ОПЫТ НАЗЕМНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДИСТАНЦИОННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЗЕМНЫХ ПОКРОВОВ СРЕДСТВАМИ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО БАЗИРОВАНИЯ

May 1, 2012 by admin Комментировать »

Атрошенко Л. М., Горобец Н. Н., Сафронова Л. П. Харьковский национальный университет пл. Свободы, 4, Харьков – 61077 e-mail: Nikolay.N.Gorobets@univer.kharkov.ua

Аннотация – Рассматриваются требования, предъявляемые к наземному обеспечению дистанционных исследований земных покровов с аэрокосмических носителей, обобщается многолетний опыт таких работ и излагаются наиболее значимые методики и результаты, полученные в исследованиях на полигоне-стационаре, временных и постоянных полигонах и апробированные в синхронном наземном сопровождении при решении задач ДЗЗ в четырех-, трех- и двухуровневых экспериментах.

I. Введение

Наземное сопровождение (НС) дистанционных исследований земных покровов (ДЗЗ) должно отвечать условиям адекватности методам и задачам ДЗЗ, обеспечивать полную идентификацию объекта исследования и необходимые для правомерного сопоставления данных время, объем и точность наблюдений. Выработка оптимального уровня НС, необходимых и достаточных требований к наземному обеспечению ДЗЗ представляет собой отдельную задачу, включающую как всесторонний анализ большого объема литературы, так и экспериментальные исследования, использующие методы и представления большого круга отраслей знания – от биофизики и электродинамики до экологии, агротехники и т.п. Попытки коллективов авторов, разрабатывающих методы ДЗЗ, самостоятельно, как второстепенную, решить эту задачу для каждого отдельного случая приводят зачастую к анализу полученных ими впечатляющих результатов ДЗЗ с привлечением не вполне адекватных данных, что значительно снижает ценность работ. Неоправданно малое внимание уделяется точности наземных наблюдений. Целью настоящего сообщения является обобщение многолетнего (более 15 лет) опыта работы по наземному обеспечению ДЗЗ, осуществляемого коллективом под руководством авторов в интересах различных ведомств.

Приводимые данные апробированы в трех многоуровневых (КА, самолет-лаборатория, вертолет, земля), двух трехуровневых (КА, самолет, земля), многочисленных двухуровневых (аэро- или космический носитель, земля) и маловысотных (вышка, земля) экспериментах. Остановимся лишь на некоторых, наиболее важных на наш взгляд, результатах такого обобщения.

II.  Основная часть

Для достижения адекватности сопоставления результатов наблюдений большое количество параметров объектов, влияющих на результаты ДЗЗ, таких как температура, влажность, плотность, соленость объектов и т.п., должны учитываться при сопоставлении данных ДЗЗ с наземными в виде усредненных по площади пятна антенны данных.

Получение эффективных значений указанных параметров объектов проводится следующим образом.

Положим, параметр А является функцией от г и ср : А = А(г,ср) Тогда Аэф выражается как

В условиях полигона-стационара (в нашем случае

–      Изюмский полигон Харьковской области) проводится ряд натурных наблюдений интересующего параметра для разных Дг и Дер, при этом всякий раз набираются большие выборки данных. Для каждой пары Дг и Дф строится распределение, рассчитываются его параметры. Полученные зависимости всех перечисленных величин от Дг и Дф, экстраполируются к Д г = Дф = 0. В итоге получаем искомую величину Аэф.и параметры распределения А по площади в зависимости от типа поверхности, сезонных и погодных условий. Как показывает практика, полученные таким образом значения эффективных величин существенно (например, для температуры поверхности почвы зачастую до 3°-5°, влажности ее – до 4 – 7%) отличаются от средних арифметических. Полученные данные используются при математическом планировании эксперимента для получения значений Аэф с заданной точностью в условиях полигонов (как постоянных, так и временных, определяемых заказчиком для решения конкретной задачи ДЗЗ) и синхронных с ДЗЗ наблюдений. Рассчитанное при математическом планировании эксперимента количество данных наблюдений получается по гексагональной площадной схеме N = Зп(п + 1)+ 1; (п – число слоев гексагональной решетки, N – число наблюдений) с заданным шагом, определяемым площадью пятна антенны и количеством «слоев» шестиугольника, составленного из равносторонних треугольников со стороной, равной шагу наблюдения, и равного или большего по площади пятна антенны Аналогичный подход разработан и используется для определения эффективных величин параметров объемов тех типов земных покровов, для которых это необходимо (например, древостой).

Большую роль играет установление максимально допустимого времени расхождения сроков ДЗЗ и наземных наблюдений, неизбежно возникающего вследствие различия скоростей передвижения носителя и рабочих групп. Разработка рекомендаций по срокам наблюдений проводится априорно, круглогодично, в стационарных или полигонных условиях как методами, традиционными для наземного обеспечения, так и с привлечением аппаратуры ДЗЗ в наземном варианте и с вышек [1]. Данные таких разработок имеют весьма широкий спектр применения как во временном так и в аппаратурном и географическом отношении, т.к. обобщаются не в абсолютном, а в относительном смысле с точки зрения статистических рассмотрений.

