Способ дистанционного зондирования атмосферы и подстилающей поверхности земли

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 9) 01) С 01813 з нип., АВТОРСКОМ ТЕЛЬСТ ательно пер ного чени о виде нтенсиви залом ого вии вто ального инте о излучения,ини СУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(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,Ефимов53) 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.Ьаше Р.В., Вогп, С.М., Эцппе 7.А., Яреаг А.Л., Лашагопе С.А, Яеаза 1 рег 2 огшапсе еча 1 цаг 1 оп.Тпе йдгзг. ьювСера.-ЕЕЕЕ Лоцгпа 1 ой Осеап 1 с Епя 1 пеегз.па, 1980, Ч ОЕ, 92, р, 72- 73(54)(57) СПОСОБДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ И ПОДСТИЛАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ, заключающийся впоэлементном приеме оптического и радиотеплового излучений с направленийлежащих в плоскости, ортогональной траектории движения ле аппарата, формировании сигнала, пропорциональ ности оптического излу нании его, формировани деосигнала, пропорцион сивности радиотепловог и запоминании его, изл рующих 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 поверхностии атмосферы судят по результатам анализа Я изображений оптического, радиотеплового и радиолокационного датчиков, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью ускорения процесса получения метеоролбгических характеристик,. осуществляют синхронное сканирова- , Ю йие диаграммами направленности всехтрех датчиков одних и тех же участ- . 3 Я ков земной поверхности, а получающие. ся изображения от трех датчиков регистрируют на одном и том же фотоносителе,Ъ)Изобретение относится к области метеорологического зондирования атмосферы и подстилающей поверхности Земли, а именно к технике измерения рассеивания электромагнитного излу чения, и может быть использовано в спутниковых системах оперативного картографирования климатического сос" тояння земной поверхности и атмосфе"10 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 эондирую 20 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 регистЭ30 рации на отдельных фотоносителях, при этом о метеорологических характеристиках подстилающей поверхности судят по результатам анализа иэображений радиотеплового и радиолокационного датчиков, 35Недостатком 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 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 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 назем" ный 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, заключающемсяв поэлементном приеме оптического ирадиотеплового излучений с направле-,ний, лежащих в плоскости, ортогональной траектории движения летательногоаппарата, формировании первого видеосигнала, пропорционального интенсивности оптического излучения, и запоми"нанни его, формировании второго видеосигнала, пропорционального интенсивности радиотеплового излучения, и запоминании его, излучении зондирующихимпульсов радиолокатора сантиметрового диапазона в плоскости, ортогональной траектории движения летательногоаппарата, приеме отраженной энергии,формировании пропорционального ейтретьего видеосигнала и запоминанииего, последовательной передаче первого, второго и третьего видеосигналов в наземный пункт, приеме их и фоторегистрации на фотоносителе, приэтом о метеорологических характеристиках подстилающей поверхности и ат"мосферы судят по результатам анализа изображений оптического, радиотеплового и радиолокационного датчиков,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 процессе периодически повторяюще гооя поэлементного приема одновременнооптического 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 обратногоЗ 0 излучения, а усредненные значения выборок запоминаются./Передача видеосигнала строк осуществляется в следующей последовательности. Первым передается запомненный 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. 45В результате приема передаваемого видеосигнала и ее 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 одно. значно 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 уточ" нить 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 (ЦАП) 10, коммутатора 11, блока управ" ления 12, передатчика 3, последовательно соединенных приемного устройст. ва 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 РМ 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 на своем ыходе третий электрический сигнал, пропорциональный интенсивности принятого излучения. Одновременно с этих же направлений с помощью сканирующегорадиометра 2 осуществляется периодический прием, например, горизонтально поляризованной компонентытеплового излучения на длине волны0,8 см, а с помощью ОСУ 3 " приемоптического излучения, например, надлине волны, близкой к 1 мкм. Приэтом на выходах ОСУ 3 и РИ 2 формируются соответственно первый и второй электрические сигналы, пропорциональные интенсивности принятыхизлучений. 10 Третий электрический сигнал,пройдя через АЦП 4, где в результате 15аналого-цифрового преобразованияосуществляется его селекция по времени, и накопитель 7, усредняющийпо нескольким принятым импульсамсформированные значения выборок, 20поступает на ОЗУ 8, запоминающееусредненные значения выборок с цельюсохранения их в памяти до моментапередачи,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 тупает на второй вход коммутатора 11.По командам с блока управления 12, задающего необходимые последовательности импульсов, вход передатчика 13, работающего на частоте 137,5 ИГц, 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 датчика сигнала последовательно поступают запомненные в ОЗУ 9 выборкивторого электрического сигнала, азатем запомненные в ОЗУ 8 выборки,третьего электрического сигнала, блокуправления 12 посредством выдачи командных импульсов на первые одиннадцать блоков системы обеспечивает полную синхронность и требуемую после"довательность их работы.С выхода передатчика 13 сигналчерез приемник 14 поступает на входфоторегистратора 15, при этом в процессе фоторегистрации каждой строкибудут последовательно поступать выборки. второго электрического сигнала, соответствующие одной строкеприема теплового излучения СВЧ-диапазона, затем третьего электрическогосигнала, соответствующие одной строке приема рассеянного обратного излучения, и наконец видеосигнал, соот"ветствующий строке приема оптическогоизлучения. В результате на одном фотоносителе формируются три пространственно совпадающих и имеющих одинаковый масштаб иэображения, получаемых по результатам дистанционногозондирования 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, послечего фотоноситель, например фотопленка, проявляется и полученная информа"ция 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 позволяетускорить процесс получения метеорологических характеристик,1111582 Редактор С.Титова Техред Л.Сердркова .КорректоР О.Луговая Вака 5 оиэводственно-полиграфицеское предприятие, г. Уагород, ул. Проектная, 4 7140/4 Тирак 72 ВНИИПИ Государст по делам изоб 113035, Москва Ж Подписное енного комитета етений и открыт 5, Раушская наб