Фотограмметрия сущьность, история, особенности Основные понятия

Фотограмметрия - сущьность, история, особенности

Основные понятия

Фотограмметрия – это научная дисциплина, связанная с определением геометрических параметров (формы, размера, пространственного положения) и других свойств объектов по их изображениям. Происходит то греческих слов: photos - свет, gramma — запись и metreo - измеряю.

Фотограмметрия применяется в различных областях науки и техники: в геодезии и картографии, кадастре и астрономии, географии и океанологии, в космических исследованиях и изучениях объектом микромира, а так же в военно-инженерном деле, архитектуре и строительстве, археологии и даже в судебной и пластической медицине.

Широкое использование фотограмметрии во многих областях деятельности человека обусловлено следующими ее достоинствами:

1) высокой точностью измерений, так как съемка объектов выполняется прецизионными (высокоточными) фотокамерами, а обработка снимков проводится строгими методами на точных приборах и программных комплексах;

2) большой производительностью труда, достигаемой благодаря
тому, что измеряют не сами объекты, а их изображения;

3) полной объективностью и достоверностью результатов измерений, так как изображения объектов получаются высокоточной аппаратурой;

4) возможностью получения в короткий срок информации о состоянии всего объекта и отдельных его частей. Например, снимки всей поверхности земного шара можно получить с искусственного спутника Земли за несколько суток;

5) возможностью изучения неподвижных и быстро или медленно движущихся объектов, а также скоротечных или медленно проходящих процессов, например летящего снаряда, вулканического извержения, деформации колеса автомобиля в момент движения, интенсивности движения городского транспорта, эрозии почвы, движения ледников, осадки и деформации зданий и других сооружений и т. д.;

6) исследованием объектов дистанционным (бесконтактным) методом, что имеет особое значение в условиях, когда объект недоступен или когда пребывание в зоне объекта не безопасно для жизни человека.

Дистанционное зондирование – это получение информации об объекте по данным измерений, сделанных на расстоянии от объекта, т.е. без прямого контакта с объектом.

1.2 История фотограмметрии
Использование перспективной геометрии уходит назад к итальянскому Ренессансу (Бруноллески, 1420 г.; Пьеро делла Франческа, 1470 г.; Леонардо да Винчи, 1481 г.; и Дюрер, 1525 г.), однако потребовалось изобретение фотографии, чтобы создать пригодный для работы инструмент.

Первым сенсором, способным сохранять изображение, которое впоследствии можно было интерпретировать, оказалась фотоэмульсия, изобретенная французами Жозефом Нисефор Ньепсом и Луи Жан Манде Дагерром в 1839 году.

Когда изображения стали проектировать через линзы на фотоэмульсию, фотографическая камера стала практически первым устройством для дистанционного зондирования около 1850 года.

В 1859 г. военный фотограф Эйме Лосседат использовал наземные фотоснимки для составления плана Парижа. Такими же снимками пользовались архитектор Мейденбауэр в 1858 г. для воссоздания планов собора Ветцлар в Германии и Себастьян Финстервальдер из Мюнхена для съемки ледников в Тирольских Альпах в 1889 г.

В начале 1859 года снимки, полученные с воздушного шара, использовались в военных целях во время Солферинского сражения в Италии, а позднее во время гражданской войны в Америке (1861-1865).

Наземные снимки и снимки, полученные с воздушных шаров, были, однако, неудобными для системного покрытия ими земной поверхности.

Только после изобретения самолета в 1903 году братьями Райт он стал подходящей платформой для аэрофоторазведки. Это продемонстрировала первая мировая война (1914-1918), во время которой в 1915 году был сконструирован первый аэрофотоаппарат C. Месстером из фирмы Карл Цейсс в Германии.

В Великобритании и Германии началась разработка инфракрасных датчиков, а Британия преуспела в разработке первого радара в виде “индикатора планового положения”.

Дальнейшие разработки проводились Соединенными Штатами Америки в послевоенный период. В 1950-х годах появилась спектрозональная фотопленка. Другим новшеством явился самолетный радар бокового обзора (SLAR, SAR).

В 1960-х годах предприняты усилия в использовании спутниковых платформ для дистанционного зондирования. Tiros был первым метеорологическим спутником. Программа подготовки к высадке на Луну по проектам НАСА «Apollo» включала в себя полный компонент дистанционного зондирования от разработки датчика до анализа изображений.

