Способ дистанционного зондирования атмосферы и подстилающей поверхности земли

 

СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ И ПОДСТИЛАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ, заключающийся в поэлементном приеме оптического и радиотеплового излучений с направлений, лежащих в плоскости, ортогональной траектории движения летательного аппарата, формировании первого видеосигнала , пропорционального интенсивноЪти оптического излучения, и запоминании его,-формировании второго видеосигнала , пропорционального интенсивности радиотеплового излучения, и запоминании его, излучении зондирующих импульсов радиолокатора сантиметрового диапазона в плоскости, ортогональной траектории движения летательного аппарата, приеме отра-. женной энергии, формировании пропорционального ей третьего видеосигнала и запоминании его, последовательной передаче первого, второго и третьего видеосигналов в наземный , пункт, приеме их и фоторегистрации на фотоносителе, при этом о метеороло1ических характеристиках подстилающей поверхности и атмосферы судят по результатам анализа изображений оптического, радиотеплового и радиолокационного датчиков, отличающийся тем, что, с целью ускорения процесса получения метеорологических характеристик, сл осуществляют синхронное сканирова- ; 00 ние диахраммами направленности всех ю трех датчиков одних и тех же участков земной поверхности, а получаннциеся изображения от трех, датчиков регистрируют на одном и том же фотоносителе .

„„90„„ 1111582 A

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

rsn4 С 01 S 13/95

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ф г;

,г" г 1 г.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ,. .Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

l3/

4 Ег;, .

1 / (21) 3581264/40-23 (22) 11.03.83 (46) 30. 12. 86, Бюл. Ф 48 (71) Государственный научно-исследовательский центр изучения природных ресурсов и Институт радиофизики и. электроники АН УССР (72) В.П.Шестопалов, Ю.А.Афанасьев, Б.Е.Хмыров, А.С.Селиванов, А.И.Калмыков, В,П.Яковлев, Ю.М.Тучин, В.И.Драновский, А.Ю.Прозоровский, А.П.Пичугин, М.В.Бухаров, А.С.Курекин, В.Н.Цымбал, В.А.Комяк, К.В.Банков и В.Б.Ефимов

° ° ° ° °

53) 621. 396. 96: 621. 371 (088. 8) .

56) Надь Г.Н. Цифровая обработка изображений, полученных при дистанционном исследовании природных ресурсов. В сб. Распознавание образцов при помощи цифровых вычислительных машин/Под.. ред. Л.М.Хармона, М.:

Мир, 1974, с. 92-124.

Lame D.Â., Born. G.М., Dunne J.À., Spear А.J., Jamarone С.А. Seasai

performance evaluation. The first two steps.-ЕЕЕЕ Journal of Oceanic

Engineering, 1980, V ОЕ-5, Р2, р. 7273. (54)(57) СПОСОБДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ И ПОДСТИЛАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ, заключающийся в поэлементном приеме оптического и радиотеплового излучений с направлений, лежащих в плоскости, ортогональной траектории движения летательного аппарата, формировании первого видеосигнала, пропорционального интенсивности оптического излучения, и запоминании его, формировании второго видеосигнала, пропорционального интенсивности радиотеплового излучения, и запоминании его, излучении зондирующих импульсов радиолокатора сантиметрового диапазона в плоскости, ортогональной траектории движения летательного аппарата, приеме отра-. женной энергии, формировании пропорционального ей третьего видеосигнала и запоминании его, последовательной передаче первого, второго и третьего видеосигналов в наземный.пункт, приеме их и фоторегистрации на фотоносителе, при этом о метеорологических характеристиках подстилающей поверхности и атмосферы судят по результатам анализа Я изображений оптического, радиотеплового и радиолокационного датчиков, о т л и ч а ю m и и с я тем, что, с целью ускорения процесса получения метеоролбгических характеристик,. осуществляют синхронное сканирова- Ю йие диаграммами направленности всех .. трех датчиков одних и тех же участ- . 3Я ков земной поверхности, а получающиеся изображения от трех датчиков регистрируют на одном и том же фотоносителе..

11115S2

Изобретение относится к области метеорологического зондирования атмосферы и подстилающей поверхности

Земли, а именно к технике измерения рассеивания электромагнитного излу- 5 чения, и может быть использовано в спутниковых системах оперативного картографирования климатического сос" тояння земной поверхности и атмосфе10 ры.

Известен способ дистанционного картографирования земной поверхности, заключающийся в поэлементном приеме радиотеплового излучения с направлений, лежащих в плоскости, ортогональ"

15 ной траектории движения летательного аппарата, формировании первого видеосигнала, пропорционального интенсивности радиотеплового излучения, запоминании его, излучении эондирую20 щих импульсов радиолокатора сантиметрового диапазона в плоскости, ортогональной траектории движения летатель,ного аппарата, приеме отраженной энергии, формировании пропорционального ей второго видеосигнала и запоминании его, последовательной передаче первого и второго видеосигналов в наземный пункт приеме их и регистЭ

30 рации на отдельных фотоносителях, при этом о метеорологических характеристиках подстилающей поверхности судят по результатам анализа иэображений радиотеплового и радиолокационного датчиков. 35

Недостатком этого способа является отсутствие информации на полученных изображениях о состоянии атмосферы над зондируемыми участками зем-. 40 ной поверхности, так как электромагнитное излучение в радиодиапазоне слабо взаимодействует с атмосферными объектами типа облаков или тумана.

