Применение данных радиолокационной съемки

1. Физические особенности радиолокационной съёмки

1.1 Принцип радарной съёмки

1.2 Параметры радиоволновой съёмки

2. Современные и перспективные радиолокационные системы

3. Передовые направления в обработке и применении радиолокационных данных

3.1 Данные радиолокационной съёмки — как пространственная основа

3.2 Измерение высот объектов местности, построение высокоточных ЦММ

3.3 Мониторинг объектов на поверхности земли

3.4 Определение скорости быстро движущихся объектов

3.5 Создание и обновление топографических и тематических карт различных масштабов

3.6 Предупреждение паводков

3.7 Решение геологических задач

3.8 Оценка состояния сельскохозяйственных угодий

3.9 Проведение видовой разведки

3.10 Решение задач в гляциологии

Заключение

Список использованных источников

Приложение, А Приложение Б

ВВЕДЕНИЕ

Широкое применение данных космической съёмки, которое началось в 1972 г., открыло новые перспективы для мониторинга изменения состояния окружающей среды и процессов происходящих на поверхности земли. В результате развития методов дистанционного зондирования существенно упростился процесс картографирования земельных и водных ресурсов, почв, лесов, сельскохозяйственных посевов и городской инфраструктуры, оценки урожая, мониторинга окружающей среды, процессов слежения за земными объектами антропогенного происхождения, а так же за изменениями происходящими в природе.

В настоящее время существует два основных способа дистанционного получения информации о поверхности Земли: оптические системы, использующие солнечный свет (пассивные системы) и радарные системы с собственным источником излучения (активные системы). Радиолокационная съёмка (РЛС) является одним из наиболее перспективных способов получения данных дистанционного зондирования. Это связано с такими ее особенностями, как удобное и быстрое получение данных с помощью спутников, а так же с помощью быстрой и качественной обработке данных.

Целью данной работы является выявление возможностей использования данных радиолокационной съемки, их применения в различных областях деятельности человека и изучение принципа работы РЛС.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: изучить физические особенности и принципы работы РЛС, выявить особенности данного вида съемки, получить представление о функциональных возможностях программ обработки данных РЛС, изучить современное состояние радарных систем, выделить наиболее перспективные направления применения данных этого типа в различных отраслях деятельности человека.

Для написания курсовой работы в качестве источников использовались: учебные пособия по геоинформатике и дистанционному зондированию, периодические издания, электронные ресурсы сети Интернет.

1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СЪЁМКИ

Дистанционное зондирование — это процесс или метод получения информации об объекте, участке поверхности или явлении путём анализа данных, собранных без контакта с изучаемым объектом. Оно представляет собой важнейший источник получения оперативной и современной информации о природной среде для тематических слоёв в ГИС, для поддержания данных в актуальном состоянии и других целей. ГИС-технологии способствуют их эффективному совместному использованию.

Космические снимки используют для эффективного принятия решений с помощью географических информационных систем. При этом для дешифрирования объектов применяют, как визуальные, так и численные методы анализа снимков. При излучении земной поверхности дистанционными методами носителем информации об объектах является их излучение, как собственное, так и отражённое. Фиксируемые характеристики излучения зависят от пространственного положения, свойств и состояния объекта, что способствует его дистанционной идентификации /4/.

1.1 Принцип радарной съёмки

Радиолокационная съемка — это выявление объектов, происходящее за счет облучения поверхности электромагнитными волнами и получения отраженных импульсов. На борту носителя — самолета или спутника устанавливается радиолокатор — активный микроволновый датчик, способный передавать и принимать поляризационные радиоволны в заданном диапазоне частот электромагнитного спектра (сантиметровые длины волн). В зависимости от радиоволн, существуют такие диапазоны съёмки: L-диапазон характерен большой длиной волны и существенной глубиной проникновения сквозь подстилающую поверхность, но сравнительно невысоким пространственным разрешением; X-диапазон обладает невысокой проникающей способностью, однако снимки, сделанные при на X-частотах, имеют высокое разрешение; С-диапазон представляет собой компромисс между короткими и длинными волнами, позволяет решать широкий спектр задач /3/.