В 1972 году спутник для исследования природных ресурсов Земли (ERTS-1), который позже назвали Landsat 1, стал первым спутником для дистанционного зондирования всей поверхности Земли с разрешением 80 м в четырех каналах видимой человеческим глазом и ближней инфракрасной области спектра.

В последующие годы была улучшена и пространственная, и спектральная разрешающая способность спутников. В настоящее время 60 см на местности.

Несмотря на то, что еще в 1899 г. выполнялась строгая обработка пары снимков, полученных с воздушного шара, которая использовала математические вычисления для определения координат множества точек, измеренных по снимкам, такой аналитический подход без наличия компьютеров был все же слишком трудоемким. Поэтому была предложена идея аналоговых инструментов со стереоскопическими измерениями, которые позволяли оптически или механически быстро восстановить проектирующие лучи, определяющие точку объекта. В 1920-х годах немецкие, итальянские, французские и швейцарские конструкторы разработали большое разнообразие фотограмметрических стереообрабатывающих приборов. Они использовались во время второй мировой войны()1939-1945), чтобы удовлетворить все возрастающие потребности наций, вовлеченных в войну, в составлении карт.

После второй мировой войны модифицированные и упрощенные оптические и механические стереообрабатывающие приборы, разработанные в Швейцарии, Великобритании, Франции, Италии, США и СССР, сыграли важную роль в удовлетворении основных запросов на составление карт во всем мире.

Внедрение ЭВМ в фотограмметрию в конце 1950-х позволило не только частично автоматизировать задачи фототриангуляции и стереоскопической обработки снимков, но также способствовало повышению точности и надежности процесса обработки.

Развитие вычислительной техники в 1970-х и 1980-х годах, приведшее к созданию компьютеров, обладающих повышенным быстродействием и накопителями информации большой емкости, позволило обрабатывать аэрофотоснимки в цифровом виде после их сканирования на растровых сканерах.

В конечном счете, цифровая фотограмметрия в сочетании с современными методами обработки изображений стала новым инструментом для частично или полностью автоматизированного измерения координаты точек, преобразования координат, совмещения изображений для получения третьего измерения и для дифференциального трансформирования изображения с целью создания ортофотопланов, геометрия которых соответствует карте. Такая технология применима не только к аэрофотоснимкам, но и может аналогично использоваться с небольшими модификациями для наземных снимков или для цифровых изображений, полученных спутниковыми сканерами.

1.2 Области использования

Основные области применения спутникового дистанционного зондирования – картографирование территорий, получение информации о состоянии окружающей среды и землепользовании, изучение растительных сообществ, оценка урожая сельскохозяйственных культур, оценка последствий стихийных бедствий. Средства дистанционного зондирования эффективны при изучении загрязнения почв и водоемов, льдов на суше и на воде, в океанологии. Эти средства позволяют получать сведения о состоянии атмосферы, в том числе в глобальном масштабе. Данные зондирования поступают в виде изображений, как правило, в цифровой форме, обработка ведется на ЭВМ.

Аэрокосмические съемки позволяют получить разнообразную информацию об объекте, его окружении и взаимодействии с окружающим ландшафтом. Они обладают такими преимуществами перед наземными наблюдениями, как однородность информации, единовременно полученной на больших территориях, возможность проведения глобальных и локальных измерений с высокой разрешающей способностью с достаточной регулярностью. Информация, получаемая на основе аэро- и космических наблюдений, может собираться и храниться вместе с разного рода наземной информацией в специальном хранилище, образуя своего рода банк данных о каком-либо объекте, прежде всего экологического и географического характера.
1.3 Методы дистанционного зондирования

Дистанционные методы зондирования базируются на использовании свойств электромагнитного излучения. Все природные объекты различным образом отражают, поглощают или излучают электромагнитные волны определенного спектрального состава и интенсивности. Регистрация их с помощью приемных устройств на расстоянии, в том числе из космоса, является задачей дистанционного зондирования. Зарегистрированная информация может быть подвергнута обработке с целью выявления изучаемых объектов и определения свойств этих объектов.