Наиболее близким техническим ре- 45 шением к данному изобретению является способ дистанционного зондирования атмосферы и подстилающей поверхности

Земли, заключающийся в поэлементном приеме оптического и радиотеплового 50 излучения с направлений, лежащих в плоскости, ортогональной траектории движения летательного аппарата, формировании первого видеосигнала, пропорционального интенсивности оптичес- 55 кого излучения, и запоминании его, формировании второго видеосигнала, пропорционального интейсивности радио,теплового излучения, и запоминании его, излучении зондирующих импульсов радиолокатора сантиметрового диапазона в плоскости, ортогональной траектории движения летательного аппарата, приеме отраженной энергии, формировани пропорционального ей третьего видеосигнала и запоминании его, последовательной передаче первого, второго и третьего видеосигналов в наземный пункт, приемЕ их и фоторегистрации на фотоносителе, при этом о метео. рологических характеристиках подстилающей поверхности и атмосферы судят по результатам анализа иэображений оптического, радиотеплового и радиолокационного датчиков.

Недостатком этого способа является длительная процедура анализа иэображения. Это связано с тем, что формирование изображений каждым иэ датчиков осуществляется независимо от других. В результате приходится осуществлять дополнительную обработку изображений по установлению соответст. вия между их элементами.

Целью изобретения является ускоре" ние процесса получения метеорологических характеристик.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе дистанционного зондирования атмосферы и подстилающей поверхности Земли, заключающемся I в поэлементном приеме оптического и радиотеплового излучений с направле-, ний, лежащих в плоскости, ортогональной траектории движения летательного аппарата, формировании первого видеосигнала, пропорционального интенсивности оптического излучения, и запоми" нанни его, формировании второго видеосигнала, пропорционального интенсивности радиотеплового излучения, и запоминании его, излучении зондирующих импульсов радиолокатора сантиметрового диапазона в плоскости, ортогональной траектории движения летательного аппарата, приеме отраженной энергии, формировании пропорционального ей третьего видеосигнала и запоминании его, последовательной передаче первого, второго и третьего видеосигналов в наземный пункт, приеме их и фоторегистрации на фотоносителе, при этом о метеорологических характеристиках подстилающей поверхности и атмосферы судят по результатам анализа изображений оптического, радиотеплового и радиолокационного датчиков, 1111582.дополнительно осуществляют синхронное сканирование диаграммами направленности всех трех датчиков одних и тех же участков земной поверхности, а получающиеся изображения от трех датчиков регистрируют на одном и том же фотоносителе.

Сущность способа заключается в следующем.

В процессепериодически повторяюще- 10 гооя поэлементного приема одновременно оптического излучения на длине волны близкой к 1 мкм,теплового излучения на длине волны 0,8 сми рассеянного обратно излучения на длине волны 3,2 см осуществляется преобразование принятых излучений соответственно в первый, второй и третий электрические сигналы, пропорциональные интенсивности принятых излучений. далее из первого 20 электрического сигнала формируется видеосигнал строки, второй электрический сигнал запоминается, а третий электрический сигнал селектируется по времени, в результате чего формируются его выборки, соответствующие различным элементам строки обзора подстилающей поверхности, значение каждой из выборок усредняется по нескольким принятым импульсам обратного @ излучения, а усредненные значения выборок запоминаются. г

Передача видеосигнала строк осуществляется в следующей последовательности. Первым передается запомнен-35 ный второй электрический сигнал, соответствующий одной строке приема радиотеплового излучения. Вторыми передаются запомненные усредненные значения выборок, соответствующие той 40 же строке приема рассеянного обратно излучения. Третьим передается видео-. сигнал этой же строки приема оптического излучения, после чего указанная последовательность повторяется. 45

В результате приема передаваемого видеосигнала и ез о фоторегистрации на одном фотоносителе формируются три изображения одного участка подстилаю» щей поверхности, полученные соответст 50 венно в СВЧ н оптическом диапазонах спектра электромагнитного излучения.

Полученное комплексное изображение позволяет идентифицировать различные типы подстилающих поверхностей (ледо- 55 вых покровов, поверхности океана и участков суши), определять их характеристики (возраст льда, волнение океана, состояние посевов и т.д.). Каждым из указанных средств порознь однозначно характеризовать состояние поверхности не удается. Например, прн определении приводного ветра радио.— локатор реагирует на спектральную плотность ряби, а радиометр ".на пену, образующуюся на поверхности моря из-за обрушивания крупных волн, оптическая же система позволяет уточнить процент поверхности моря, занятой пеной.