Развёртка сигнала производиться по принципу сканера, т. е. переход от одной строки к другой идёт за счёт перемещения носителя. Количество энергии, возвращенной на антенну локатора, называется «обратным рассеянием». Каждый пиксель радиолокационного снимка показывает суммарный коэффициент отражения данного участка поверхности, или мощность возвратившегося к антенне сигнала. Расстояние до цели (range) определяется по времени прохождения волны до объекта и обратно.

По типу конструкции различают радиолокационные системы бокового обзора и с синтезированием апертуры антенны, обеспечивающие получение снимков с разным пространственным разрешением /5/.

РЛС бокового обзора излучает узконаправленный короткий радиоимпульс в направлении, перпендикулярном движению самолета или космического носителя под некоторым углом к нормали. Разрешение РЛС бокового обзора тем больше, чем больше раскрыв антенны и ее длина. Длина антенны ограничивается размерами самолета. Отраженный от объекта сигнал принимается той же антенной, и после усиления и обработки подается на фоторегистратор. Положение элемента изображения строки определяется временем пробега радиолокационного импульса от РЛС до объекта и обратно. На этом принципе основано построение строки изображения. Кадр разворачивается за счет движения самолета.

О свойствах объектов судят по мощности и структуре отраженного сигнала. Объекты частично поглощают, частично пропускают, частично отражают и рассеивают падающие на них радиоволны, в соотношениях определяемых диэлектрическими свойствами материалов самих объектов. На снимках объекты, имеющие светлые тона, обладают большим коэффициентом эффективного поверхностного рассеивания, чем объекты с темным фототоном.

Радиолокационное зондирование в СВЧ-диапазоне обладает рядом уникальных возможностей, недоступных для приборов зондирования в видимом и ИК диапазонах. Самым главным достоинством является возможность обследования поверхностных образований. Это свойство обусловлено частичной прозрачностью большинства природных объектов в СВЧ-диапазоне. Глубина проникновения радиолокационного луча определяется потерями, связанными с поглощением и рассеянием электромагнитного излучения. Например, для сухого песка или почвы глубина проникновения может составить несколько метров /2/.

Глубина проникновения радиолокационного импульса в грунт сильно зависит от объемного содержания в нем воды, причем с увеличением ее содержания глубина проникновения экспотенциально падает.

Используя РЛС бокового обзора с различными длинами волн, возможно, получить распределение приповерхностной влажности для исследуемого района. Текстурные неоднородности радиолокационного снимка могут быть тонкосетчатыми, полосчатыми, массивными и т. д. /3/.

Особенно хорошо фиксируется на радиолокационных снимках гидросеть. Она дешифрируется лучше, чем на аэроснимках. Высокое разрешение характерно и для районов, покрытых густой растительностью. Разрешающая способность снимков — от 10 до 200 м /1/.

Преимуществами радарных (Specific Absorption Rates (SAR)) систем является возможность получения данных в любое время суток и при любых погодных условиях. Что позволяет, например, осуществлять постоянный мониторинг ледовой обстановки во время полярной ночи. Также следует отметить, что данные, получаемые в микроволновом радиодиапазоне (табл. 1), служат источником уникальной информации о подстилающей земной поверхности. Они позволяют определять вертикальные смещения с высокой точностью (вплоть до нескольких миллиметров), что является альтернативой дорогостоящим и трудозатратным наземным измерениям.

Следует отметить недостаток радиолокационных съемок — более низкую метрическую точность по сравнению с аэрофотосъёмкой. Другим недостатком является зависимость от отражающих свойств поверхности (например, влажности). При постепенном изменении этих свойств радиолокационные снимки одной и той же поверхности, сделанные в течение разных периодов наблюдений, могут существенно отличаться, имеют некоторые сложности при обработке из-за геометрических искажений; определенные затруднения могут возникнуть при дешифрировании снимков; объём памяти занимаемый такими данными, как правило, больше, чем у данных других типов /2/.