Дистанционные методы делят на активные и пассивные. При использовании активных методов спутник посылает на Землю сигнал собственного источника энергии (лазера, радиолокационного передатчика), регистрирует его отражение. Радиолокация позволяет "видеть" Землю сквозь облака. Чаще используются пассивные методы, когда регистрируется отраженная поверхностью энергия Солнца либо тепловое излучение Земли.

Характерными примерами этих принципиально разных направлений являются: активное зондирование - радиолокационная съемка системами бокового обзора, пассивное зондирование - фотографирование с применением оптических систем.

ДЗЗ может осуществляться одним или несколькими методами, эффективность их зависит от поставленной цели, а также уровня развития соответствующей области техники и технологии. В современных условиях эволюционируют методы получения информации, зародившиеся в наземных условиях, перешедшие на авиационные средства и развивающиеся в настоящее время на базе космических платформ. Логика технического прогресса, несомненно, приведет к взаимодействию, комплексированию и совершенствованию этих направлений.

Эти методы наиболее перспективны, т.к. они применимы в любую погоду и в различное время суток. К недостатку пассивных методов следует отнести разреженность измерений, обусловленную характерной для микроволновых датчиков узкой полосой захвата территории.

1.4 Достоинства и недостатки материалов, полученных космическими съемочными системами

Достоинства:

Объективность и достоверность.
Обзорность.
Оперативность. Данные со спутников передаются в непрерывном режиме. По международному соглашению "Open skies" метеоданные могут свободно приниматься и использоваться всеми заинтересованными лицами, имеющими комплексы приема данных. Такие комплексы позволяют получить обработанные изображения через несколько минут после пролета спутников.
Периодичность (регулярность) поступления. Метеоспутники позволяют получать снимки одного и того же участка местности не реже 4-х раз в сутки.
Разнообразие по разрешению и видам съемки.
Надежность. Современные системы приема видеоданных являются серийными моделями и работают достаточно устойчиво. Серии спутников работают уже более 20-30 лет.
Возможность получения информации непосредственно в цифровом виде.

Недостатки:

Наличие геометрических, радиометрических и радиационных искажений.
Перенасыщенность (избыточность) информации.
Наличие "белых пятен" (облачность, параметры орбиты).

2. Физические основы получения информации

2.1 Распределение солнечной энергии
Рассмотрим схему процессов поглощения, отражения и рассеяния солнечных лучей в атмосфере Земли.

- поток солнечной энергии;
- поглощение света водой, кислородом и углекислым и др. газами;
- рассеяние в атмосфере;
- зеркальное отражение;
- диффузное отражение;
- свечение атмосферы;
- поглощение солнечной энергии;
- теплоотдача;
- тепловое излучение Земли;

- отражение от облаков;
- аппаратура ДЗ на самолете;
- аппаратура ДЗ на спутнике.

Энергия исходит из источника излучения. Пассивный (естественный) источник энергии – это Солнце. (Активным источником энергии может быть лампа, лазер или микроволновый передатчик с его антенной.) Радиация проникает через вакуум со скоростью света c приблизительно в 300 000 км/секунд. Она достигает объекта, где взаимодействует с ним. Часть энергии отражается по направлению к приемнику. В приемнике, размещенном на носителе, интенсивность поступающей радиации квантуется и запоминается. Значения запомненной энергии преобразуются в графические образы. Затем изображения анализируются и интерпретируются с целью получения информации об объекте.

2.2 Основные законы распределения энергии

Электромагнитная энергия испускается любым телом, имеющим температуру выше –273°C (или 0°K), т.е. выше абсолютного нуля. Такое тело излучает энергию на всех частотах. Отношение между частотой и длиной волны выражается как

где представлена в метрах, а частота в герцах, т.е. колебаниях в секунду.

= 2.997 925 см⁸/сек.

Количество радиации для определенной длины волны есть функция абсолютной температуры тела в градусах Кельвина и выражается законом распределения Планка

в котором

является спектральной радиацией в

– константа Больцмана,

– постоянная Планка ,
2.3 Распространение солнечной энергии в атмосфере

Влияние облачности представляет наибольшие помехи для съемки в оптическом диапазоне. В каждый момент времени облачность закрывает территорию более 50% поверхности Земного шара. Статистика показывает, что облачность сохраняется над каждой точкой Земной поверхности на протяжении не более 3-5 суток.

Поглощение лучей атмосферой происходит даже при отсутствии облачности. Это поглощение избирательное и зависит от длины волны излучения.

Съемку ведут в т.н. «окнах прозрачности» - это участки спектра, в которых э.-м. излучение не поглощается атмосферой. Самое большое окно прозрачности приходится на интервал от 0,4 до 0,9 мкм (видимый диапазон + ближний ИК), от 1,5 до 1,8мкм, от 2,0 до 2, 4 мкм (средний ИК), от 8,0 до 14,0 (тепловой).

Рассеяние лучей атмосферой особенно сильно проявляется в синей и голубой части спектра. Атмосферная дымка - это явление светимости слоя атмосферы, обусловленное рассеиванием части лучей, проходящих через этот слой. Она бывает двух видов -аэрозольная и молекулярная. Аэрозольная дымка возникает при рассеивания света на водных, пылевых и прочих аэрозолях. Молекулярная дымка - явление рассеяния света на молекулах газа.
2.4 Взаимодействие энергии с объектом

Взаимодействие случайного количества электромагнитной энергии с объектом зависит от молекулярного и атомного строение вещества объекта. Энергия может быть направлено отражена, рассеяна, передана или поглощена. Процесс определяется взаимодействием фотона с электроном, расположенным в оболочке атома, в результате чего происходит возбуждение электрона и отрыв его от оболочки. Соотношение между отраженным (во всех направлениях), переданным и поглощенным потоками или свечением и поступившей к объекту радиацией выражается через коэффициент отражения _,коэффициент передачи и коэффициент поглощения . Сумма их равна единице:

Кроме атмосферы, передача электромагнитных излучений возможна, например, в воде. Непрозрачные твердые тела имеют коэффициент пропускания, равный нулю.

Поступающая энергия не может потеряться. Поглощение – это процесс, в котором энергия более высокой частоты (например, видимый свет) преобразуется в энергию более низкой частоты (тепло).

Коэффициент отражения объекта имеет особо важное значение для дистанционного зондирования. Он меняется у различных спектральных диапазонов для специфичного объекта и характеризуется так называемой радиометрической функцией, зависящей от трех углов и имеющей вид:

(положение солнца).

Здесь является нормальным коэффициентом отражения, справедливым для объекта, у которого падающие и отраженные лучи совпадают. есть угол падения, т.е. угол между падающим на объект лучом и перпендикуляром к поверхности объекта в месте падения луча. есть пространственный угол между направлением на сенсор и перпендикуляром к поверхности объекта. есть пространственный угол между направлением освещения и направлением на сенсор.

Нормальные коэффициенты отражения существенно отличаются для объектов разного типа.
2. 5 Энергия, принимаемая датчиком
Плотность потока солнечной радиации, достигающего датчика, определяется следующими факторами. Солнечная радиация из-за высоты Солнца и коэффициента прозрачности атмосферы несколько уменьшается, и на объект падает поток

.

Отражение на объекте зависит от радиометрической функции. В случае, если объект является рефлектором Ламберта, отражающим всю энергию падающих лучей в полусферу с равной интенсивностью, функция становится равной 1. Тогда лучистый поток, достигающий датчика, выразится как

где выражает коэффициент прозрачности атмосферы на участке между объектом и датчиком, а коэффициент отражения одинаков во всех направлениях отражения.

Фактическая интенсивность лучистого потока, падающего на датчик, слегка увеличивается за счет рассеянного в атмосфере света , количество которого составляет приблизительно 3 %. Но эта величина сильно зависит от длины волны.

Таким образом, случайный радиальный поток в датчике становится равным

Величина может быть получена по солнечным параметрам. Коэффициенты прозрачности атмосферы можно определить из радиометрических измерений солнечного освещения с помощью радиометров, направленных к Солнцу.

Дистанционное зондирование обычно ограничивается сравнением отдельных спектральных составляющие общего лучистого потока или яркости смежных объектов и . В таком случае имеем:

,

поскольку почти одинаковы для всего изображения.

3 Съемочные системы
3.1 Классификация съемочных систем

В зависимости от приемника излучения разделяют:

- фотографическое изображение – когда изображение формируется на фотопленке и видимое изображение получается после фотохимической обработки;

- цифровое изображение – когда приемником излучения являются матрицы или линейки ПЗС (прибор с зарядовой связью) или другие многоэлементные примеси изображения.

СС можно разделить на :

Пассивные:

- фотографические (фотографирование может выполняться на черно-белую, цветную, спектрозональную и ИК фотопленки);

- оптико- механические СС

- оптико- электронные СС

Активные:

- радиолокационные съемочные системы;

- лазерные сканерные съемочные системы.

3.2 Фотографические СС
В фотографических системах снимок формируется практически мгновенно по законам центральной проекции. (Рисунок)

Фотоаппараты, применяемые для съемки участков земной поверхности, отличаются по типу (одно- и многообъективные кадровые, панорамные и щелевые), по величине угла зрения (узкоугольные(<50), нормальноугольные (50<...<90), широкоугольные (90<...<110) и сверхширокоугольные (.110)) и по величине фокусного расстояния (короткофокусные (<100), нормальные(100<...<300) и длиннофокусные(>300)).

3.3 Оптико- механические сканеры
Оптико-механический сканер содержит только один чувствительный элемент –датчик, который позволяет измерять яркость небольшого участка, пикселя земной поверхности. Вращающееся зеркало просматривает полосу местности, что позволяет зарегистрировать яркость целого ряда пикселей земной поверхности за короткий промежуток времени. Поскольку сканер размещается на движущейся платформе, он аналогично записывает данные о следующей полосе пикселей земной поверхности. По мере движения платформы сканирующий механизм позволяет получить изображение на целую площадь.

Рисунок 2.26. Принцип работы оптико-механического сканера

– высота полета,

– поле зрения отдельного пикселя

– полный угол сканирования;

отклонения луча от вертикали

а*b – размер пикселя на земной поверхности

s –ширина полосы сканирования на местности

– частота сканирования, является функцией скорости платформы

Если единственный фотодиод заменить линейкой датчиков, то можно получить многоканальное изображение. Спектральное разделение поступающего излучения осуществляется призмой, установленной на пути светового луча, поэтому различные группы длин волн регистрируются одновременно. Сканер позволяет фиксировать также тепловую составляющую излучения за счет разделения его на две части полупрозрачным зеркалом. Затем тепловая энергия собирается на ртутном слое компакт диска, охлажденного до температуры 577°K и чувствительного к дальнему инфракрасному участку спектра, или на германиевом детекторе.

Рисунок 2.27. Принцип действия многоспектрального сканера

В настоящее время используются сканеры, имеющие от одного до 24 каналов (Landsat TM).

Сканер	Плат- форма			Количество каналов в видимых и ближних инфракрасных лучах	Количество термальных каналов
Daedalus DS 1200	Самолет	2,5 мрад	77^o	2	1
Landsat MSS	Спутник	0,087 мрад	11,6°	4	0
Landsat TM	Спутник	0,024 мрад	11,6°	6	1

3.4 Оптико- электронные сканеры

В оптико-электронном сканере изображение, созданное посредством оптической системы, проектируется на линейное или матричное множество датчиков прибора с зарядовой связью. Линейки ПЗС достаточной длины монтируются гораздо проще, чем матрицы. Поэтому такой оптико-электронный сканер, схема которого дана на рисунке 2.30, часто используется в качестве спутникового приемника

Рисунок 2.30. Оптико-электронный сканер

В сканере линейка датчиков ориентирована перпендикулярно направлению движения платформы. Отдельному чувствительному элементу линейки, имеющему размер поперек траектории полета, на земной поверхности соответствует пиксель с размером , причем

,

где – высота полета, а – фокусное расстояние оптической системы. В направлении полета справедлива аналогичная зависимость

в которой – размер элемента датчика, а – размер пикселя на местности.

Чтобы сложить отдельные сканы в общее изображение, промежуток между экспозициями следует взять с учетом скорости платформы относительно земли , чтобы

.

Ширина полосы, захватываемой сенсором, равна

где s’– общая длина линейного множества датчиков, симметричного вертикали. Пример сенсора такого типа дает французский спутник Spot

Имя





Кол-во каналов

Тип

SPOT-P

SPOT.XS

0,012 мрад

0,024 мрад

4,2^o

Панхроматический

Многоспектральный

Существуют также стереоскопические оптикоэлектронные сканеры.