На чертеже представлена структурная схема системы, реализующая спо" соб оперативного дистанционного зондирования.

Система, реализующая способ оперативного дистанционного зондирования, состоит из радиолокационной станции бокового обзора (РЛС БО) 1; сканирующего радиометра (РМ) 2, оптического сканирующего устройства (ОСУ) 3, первого 4 и второго 5 аналого-цифровых преобразователей (АЦП), блока формирования видеосигнала строк 6, накопителя 7, первого 8 и второго 9 оперативных запоминающих устройств (ОЗУ), цифроаналогового преобразователя (UhII) 10, коммутатора 11, блока управления 12, передатчика !3, последовательно соединенных приемного устройства 14 и фоторегистратора 15. Причем выход РЛС БО через первый АЦП 4, накопитель 7 и первое ОЗУ 8 соединен с входом ЦАП 10, с которым через второй АЦП 5 и второе ОЗУ 9 также соединен выход PM 2. Выход ЦАП 10 соединен с первым входом коммутатора 11. Выход

ОСУ. 3 через блок формирования видеосигнала строк 6 соединен с вторым входом коммутатора 11, выход которого соединен .с входом передатчика 13, а одиннадцать выходов блока управления

12 соединены с управляющими входами соответственно первых одиннадцати блоков системы.

Система, реализующая данный способ, работает следующим образом.

РЛС БО 1 излучает зондирующие импульсы СВЧ-диапазона (например, на длине волны 3,2 см) в плоскости, ортогональной траектории полета спутника, и принимает рассеянное обратно иэлучейие (в дианазоне углов места например, 20-50 ), формируя íà csoeM ыходе третий электрический сигнал, пропорциональный интенсивности принятого излучения. Одновременно с этих же направлений с помощью сканирующего

1111582, радиометра 2 осуществляется периодический прием, например, горизон:тально поляризованной компоненты теплового излучения на длине волны

0,8 см, а с помощью ОСУ 3 " прием оптического излучения, например, на длине волны, близкой к 1 мкм. При этом на выходах ОСУ 3 и PM 2 формируются соответственно первый и второй электрические сигналы, пропорциональные интенсивности принятых излучений.

Третий электрический сигнал, пройдя через АЦП 4, где в результате аналого-цифрового преобразования осуществляется его селекция по времени, и накопитель 7, усредняющий по нескольким принятым импульсам сформированные значения выборок, 20 поступает на ОЗУ 8, запоминающее усредненные значения выборок с целью сохранения их в памяти до момента передачи.

Второй электрический сигнал. пройдя через второй АЦП 5, также формирующий выборки этого сигнала, поступает на вход второго ОЗУ 9, выборки запоминаются в цифровом виде до их передачи потребителю. Первый электрический сигнал, пройдя через блок формирования видеосигнала строк 6 (аналогичный имеющемуся в системе, реализующей способ-,прототип), сразу пос- 35 тупает на второй вход коммутатора 11.

Qo командам с блока управления 12, задающего необходимые последователь ности импульсов, вход передатчика 13, работающего на частоте 137,5 МГц, 40 через коммутатор 11 периодически подключается либо к выходу ЦАП .10, формирующего аналоговый сигнал, либо к выходу блока формирования строк 6.

Причем в случае, когда на вход пере- 45 датчика сигнала последовательно поступают запомненные в ОЗУ 9 выборки второго электрического сигнала, а затем запомненные в ОЗУ 8 выборки, третьего электрического сигнала, блок управления 12 посредством выдачи командных импульсов на первые одиннадцать блоков системы обеспечивает полную синхронность и требуемую последовательность их работы.

С выхода передатчика 13 сигнал через приемник 14 поступает на вход фоторегистратора 15, при этом в процессе фоторегистрации каждой строки будут последовательно поступать выборки. второго электрического сигнала, соответствующие одной строке приема теплового излучения СВЧ-диапазона, затем третьего электрического сигнала, соответствующие одной строке приема рассеянного обратного излучения, и наконец видеосигнал, соответствующий строке приема оптического излучения. В результате на одном фото. носителе формируются три пространственно совпадающих и имеющих одинаковый масштаб иэображения, получаемых по результатам дистанционного зондирования сканирующего радиометра 1, РЛС БО и оптического сканирующего устройства.

Работа фоторегистратора 15 продолжается в течение всего времени работы передатчика 13 в зоне радиовидимости приемного устройства 14, после чего фотоноситель, например фотопленка, проявляется и полученная информация готова к ее анализу и использованию потребителем.

По сравнению с известным предложенный способ дистанционного зондиро,вания на требует устанавливать соот-, ветствие между элементами.иэображений, полученных различными датчи.ками, и, следовательно позволяет ускорить процесс получения метеорологических характеристик.

1111582

Редактор С.Титова Техред Л.Сердвкова .КорректоР О.Луговая

Заказ 7140/4 Тирвк 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

»» » С »»

Производственно-полиграфицеское предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4