1.2 Параметры радиоволновой съёмки

Значение серого цвета в пикселе зависит от трех факторов: SAR-системы, SAR-обработки и объекта. Объект, в свою очередь, может классифицироваться по геометрии, диэлектрическим свойствам и скорости Таблица 1.1 — Параметры радиоволнового диапазона движения

На уровень серого цвета не влияют освещение, химический состав (за исключением соли и льда) и температура (деление только на замерзшие и незамерзшие) объектов. Рассеянное отражение (Diffuse reflection) от объемных массовых объектов (например, растительность) соответствует среднему уровню серого цвета и текстуры. Зеркальное отражение (Specular reflection) от поверхностей (например, спокойная водная поверхность) смещает цвет в темную область, угловое отражение (Corner reflection) от таких объектов, как здания, в светлую область.

Рис. 1.1 — Рассеивающие поверхности в зависимости от частоты падающих волн На рис. 1.1 показаны поверхности, от которых рассеиваются падающие электромагнитные волны с различной частотой.

Диэлектрические свойства материала влияют на интенсивность отраженного сигнала. Коэффициент диэлектрической проницаемости характеризует способность материала поглощать электрическую энергию и зависит от используемой частоты. Различие значений коэффициентов для разных материалов обусловливает возможность их выявления при помощи SAR (табл. 2).

Важным физическим параметром радарной съемки является поляризация. Поляризация — это передаваемый и получаемый сигнал, распространяющийся в определенной плоскости. Поляризация излучения, свойство, присущее радарным системам. При линейной поляризации плоскости могут располагаться горизонтально (H) и вертикально (V).

Вертикально поляризованная волна будет взаимодействовать с вертикальными стеблями слоя растений, горизонтально поляризованная проникать сквозь слой. Комбинирование разных видов поляризации может улучшать детальность классификации, например, позволять определять различные классы растительности /2/.

Таблица 1.2 — Коэффициенты диэлектрической проницаемости для различных материалов

Очень важно правильно подобрать вид поляризации для каждого конкретного проекта, чтобы улучшить характеристики результирующего продукта. В SAR-системах применяется геометрия боковой съемки, в отличие от оптических систем, формирующих снимки центральной проекции. При боковой съемке расстояния до цели определяют географическое положение в соответствии с измеряемой разностью времени прохождения сигнала. Поэтому последовательность получения пикселей может быть нарушена в районах с сильно выраженным рельефом или в условиях городской застройки. Боковое разрешение зависит только от ширины частотного диапазона (150 и 300 МГц) и угла падения луча (Ground range). Пространственное разрешение улучшается с увеличением угла падения луча. При азимутальной съемке сигналы, имеющие одинаковое время прохождения, расположены в правильной последовательности в соответствии со сдвигом их частоты, определяемым эффектом Доплера. Пространственное разрешение регулируется за счет изменения апертуры. Азимутальное разрешение постоянно вдоль маршрута и зависит от режима съемки, размера антенны и частоты повторения импульсов. Данные одиночной наклонной съемки (Single-look, slant, range, complex) имеют более высокое разрешение /4/.

Интерферометрические измерения проводятся с использованием пар снимков одной территории, полученных при разных положениях сенсора. В настоящее время для формирования таких пар используется 11-дневный цикл повторного пролета TerraSAR-X-1, когда спутник оказывается на той же орбите. Необходимы SSC-данные для получения информации об интенсивности и фазе излучения. Базис между двумя изображениями и качество интерферометрической фазы являются определяющими для точности результирующей цифровой модели местности (ЦММ). Извлекаемая ЦММ содержит составляющую, обусловленную поверхностью растительности, т. е. не является цифровой моделью рельефа. Интерферометрические (INSAR) технологии могут использоваться только при хорошей схожести парных изображений (пустыни, скалистая местность). INSAR с 11-дневным циклом не применимы для тропического климата, нарушение связей (схожести) за этот период препятствует работе с интерферометрией /1/.