Большое количество работ по ДЗЗ в силу актуальности проблемы посвящено вопросам идентификации сельскохозяйственных культур и определению их состояния. При этом всякий раз проводится большой объем НС. В то же время нами установлено, что всестороннее изучение средств агротехнических мероприятий и средних многолетних среднесуточных температур в регионах проводимых ДЗЗ приводит к точному априорному определению радиусов автокорреляции шероховатости поверхности земель различного сельскохозяйственного назначения, что обеспечивает возможность безошибочно идентифицировать по данным ДЗЗ различные сельскохозяйственные культуры и их состояние [2]. Это обстоятельство в силу доступности используемых данных и наличия системы их адаптации к решению большого круга задач ДЗЗ сельхозугодий сводит к минимуму задачи НС. Часто они могут быть ограничены простым получением метеоданных в ближайшем гидрометцентре. Аналогичные закономерности выявляются и в структуре лесов паркового типа, характерной для левобережной Украины. Вследствие этого вполне доступные данные по техническим характеристикам лесовосстановительных работ дают возможность без привлечения дополнительных данных при дешифрировании результатов ДЗЗ даже с космического носителя не только определить лесообразующую породу, но и установить возраст древостоя (во всяком случае в терминах «молодняк», «средневозрастный», «приспевающий» и т. д., что вполне достаточно для практических целей).

Для решения более сложных, чем дистанционная лесотаксация, задач ДЗЗ лесов, например, дистанционного исследования степени угнетенности их антропогенными загрязнениями [3], необходимо точное представление о том, с параметрами каких частей кроны следует сопоставлять данные ДЗЗ. Нами в прямом эксперименте исследовалась «рабочая» мощность крон древостоев в зависимости от лесообразующей породы, длины волны, температурновлажностных условий эксперимента и плотности заполнения объема крон. Геометрия крон, распределение их по площади, степень заполнения их фитоэлементами – все эти характеристики были получены без нарушения целостности древостоев. Разработанные с этой целью методики и программное обеспечение кратко изложены в [3] и подробно освещаются в докладе. Рассмотрены также другие аспекты наземного обеспечения ДЗЗ, более частного характера.

II.    Заключение

Многолетний опыт работы по наземному обеспечению ДЗЗ позволяет сделать вывод о том, что НС ДЗЗ представляет собой комплексную многофакторную и многоуровневую проблему, требующую привлечения сведений из самых разнообразных отраслей знания, тщательной проработки вопросов точности и сопоставимости результатов, математического планирования эксперимента и разработки специальных методик и программного обеспечения. Решения значительной части этих задач обсуждаются в докладе.

III.   Список литературы

1.      К. P. Gaikovich, А. V. Troitskij, L. М. Snopic. Measurements ofthe forest radio emission dynamics during the rain. 24-th General Assembly U. R. S., Kyoto, Japan, 1993, p. 287.

2.      Я М. Атрошенко, H. H. Горобей,, П. П. Сафронова. Использование данных радиолокатора с синтезированной апертурой для решения задач инвентаризации земель, диагностики состояния посевов и гидрологии. Культурний грунтогенез i ноосферна перспектива в Ыформацшному сусптьствк Материалы международной конференции, Харьков, 2004, с.51-58.

3.      Я. М. Атрошенко, Н. Н. Горобей,. Перспективы изучения методом радиолокации таксационных характеристик и степени техногенной загрязненности лесов. Вестник Харьковского национального университета, № 622 – Радиофизика и электроника, вып. 1, 2004, с. 132-135.

GROUND SUPPORT FOR AEROSPACE REMOTE SENSING OF THE EARTH SURFACE

Atroshenko L. М., Gorobets N. N., Safronova L. P.

IV.           N. Karazin Kharkiv National University

4  Svobody Sq., Kharkiv, Ukraine, 61077

Abstract – Ground support for remote sensing of the earth surface is a complicated problem which is sometimes approached without due regard given to the laws and requirements established by the fundamental nature of the remote sensing technique. To address this problem adequately means to employ the latest data from numerous sciences, spanning almost everything between electrodynamics and agriculture. This report summarizes the 15-year research experience accumulated by the authors.

The technique for obtaining effective temperature, humidity, and salinity values, as well as other data from the Izyum testing area (Kharkiv Region) is described in the report. The obtained data is used to mathematically schedule the minimal sufficient number of field observations simultaneous with remote sensing and to describe adequately the whole area under observation. In actual practice, the effective values differ considerably from the arithmetic mean (by 3-5 degrees for soil temperature and by 4-7 percent for soil humidity). The similar approach for the description of volumetric parameters has also been developed and implemented.

The issues of permissible divergence between the periods of remote sensing and ground observation have been investigated.

The ways of simplifying the ground support for the remote sensing of agricultural crops and remote assessment of the forest age are shown. Signal shaping by particular masses of tree tops occurring in the remote sensing equipment is discussed in the present research. To address numerous issues related to the remote sensing ground support, specific techniques and software packages have been developed.

1        – ЗПЭ74А-5

[3]  Алыбин В. Г. Проблемы создания СВЧ защитных устройств для радиолокации и связи // Материалы 12-й Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии». Севастополь,

2002.       С. 15-21.

[4]  Шнитников А. С., Борисова Н. А. Исследование пороговой мощности ограничительных СВЧ диодов // Радиотехника и электроника. 1998. Т. 43, № 3. С. 356-362.

[5]  Шнитников А. С., Виноградов В. Г., Гудкова Н. Б. Проектирование диодного СВЧ ограничителя с низким уровнем выходной мощности // Материалы 13-й Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии». Севастополь,

2003.       С. 181-182.

[6]  Горбатый И. Н. Высокочастотный инжекционный пробой р-/-п-диода // Изв. вузов. Электроника. 1998. Т. 3,

№ 6. С.55-62.

i

where:

G = Gain of the device in dB L = Cold loss in dB

p. = Reflection coefficient at input

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты