arctica și Antarctica și măsurarea adâncimii oceanului folosind multe. Teledetecția înlocuiește, de asemenea, metodele costisitoare și relativ lente de colectare a informațiilor de pe suprafața Pământului, garantând în același timp noninterferența umană în procesele naturale din teritoriile sau obiectele observate.
Cu navele spațiale care orbitează, oamenii de știință au capacitatea de a colecta și transmite date în diverse intervale ale spectrului electromagnetic, care, combinate cu măsurători și analize aeriene și terestre mai mari, oferă spectrul de date necesar pentru a monitoriza evenimentele și tendințele actuale, cum ar fi El Niño. si altele.fenomene naturale, atat pe termen scurt cat si pe termen lung. Teledetecția este de asemenea de valoare aplicată în domeniul geoștiințelor (de exemplu, managementul naturii), agriculturii (utilizarea și conservarea resurselor naturale), securității naționale (monitorizarea zonelor de frontieră).
Tehnici de achizitie a datelor
Scopul principal al studiilor multispectrale și al analizei datelor obținute este obiectele și teritoriile care emit energie, ceea ce le permite să fie distinse pe fundalul mediului. O prezentare generală a sistemelor de teledetecție prin satelit poate fi găsită în tabelul de prezentare generală.
În general, cel mai bun moment pentru a obține date prin metode de teledetecție este ora de vară (în special, în aceste luni unghiul soarelui este cel mai mare deasupra orizontului și ziua este cea mai lungă). O excepție de la această regulă este achiziția de date folosind senzori activi (de exemplu, Radar, Lidar), precum și date termice în intervalul lung de undă. În imaginile termice, în care senzorii măsoară energia termică, este mai bine să folosiți intervalul de timp în care diferența de temperatură a solului și temperatura aerului este cea mai mare. Astfel, cele mai bune perioade pentru aceste metode sunt în lunile mai reci, precum și cu câteva ore înainte de zori în orice moment al anului.
În plus, mai sunt câteva considerații de luat în considerare. Cu ajutorul radarului, de exemplu, este imposibil să obțineți o imagine a suprafeței goale a pământului cu strat gros de zăpadă; acelaşi lucru se poate spune despre lidar. Cu toate acestea, acești senzori activi sunt insensibili la lumină (sau lipsa acesteia), făcându-i o alegere excelentă pentru aplicații la latitudine mare (de exemplu). În plus, atât radarul, cât și lidarul sunt capabili (în funcție de lungimile de undă utilizate) să imagineze suprafața de sub un baldachin de pădure, făcându-le utile în regiunile foarte îngrozite. Pe de altă parte, metodele de achiziție a datelor spectrale (atât metodele stereo, cât și metodele multispectrale) sunt aplicabile în principal în zilele însorite; datele colectate în condiții de lumină scăzută tind să aibă un raport semnal-zgomot scăzut, ceea ce face dificilă procesarea și interpretarea. În plus, în timp ce imaginile stereo sunt capabile să afișeze și să identifice vegetația și ecosistemele, cu această metodă (ca și în cazul detectării multi-spectrale) este imposibil să pătrundă sub corona copacilor și să obțină imagini ale suprafeței pământului.
Aplicații de teledetecție
Teledetecția este utilizată cel mai frecvent în agricultură, geodezie, cartografiere, monitorizarea suprafeței pământului și a oceanului, precum și a straturilor atmosferei.
Agricultură
Cu ajutorul sateliților, imagini ale câmpurilor, regiunilor și districtelor individuale pot fi obținute cu siguranță într-o manieră ciclică. Utilizatorii pot primi informații valoroase despre starea terenului, inclusiv identificarea culturii, definirea zonei de cultură și starea culturii. Datele din satelit sunt folosite pentru a controla și monitoriza cu precizie performanța agricolă la diferite niveluri. Aceste date pot fi utilizate pentru optimizarea agriculturii și managementul orientat spațial al operațiunilor tehnice. Imaginile pot ajuta la determinarea locației culturilor și a gradului de epuizare a terenurilor și pot fi apoi utilizate pentru a dezvolta și implementa un plan de tratare pentru a optimiza utilizarea locală a substanțelor chimice agricole. Principalele aplicații agricole ale teledetecției sunt următoarele:
- vegetație:
- clasificarea tipurilor de culturi
- evaluarea stării culturilor (monitorizarea culturilor, evaluarea daunelor)
- evaluarea randamentului
- pamantul
- afișarea caracteristicilor solului
- afișarea tipului de sol
- eroziunea solului
- umiditatea solului
- prezentarea practicii de prelucrare a solului
Monitorizarea acoperirii forestiere
Teledetecția este, de asemenea, utilizată pentru a monitoriza acoperirea pădurii și identificarea speciilor. Hărțile astfel obținute pot acoperi o suprafață mare, afișând în același timp măsurători detaliate și caracteristici ale zonei (tip de arbore, înălțime, densitate). Folosind datele de teledetecție, este posibilă identificarea și delimitarea diferitelor tipuri de pădure care ar fi dificil de realizat folosind metode tradiționale pe suprafața pământului. Datele sunt disponibile într-o varietate de scări și rezoluții pentru a se potrivi cerințelor locale sau regionale. Cerințele pentru detaliile afișajului terenului depind de scara studiului. Pentru a afișa modificările acoperirii pădurii (textură, densitatea frunzelor), aplicați:
- imagini multispectrale: sunt necesare date cu rezoluție foarte mare pentru a identifica cu precizie speciile
- mai multe imagini ale aceluiași teritoriu sunt folosite pentru a obține informații despre schimbările sezoniere de diferite tipuri
- stereofotografii - pentru diferențierea speciilor, evaluarea densității și înălțimii copacilor. Fotografiile stereo oferă o vedere unică a pădurii, accesibilă numai prin tehnologia de teledetecție
- Radarele sunt utilizate pe scară largă în tropicele umede datorită capacității lor de a obține imagini în toate condițiile meteorologice
- Lidars vă permite să obțineți o structură tridimensională a pădurii, pentru a detecta schimbările în înălțimea suprafeței pământului și a obiectelor de pe aceasta. Datele Lidar ajută la estimarea înălțimii copacilor, a suprafețelor coroanei și a numărului de copaci pe unitate de suprafață.
Monitorizarea suprafeței
Monitorizarea suprafeței este una dintre cele mai importante și tipice aplicații pentru teledetecție. Datele obținute sunt folosite pentru a determina starea fizică a suprafeței pământului, de exemplu, pădurile, pășunile, suprafețele drumurilor etc., inclusiv rezultatele activităților umane, cum ar fi peisajul din zonele industriale și rezidențiale, starea zonelor agricole , etc. Inițial, ar trebui stabilit un sistem de clasificare a acoperirii terenului, care include de obicei niveluri și clase de teren. Nivelurile și notele ar trebui dezvoltate ținând cont de scopul utilizării (național, regional sau local), rezoluția spațială și spectrală a datelor de teledetecție, cererea utilizatorului și așa mai departe.
Detectarea schimbărilor în starea suprafeței pământului este necesară pentru actualizarea hărților de acoperire a solului și raționalizarea utilizării resurselor naturale. Modificările se găsesc de obicei atunci când se compară mai multe imagini care conțin mai multe straturi de date și, în unele cazuri, se compară hărți vechi și imagini actualizate de teledetecție.
- schimbare sezonieră: terenurile agricole și pădurile de foioase se modifică sezonier
- modificări anuale: modificări ale suprafeței terenului sau ale zonei de utilizare a terenului, cum ar fi defrișarea sau extinderea urbană
Informațiile despre suprafața terenului și modificările naturii acoperirii vegetale sunt direct necesare pentru determinarea și implementarea politicilor de protecție a mediului și pot fi utilizate împreună cu alte date pentru a efectua calcule complexe (de exemplu, pentru a determina riscurile de eroziune) .
Geodezie
Colectarea datelor de inspecție aeriană a fost folosită pentru a detecta submarine și pentru a obține date gravitaționale utilizate pentru a construi hărți militare. Aceste date reprezintă nivelurile de perturbări instantanee ale câmpului gravitațional al Pământului, care pot fi folosite pentru a determina modificări în distribuția maselor Pământului, care la rândul lor pot fi necesare pentru diverse studii geologice.
Aplicații acustice și aproape acustice
- Sonar: sonar pasiv, înregistrează undele sonore emanate de la alte obiecte (navă, balenă etc.); sonarul activ, emite impulsuri de unde sonore și înregistrează semnalul reflectat. Folosit pentru a detecta, localiza și măsura parametrii obiectelor subacvatice și ai terenului.
- Seismografele sunt un dispozitiv special de măsurare care este folosit pentru a detecta și înregistra toate tipurile de unde seismice. Cu ajutorul seismogramelor luate în diferite locuri ale unui anumit teritoriu, este posibil să se determine epicentrul unui cutremur și să se măsoare amplitudinea acestuia (după ce acesta a avut loc) prin compararea intensităților relative și timpul exact al oscilațiilor.
- Ultrasunete: Senzori cu ultrasunete care emit impulsuri de înaltă frecvență și înregistrează semnalul reflectat. Folosit pentru a detecta valurile de apă și pentru a determina nivelul apei.
La coordonarea unei serii de observații la scară largă, majoritatea sistemelor de detectare depind de următorii factori: locația platformei și orientarea senzorilor. Instrumentele de înaltă calitate din zilele noastre folosesc adesea informații de poziție de la sistemele de navigație prin satelit. Rotația și orientarea sunt adesea determinate de busole electronice cu o precizie de aproximativ unul până la două grade. Compasele pot măsura nu numai azimutul (adică, gradul de abatere de la nordul magnetic), ci și altitudinea (valoarea abaterii de la nivelul mării), deoarece direcția câmpului magnetic în raport cu Pământul depinde de latitudinea la care se efectuează observația. are loc. Pentru o orientare mai precisă este necesară utilizarea navigației inerțiale, cu corecții periodice prin diverse metode, inclusiv navigarea prin stele sau repere cunoscute.
Prezentare generală a principalelor instrumente de teledetecție
- Radarele sunt utilizate în principal în sistemele de control al traficului aerian, sistemele de avertizare timpurie, monitorizarea acoperirii forestiere, agricultură și pentru obținerea de date meteorologice la scară largă. Radarul Doppler este folosit de organele de drept pentru a monitoriza viteza vehiculelor, precum și pentru a obține date meteorologice privind viteza și direcția vântului, locația și intensitatea precipitațiilor. Alte tipuri de informații obținute includ date despre gazul ionizat din ionosferă. Radarul interferometric cu deschidere artificială este utilizat pentru a obține modele digitale precise de elevație ale unor zone mari de teren.
- Altimetrele laser și radar prin satelit oferă o gamă largă de date. Măsurând fluctuațiile nivelului apei oceanului cauzate de gravitație, aceste instrumente afișează topografia fundului mării cu o rezoluție de ordinul unei mile. Măsurând înălțimea și lungimea de undă a valurilor oceanului cu altimetre, puteți afla viteza și direcția vântului, precum și viteza și direcția curenților oceanici de suprafață.
- Senzorii cu ultrasunete (acustici) și radar sunt utilizați pentru a măsura nivelul mării, fluxul și refluxul și pentru a determina direcția valurilor în regiunile de coastă ale mării.
- Tehnologia Light Detection and Ranging (LIDAR) este bine cunoscută pentru aplicațiile sale în domeniul militar, în special în navigarea cu laser a proiectilelor. LIDAR este, de asemenea, folosit pentru a detecta și măsura concentrația diferitelor substanțe chimice din atmosferă, în timp ce LIDAR la bordul unei aeronave poate fi folosit pentru a măsura înălțimea obiectelor și fenomenelor de la sol cu o precizie mai mare decât se poate obține cu tehnologia radar. Teledetecția vegetației este, de asemenea, una dintre principalele aplicații ale LIDAR.
- Radiometrele și fotometrele sunt cele mai frecvente instrumente utilizate. Ele captează radiația reflectată și emisă pe o gamă largă de frecvențe. Cei mai des întâlniți sunt senzorii vizibili și infraroșii, urmați de microunde, senzori de raze gamma și, mai rar, senzori de ultraviolete. Aceste instrumente pot fi folosite și pentru a detecta spectrul de emisie al diferitelor substanțe chimice, oferind date despre concentrația acestora în atmosferă.
- Imaginile stereo din fotografia aeriană sunt adesea folosite pentru a sonda vegetația de pe suprafața Pământului, precum și pentru a genera hărți topografice în dezvoltarea unor potențiale rute prin analiza imaginilor de teren, combinate cu modelarea caracteristicilor mediului obținute prin metode terestre.
- Platformele multispectrale precum Landsat au fost utilizate activ din anii 1970. Aceste instrumente au fost folosite pentru a genera hărți tematice prin imagistica de lungimi de undă multiple ale spectrului electromagnetic (multi-spectru) și sunt utilizate de obicei pe sateliții de observare a Pământului. Exemple de astfel de misiuni includ programul Landsat sau satelitul IKONOS. Hărțile de acoperire și utilizare a terenurilor obținute prin cartografiere tematică pot fi utilizate pentru explorarea minerală, detectarea și monitorizarea utilizării terenurilor, defrișările și studiul sănătății plantelor și culturilor, inclusiv a unor suprafețe vaste de teren agricol sau pădure. Imaginile satelitare Landsat sunt utilizate de autoritățile de reglementare pentru a monitoriza parametrii de calitate a apei, inclusiv adâncimea Secchi, densitatea clorofilei și fosforul total. Sateliții meteorologici sunt folosiți în meteorologie și climatologie.
- Imaginile spectrale produc imagini în care fiecare pixel conține informații spectrale complete, afișând intervale spectrale înguste într-un spectru continuu. Dispozitivele de imagistică spectrală sunt folosite pentru a rezolva diverse probleme, inclusiv cele utilizate în mineralogie, biologie, afaceri militare și măsurători ale parametrilor de mediu.
- În cadrul luptei împotriva deșertificării, teledetecția permite observarea pe termen lung a zonelor care sunt expuse riscului, determinarea factorilor deșertificării, evaluarea profunzimii impactului acestora, precum și furnizarea informațiilor necesare celor responsabili cu luarea deciziilor privind adoptarea unor măsuri adecvate de protecţie a mediului.
Procesarea datelor
În cazul teledetecției, de regulă, se utilizează procesarea digitală a datelor, deoarece în acest format sunt primite în prezent datele de teledetecție. Într-un format digital, este mai ușor să procesați și să stocați informații. O imagine bidimensională într-un interval spectral poate fi reprezentată ca o matrice (matrice bidimensională) de numere eu (i, j), fiecare dintre acestea reprezintă intensitatea radiației primite de senzor de la un element al suprafeței Pământului, care corespunde unui pixel din imagine.
Imaginea este formată din n x m pixeli, fiecare pixel are coordonate (i, j)- numărul rândului și numărul coloanei. Număr eu (i, j)- întreg și se numește nivelul de gri (sau luminozitatea spectrală) a pixelului (i, j)... Dacă imaginea este obținută în mai multe intervale ale spectrului electromagnetic, atunci este reprezentată de o rețea tridimensională constând din numere eu (i, j, k), Unde k Este numărul canalului spectral. Din punct de vedere matematic, nu este dificil să procesezi datele digitale obținute sub această formă.
Pentru a reproduce corect imaginea pe înregistrările digitale furnizate de punctele de recepție a informațiilor, este necesar să se cunoască formatul de înregistrare (structura datelor), precum și numărul de rânduri și coloane. Sunt utilizate patru formate care ordonează datele astfel:
- succesiune de zone ( Band Secvental, BSQ);
- zone alternând de-a lungul liniilor ( Band Interleaved by Line, BIL);
- zone alternând în pixeli ( Banda intercalată de Pixel, BIP);
- o secvență de zone cu comprimarea informațiilor într-un fișier prin metoda de codificare de grup (de exemplu, în format jpg).
V BSQ-format fiecare imagine de zonă este conținută într-un fișier separat. Acest lucru este convenabil atunci când nu este nevoie să lucrați cu toate zonele simultan. O zonă este ușor de citit și de vizualizat, imaginile zonei pot fi încărcate în orice ordine doriți.
V BIL-format datele zonale sunt scrise într-un fișier linie cu linie, în timp ce zonele alternează de-a lungul liniilor: prima linie a primei zone, prima linie a celei de-a doua zone, ..., a doua linie a primei zone, a doua linie a a doua zonă etc. O astfel de înregistrare este convenabilă atunci când toate zonele sunt analizate simultan.
V BIP-format valorile zonale ale luminozității spectrale ale fiecărui pixel sunt stocate secvențial: mai întâi, valorile primului pixel din fiecare zonă, apoi valorile celui de-al doilea pixel din fiecare zonă etc. Acest format se numește combinat . Este convenabil când se efectuează procesarea pixel-cu-pixel a unei imagini cu mai multe zone, de exemplu, în algoritmii de clasificare.
Codarea grupului folosit pentru a reduce cantitatea de informații raster. Astfel de formate sunt convenabile pentru stocarea imaginilor mari; pentru a lucra cu ele, trebuie să aveți un mijloc de despachetare a datelor.
Fișierele imagine sunt de obicei însoțite de următoarele informații suplimentare legate de instantanee:
- descrierea fișierului de date (format, număr de rânduri și coloane, rezoluție etc.);
- date statistice (caracteristicile distribuției luminozității - valoare minimă, maximă și medie, varianță);
- date de proiecție pe hartă.
Informații suplimentare sunt conținute fie în antetul fișierului imagine, fie într-un fișier text separat cu același nume ca fișierul imagine.
În funcție de gradul de complexitate, următoarele niveluri de procesare CW oferite utilizatorilor diferă:
- 1A - Corecția radiometrică a distorsiunilor cauzate de diferențele de sensibilitate ale senzorilor individuali.
- 1B - corecția radiometrică la nivelul de procesare 1A și corecția geometrică a distorsiunilor sistematice ale senzorului, inclusiv distorsiunile panoramice, distorsiunile cauzate de rotația și curbura Pământului, fluctuațiile de altitudine a orbitei satelitului.
- 2A prezintă corecția imaginii la nivelul 1B și corecția în conformitate cu o proiecție geometrică dată fără utilizarea punctelor de control la sol. Pentru corecția geometrică, un model digital global de elevație ( DEM, DEM) cu pasul de 1 km pe sol. Corecția geometrică utilizată elimină distorsiunile sistematice ale senzorului și proiectează imaginea într-o proiecție standard ( UTM WGS-84), folosind parametri cunoscuți (date efemeride satelit, poziție spațială etc.).
- 2B - corecția imaginii la nivelul 1B și corecția în conformitate cu o proiecție geometrică dată folosind puncte de control la sol;
- 3 - corectarea imaginii la nivel 2B plus corecția folosind teren DEM (ortorectificare).
- S - corectarea imaginii folosind imaginea de referință.
Calitatea datelor obținute din teledetecție depinde de rezoluția lor spațială, spectrală, radiometrică și temporală.
Rezolutie spatiala
Se caracterizează prin dimensiunea unui pixel (pe suprafața Pământului) înregistrat într-o imagine raster - de obicei variind de la 1 la 4000 de metri.
Rezoluție spectrală
Datele Landsat includ șapte benzi, inclusiv spectrul infraroșu, variind de la 0,07 la 2,1 µm. Senzorul Hyperion al Earth Observing-1 este capabil să înregistreze 220 de benzi spectrale de la 0,4 la 2,5 µm, cu o rezoluție spectrală de 0,1 până la 0,11 µm.
Rezoluție radiometrică
Numărul de niveluri de semnal pe care senzorul le poate înregistra. De obicei variază de la 8 la 14 biți, oferind 256 până la 16.384 de niveluri. Această caracteristică depinde și de nivelul de zgomot din instrument.
Permisiune temporară
Frecvența zborului satelitului peste suprafața de interes. Relevant atunci când se examinează o serie de imagini, de exemplu, când se studiază dinamica pădurilor. Inițial, analiza seriei a fost efectuată pentru nevoile de informații militare, în special, pentru a urmări schimbările în infrastructură, mișcările inamicului.
Pentru a crea hărți precise pe baza datelor de teledetecție, este necesară o transformare care înlătură distorsiunile geometrice. O imagine a suprafeței Pământului cu un dispozitiv îndreptat drept în jos conține o imagine nedistorsionată doar în centrul imaginii. Pe măsură ce vă deplasați la margini, distanțele dintre punctele de pe imagine și distanțele corespunzătoare de pe Pământ devin din ce în ce mai diferite. Corectarea unor astfel de distorsiuni se realizează în timpul procesului de fotogrammetrie. De la începutul anilor 1990, majoritatea imaginilor comerciale prin satelit au fost vândute deja corectate.
În plus, poate fi necesară corecția radiometrică sau atmosferică. Corecția radiometrică convertește nivelurile de semnal discret, de exemplu de la 0 la 255, în valorile lor fizice adevărate. Corecția atmosferică înlătură distorsiunea spectrală introdusă de prezența atmosferei.