2. СОВРЕМЕННЫЕ И ПЕРСПЕКТИВНЫЕ РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

К современным тенденциям в области радиолокации можно отнести следующие основные направления: использование радиолокационных данных в различных отраслях в качестве пространственной основы для решения широкого круга задач, в том числе совместно с данными оптического диапазона; получение данных в режиме реального времени с задержкой буквально на несколько часов; создание высокоточных цифровых моделей местности (тандемные комплексы); определение просадок и подвижек земной поверхности с высокой точностью; применение поляриметрических данных; использование новых диапазонов и подходов в обработке данных. Происходит активное развитие общемировой группировки коммерческих радиолокационных систем. В 2005 г. на орбите находилось только три космических аппарата с системами среднего разрешения, работающих в радиодиапазоне. В настоящее время доступны данные восьми радиолокационных систем, причем пространственное разрешение изображений, получаемых с их помощью, достигает 1 м.

Рассматривая современные тенденции в радиолокационном дистанционном зондировании земной поверхности, нельзя не отметить активное развитие именно спутникового сегмента, а не только технологий обработки данных. Круг задач, решаемых с помощью радиолокационных данных, постоянно расширяется, что требует использования данных с новыми параметрами. В табл. 2.1 представлена обобщенная информация о современных и перспективных радиолокационных системах. Некоторые из них рассмотрим более подробно, так как они являются уникальными и в будущем позволят получать данные для решения принципиально нового класса задач.

Таблица 2.1 — Перспективные и действующие радиолокационные системы

Продукция спутника TerraSAR-X-1 имеет четыре основных уровня обработки. Single-look, slant, range, complex (SSC) набор данных одиночной наклонной съемки. Предназначен для приложений, в которых востребована информация о фазе и ширине полосы частот, имеет следующие характеристики:

— равноудаленный пиксельный интервал в азимутальном и наклонном диапазонах съемки;

— данные представлены как совокупность чисел;

— каждый пиксель изображения считается перпендикулярным маршруту полета спутника;

— данные не геопривязаны;

— представлена полная информация о фазе и ширине полосы частот /3/.

Некоторые радиолокационные системы, так как они являются уникальными и в будущем позволят получать данные для решения принципиально нового класса задач. Система TanDEM_X служит дополнением к системе TerraSAR-X и предназначена для измерения высот на земной поверхности. В настоящее время она является одной из наиболее ожидаемых космических радиолокационных систем, так как в результате совместного использования TerraSAR-X и TanDEM_X будет получена глобальная высокоточная цифровая модель местности (ЦММ), не имеющая аналогов, а также появится возможность получать данные для построения ЦММ на конкретные регионы независимо от метеоусловий. Комплекс TerraSAR-X — TanDEM_X — это первый бистатический космический интерферометр, в котором земная поверхность облучается радиолокатором с одного спутника, а регистрируется радиолокаторами двух спутников (рис 2.1).

Рис. 2.1 — Тандемная пара радарных аппаратов

Он создается для достижения ряда целей. Основной целью является создание глобальной цифровой модели местности (90% поверхности Земли) стандарта HRTI₃ и региональных ЦММ более высокой точности стандарта HRTI₄. Среди дополнительных можно отметить следующие цели: поляриметрическую интерферометрию, достижение супер разрешения, отработку различных бистатических режимов, интерферометрию при использовании мультипространственной базовой линии (Multi, Baseline, InSAR), интерферометрию вдоль орбиты (Along, Track, Interferometry), получение данных при использовании четырех фазовых центров (за счет разделения антенны на две, на каждом спутнике). Комплекс TerraSAR-X — TanDEM_X за три года должен обеспечить многократную съемку земной поверхности, по результатам которой будет создана глобальная цифровая модель местности с относительной точностью по высоте 2 м для равнинных территорий и 4 м для горных районов. Точность ЦММ будет являться беспрецедентной для глобального покрытия /2/.

В настоящее время ближайшим аналогом ЦММ, можно назвать построенную по интерферометрическим радиолокационным данным © диапазона системы SRTM (2000 г.) Как известно, в системе SRTM съемка проводилась и в X диапазоне, но ввиду небольшой полосы захвата полученное покрытие содержало значительные пропуски (хотя уровень точности выше, чем для данных © диапазона). SRTM имеет ограничения по широте 600, поэтому Антарктика, а также большинство северных территорий (что актуально для России), не обеспечены достаточно точной высотной информацией.

Космические аппараты серии SENTINEL являются новым проектом Европейского космического агентства и, в первую очередь, предназначены для получения регулярных данных через каждые 12 дней (один Комплексный Аппарат). В 2011 г. запланирован запуск Комплексных Аппаратов Sentinel₁, а затем — Комплексный Аппарат Sentinel₂. С помощью двух Комплексных Аппаратов появится возможность получать снимки земной поверхности с периодичностью в 6 дней. Такая периодичность съемки позволит выйти на новый уровень в интерферометрической обработке данных. Одной из тенденций развития съемочных систем является получение данных в широкой полосе, но при этом с достаточно высоким разрешением. В режиме, предназначенном именно для интерферометрии, съемка будет проводиться в полосе 250 км с пространственным разрешением 5×20 м. Таким образом, одна сцена будет иметь площадь более 60 тыс. км2 и в совокупности с высокой периодичностью съемки это позволит достичь качественных результатов по выявлению малейших подвижек и просадок земной поверхности на значительных территориях.

Система BIOMASS также разрабатывается Европейским космическим агентством и предназначена для картографирования и мониторинга лесной растительности в глобальном масштабе. Съемка земной поверхности проводиться в (P) диапазоне длин волн (около 70 см) при полной поляризации излучения. Уникальность системы BIOMASS состоит в том, что она впервые будет проводить космическую радиолокационную съемку в (P) диапазоне, который наилучшим образом обеспечивает решение задач, связанных с исследованием растительного покрова.

В настоящее время отсутствуют космические радиолокационные системы, работающие одновременно в двух диапазонах. Первой подобной системой станет CoRe_H2O, предназначенная для исследования снеговых и влагозапасов холодных регионов. В ней будут использованы коротковолновые диапазоны (X) и (Ku), которые обеспечивают существенно меньшую проникающую способность излучения (для данного случая в снежный и ледовый покровы), чем диапазоны с большей длиной волны /2/.

3. Передовые направления в обработке и применении Радиолокационных данных

В настоящее время происходит активное развитие различных направлений и методик обработки радиолокационных данных (SAR_данных), причем большое число из них еще находится на экспериментальном, и даже на теоретическом уровнях. Рассмотрим наиболее перспективные из них, с точки зрения практического использования /2/.

радиолокационный съёмка топографический карта

3.1 Данные радиолокационной съёмки — как пространственная основа

Упор делается на минимизацию времени, проходящем между размещением заказа и поставкой данных заказчику. Причем речь идет как об изображениях (исправленных геометрически и радиометрически), так и о готовой конечной картографической продукции, такой как: топографические, ситуационные и тематические карты, карты изменений местности (в большей степени двухмерные). Изучение вертикальных просадок и подвижек является отдельным направлением. При этом обработка радиолокационных данных максимально автоматизируется (в первую очередь, в области выявления изменений на местности — change detection), что позволяет существенно сократить сроки предоставления готовой продукции. Таким образом, заказчик может получить обработанные актуальные данные и созданную по ним картографическую продукцию в сжатые сроки — в течение нескольких дней /1/.

3.2 Измерение высот объектов местности, построение высокоточных ЦММ и ЦМР

Методика определения высот объектов на радиолокационных изображениях называется SAR_tomography (рис. 3.1). Ее сущность заключается в определении высот объектов по серии изображений (около 5) и по одним и тем же объектамотражателям (наподобие методики Persistent Scatterers). Используя данный метод, можно получить точные высоты объектов (как правило, объекты городской или промышленной застройки), но не цифровую модель местности.

Интерферометрическая обработка радиолокационных данных позволяет получать цифровые модели местности для любых территорий, причем с высокой точностью (до нескольких метров по высоте), что является важным, так как актуальная информация о рельефе необходима для решения большого числа задач, от ортотрансформирования космических изображений до создания трехмерных моделей местности (рис. 3.1).

Рис. 3.1 — Иллюстрация методики SAR-tomography, представленная в среде GoogleEarth (цвет точек соответствует высотам объектов на местности)

Shuttle radar topographic mission (SRTM) — радарная топографическая съемка большей части территории земного шара, за исключением самых северных, самых южных широт, а также океанов, произведенная за 11 дней в феврале 2000 г с помощью специальной радарной системы. Двумя радиолокационными сенсорами SIR-C и X-SAR, было собрано более 12 терабайт данных (что примерно равно объему информации библиотеки конгресса). В течение этого времени с помощью метода называемого радарной интерферометрией (radar interferometry) было собрано огромное количество информации о рельефе Земли, ее обработка продолжается до сих пор. Но определенное количество информации уже доступно пользователям.

SRTM нашли широкое применение; при отображении рельефа постройке трёхмерных карт с отмывкой, что делает более наглядным рельеф; возможность привязки отсканированного картографического материала.

В качестве иллюстрации приведем 3D-модель, созданную по данным двух матриц SRTM в среде программы GlobalMapper (рис. 3.2).

Рис. 3.2 — 3D-модель по данным SRTM

Еще одним направлением является исследование растительного покрова, в частности, определение высот деревьев. Комбинация интерферометрических и поляриметрических данных позволяет извлечь информацию о вертикальной структуре лесного покрова. На рис. 3.1 приведена карта с высотами растительного покрова. Описанная методика уже отработана на самолетных радиолокационных данных, а ее реализация на основе спутниковой съемки еще исследуется.

Рис. 3.3 — Карта (картограмма) высот растительности

3.3 Мониторинг объектов на поверхности земли

Методика определения просадок земной поверхности и сооружений на ней, основанная на совместном выявлении постоянных объектов (отражателей) на большой серии снимков (Persistent Scatterers), стала активно применяться относительно недавно. Причем для обработки использовались только снимки среднего пространственного разрешения. С появлением данных нового поколения с разрешением 1−3 м данная методика получила дальнейшее развитие, так как высокое разрешение обеспечивает на порядок боль шее количество объектов (отражателей) на 1 км², по которым выполняется определение величин деформаций, чем для данных среднего разрешения. Описанная методика развивается и в другом направлении: в целом принцип обработки остается неизменным, но объекты обработки (отражатели) выбираются на основе значений их когерентности (Coherence Scatterers). Классическая дифференциальная интерферометрия также остается актуальной для данных сверхвысокого разрешения. Изменения коснулись масштабов обработки: появилась возможность исследовать деформации отдельных крупных сооружений. На рис. 5 приведен пример мониторинга деформаций здания конгресс-центра в Лас-Вегасе, США, по данным TerraSAR-X, выполненным в режиме съемки SpotLight. На интерферограмме (рис. 3.4), полученной за 44 дня, видны вертикальные смещения — одна цветовая полоса соответствует величине смещения в 1,55 см.

Рис. 3.4 — Пример мониторинга деформаций здания конгресс-центра: а) амплитудное изображении; б) модель исследуемого здания; в) интерферограмма Дифференциальная радиолокационная интерферометрия позволяет получать уникальные данные о просадках земной поверхности с высокой точностью, что является альтернативой дорогостоящим и трудозатратным наземным геодезическим измерениям /1/.

Радиолокационные данные позволяют обнаруживать пространственное положение нефтяных разливов на различных водоемах, так как нефтяная пленка сглаживает обычно неспокойную водную поверхность и, как следствие, изображения этих участков морской и речной водной поверхности получаются высококонтрастными. Обыкновенно анализ радиолокационного изображения с целью выявления загрязнений начинается с детектирования на нем «подозрительных» областей. Затем — классификация нефтяных загрязнений, естественных ликов, имеющих биологическую природу (продукты жизнедеятельности, планктон и проч.) и поверхность воды под влиянием неблагоприятных для съемки условий. Следующий этап — определение границ и подробный анализ, который может включать в себя определение толщины пленки, ее природу, физические характеристики (разумеется, с использованием дополнительной информации) /6/.

Радиолокационные данные, особенно получаемые при нескольких поляризациях, позволяют выделять площади лесных массивов, выявлять вырубки и гари, проводить оценочную классификацию лесов по составу пород и по высоте древостоев.

Мониторинг городской инфраструктуры предусматривает оценку стабильности планового и высотного положения различных объектов и инженерных сооружений на территории городов. Речь идет, в первую очередь, о выявлении вертикальных просадок зданий, эстакад, мостовых, тоннельных сооружений и т. д. Для этих целей наибольшую эффективность обеспечивает использование методики Persistent Scatterers /2/.

Высокая отражательная способность металлических конструкций, в данном случае морских и речных судов, позволяет с высокой степенью достоверности обнаруживать корабли на радиолокационных изображениях даже среднего пространственного разрешения (рис. 14). Для данной задачи используется автоматизированная методика, позволяющая определить положение судна в конкретный момент времени, направление его движения, а также оценить габариты судна.

Рис. 3.5 — Пример выявление морских судов на радиолокационном снимке (TerraSAR-X)

Мониторинг зон стихийных бедствий и организация спасательных и восстановительных работ — важнейшие задачи в современном мире, которые позволяет решать данный вид съёмки /2/.

3.4 Определение скорости быстро движущихся объектов

По радиолокационным спутниковым данным можно уверенно определять скорость быстро движущихся объектов, например, автомобилей.

Для этого используется методика — интерферометрия вдоль орбиты (Along_track Interferometry). Интерферометрическая пара представляет собой два изображения, полученных с одной орбиты, но с различными фазовыми центрами. Для отработки алгоритма использовались данные TerraSAR-X экспериментального режима Dual_Receive Antenna (DRA), при котором «разделение» на две субантенны (поддержка такого режима есть и у спутника Radarsat₂) позволяет получить два фазовых центра. В данном случае определяющей является временная базовая линия, составляющая миллисекунды или секунды. Полученные изображения обрабатываются совместно. Так как имеется задержка во времени и объекты движутся со значительной скоростью, появляется возможность получить смещение этих объектов относительно их реального положения и направления движения, которое определяет скорость (методика основана на доплеровском смещении). На рис. 6. приведен пример, иллюстрирующий данную методику. Цветные стрелки на трассе показывают скорость и направление движения, а красные квадраты обозначают автомобили, по которым, собственно, и определяется скорость /1/.

Рис. 3.6 — Графическое представление методики определения скоростей автомобилей

3.5 Создание и обновление топографических и тематических карт различных масштабов

Несмотря на то, что радиолокационные данные уступают по изобразительным свойствам снимкам в оптическом диапазоне, они обладают важным преимуществом — возможностью съемки вне зависимости от освещенности и метеоусловий. Поэтому при создании и обновлении топографических и тематических карт различных масштабов, в срочных случаях, радиолокационные данные являются востребованными и незаменимыми /2/.

3.6 Предупреждение паводков

Радиолокационные данные и результаты их обработки успешно используются для выявления опасных в паводковом отношении районов. По картографической основе, получаемой по амплитудным изображениям, и данным о рельефе местности, определяемым по фазовым характеристикам снимка, проводится оценка площади вероятного затопления местности при оценке паводков.

При возникновении каких-либо чрезвычайных ситуаций важным является максимальная скорость получения пространственной информации о районе бедствия. Такую информацию, независимо от погодных и климатических условий, обеспечивают данные радиолокационной съемки (рис. 3.6). Помимо этого, ряд приложений позволяет прогнозировать возникновение тех или иных чрезвычайных ситуаций /1/.

3.7 Решение геологических задач

Радиолокационные данные являются ценным источником информации для геологов, так как они хорошо подчеркивают структурность поверхности, тем самым, отображая основные элементы рельефа местности. Также следует отметить, что для решения большого класса геологических задач активно используются результаты интерферометрической обработки изображений /1/.

3.8 Оценка состояния сельскохозяйственных угодий

Для этих целей радиолокационные данные применяются достаточно активно, так как изменения в состоянии полей/посевов существенно сказываются на изменении их отражательных свойств и четко прослеживаются на снимках (рис. 12). Наряду с этим, различные типы сельскохозяйственных культур по разному отображаются на поляриметрических изображениях, тем самым, позволяя выполнять их дешифрирование по эталонам.

Рис. 3.7 — Мальтивременное композитное изображение, демонстрирующее различное состояние сельскохозяйственных угодий /1/

3.9 Проведение видовой разведки

Современные космические радиолокационные системы позволяют получать изображения с разрешением, сходным с оптическими снимками, и для обнаружения некоторых целей подходят даже лучше, чем данные в оптическом диапазоне. Кроме того, оперативность и всепогодность радиолокационной съемки делает эти изображения уникальными и незаменимыми /1/.

3.10 Решение задач в гляциологии

Здесь можно выделить два направления: это оценка ледовой обстановки (определение толщины льдов, их расположения и движения) и исследование различных типов ледников от небольших горных до мощных ледниковых куполов. С помощью радиолокационных данных четко определяются границы ледников, зоны наступления и отступания. В результате интерферометрической обработки радиолокационных данных можно по интерферометрическим полосам определить скорость движения ледников (рис. 3.8) /1/.

Рис. 3.8 Композитное изображение. (Амплитуда — суша, фаза — лед), демонстрирующее движение выводного ледника Практический опыт показывает, что для решения тех или иных задач лучше подходят либо радиолокационные данные, либо оптические, но для достижения наибольшего эффекта, обеспечения полноты исследования, необходимо комплексное использование данных, получаемых в различных диапазонах /4/.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящее время радиолокационная съёмка как способ получения данных дистанционного зондирования приобретает всё большее значение. Увеличивается число радарных систем, на орбите появляются всё новые и новые спутники, оснащенные оборудованием для РЛС, увеличивается число диапазонов для съёмки, разрабатываются новейшие технологии обработки и получения данных.

Такие особенности РЛС как: независимость от природных условий, возможность проникать под подстилающую поверхность, обусловили использование радиолокационных данных в следующих сферах: лесное хозяйство, управление ресурсами, повышение продуктивности сельскохозяйственных культур, выявление загрязнений, планирование развития территорий, топографическое и тематическое картографирование, оценка изменений климата и его влияния на окружающую среду, исследование океанских и речных течений, качества воды, эрозионных процессов; оценка риска наводнений и ущерба при ЧС, рыболовство, мониторинг арктических территорий, ледовой обстановки, нефтегазовых месторождений; определение местоположения судов. Радарную съёмку используют при сканировании других планет солнечной системы, кроме Земли, тем самым дают нам возможность заглянуть под покровы планет с не прозрачной атмосферой и представить картину коры, и рельефа этих планет. Одним из наиболее перспективных направлений является получение ЦМР способом интерферометрии и создания ЦММ.

В работе рассмотрен только ряд наиболее интересных направлений применения радиолокационных данных. В действительности возможных прикладных направлений гораздо больше. Так как данная отрасль развивается достаточно активно, в дальнейшем число сфер деятельности и объем конкретных задач, решаемых по данным дистанционного зондирования Земли в радиодиапазоне, будет только увеличиваться.

Список использованных источников

1. http://geomatica.ru/pdf/2008₀₁.html — журнал «Геоматика» 2008, № 1.

2. Александров М. Ю. Общие принципы и технологии радарной (SAR) съемки // Пространственные данные, 2008. — № 3. — С. 7−8.

3. Лабутина И. А. Дешифрирование аэрокосмических снимков. Москва: Изд-во «Аспект Пресс», 2004. — 182 с.

4. Чандра А. М., Гош С. К. Дистанционное зондирование и географические информационные системы. Москва: Изд-во «Техносфера», 2008. — 307 с.

5. Капралов Е. Г., Кошкарёв А. В., Тикунов В. С. и др. Геоинформатика. Книга 2. Москва: Издательский центр «Академия», 2004. — 379 с.

6. http://www.gis₁.gorodok.net — Ошейко С. В. Опыт применения данных радиолокационного зондирования Земли к определению нефтяных загрязнений на водной поверхности (Новосибирский региональный центр геоинформационных технологий ИГМ СО РАН).