Они чаще всего имеют линейку ПЗС, на которую проектируется изображение в вертикальной плоскости, ориентированной поперек траектории полета. Кроме того, есть могут существовать другие линейки ПЗС. Их датчики смотрят вперед либо назад.

Рисунок 2.36. Стерео сканер MOMS

Полученное в разных плоскостях изображения сводятся в стереопару (Spot 5).
Спектрометры. Имеется возможность так спроектировать оптикоэлектронный сканер со множеством светочувствительных элементов в соединении с дифракционной решеткой, что в комбинации с непрерывно изменяемым оптическим фильтром на датчики проектируются узкие участки спектра с разностью всего 10 нм. Процесс завершается непрерывными спектральными записями в видимом и инфракрасном спектре. Эти так называемые гиперспектральные устройства имеют способность отобразить до 224 спектральных каналов. Информацию об объекте, полученную в этих каналах, можно сравнить с библиотеками объектов. Пространственное разрешение этих гиперспектральных устройств должно соответствовать доступной отраженной энергии.

Пример сенсора для видимого и ближнего инфракрасного участков спектра представляет спектрометр AVNIR. В нем отображаются 60 участков длин волн с приращением 10 нм в интервале между 430 нм и 1012 нм. При работе на высоте 1600 м может быть достигнут размер пикселя 0,8 м.

Спектрометр AVIRIS NASA-JPL используется на высотном самолете (h = 20 км). Этот прибор имеет 224 спектральных канала также с приращением 10 нм в интервале длин волн между 400 нм и 2450 нм. При указанной выше высоте полета размер пикселя на местности составляет в этом приборе 17 м, а ширина охватываемой полосы обзора равна 11 км.

В 2000 году НАСА запустило на околоземную орбиту EO-1 200-канальный спектрометр изображения Hyperion, созданный фирмой TRW, с пикселем на местности 30 метров и шириной полосы обзора 7.5 км.

3.5 Радиолокационные съемочные системы
Kороткий импульс от передатчика большой мощности, расположенного на носителе, излучается направленной антенной, формирующей веерообразный луч в вертикальной плоскости. Часть отраженной энергии возвращается к приемнику, установленному в том же месте, что и передатчик. В результате образуется сигналы, которые управляют яркостью светового пятна развертки электронно-лучевой трубки. Совокупность таких пятен образует строку радиолокационного изображения, яркость которой пропорциональна отражающей способности местности. Вследствие движения носителя последовательно формируется изображение местности.

Рассмотрим поподробнее как работает радиолокатор бокового обзора с синтезированной апертурой. Схема работы радиолокатора (в английском языке используется слово RADAR, которое является сокращением от RAdio Detection And Ranging) представлена на рис.1.21.

Рис. 1.21. Схема работы радиолокатора

Антенна радара поочередно передает и принимает короткие импульсы электромагнитного излучения - приблизительно 1500 импульсов в секунду длительностью около 10-15 микросекунд. Для импульса характерна узкая полоса частот (меньшая, чем полоса частот приемной системы радара) в сантиметровом диапазоне, где влияние атмосферы, в том числе и облачности, минимально. Импульс (рис.1.21a) отражается от подстилающей поверхности в соответствие с индикатрисой рассеяния, характерной для каждого типа поверхности. При этом меняется не только амплитуда импульса, но и диапазон его частот и поляризация. Наибольшую амплитуду имеет излучение, рассеяное в "зеркальном" направлении, когда углы падения и отражения равны. Но характеристики рассеяния в этом направлении очень близки для всех типов подстилающей поверхности и не позволяют уверенно отличать один тип поверхности от другого. Поэтому локаторы типа SAR принимают излучение, рассеянное под углами, отличными от "зеркальных", которое несет существенно больше информации об особенностях поверхности (на рис. 1.21b импульс, принимаемый локатором, выделен красным цветом). Такие локаторы, соответсвенно, называются локаторами бокового обзора. Схема работы такого локатора представлена на рисунке 1.22.

Рис.1.22.Схема локатора бокового обзора

Как видно из рисунка, полоса обзора локатора сдвинута относительно подспутникового трека на некоторое расстояние, что обеспечивает возможность идентификации большого числа различных типов поверхности.
Относительно высокое для прибора, работающего в сантиметровом диапазоне, пространственное разрешение локатора обеспечивается за счет синтезированной аппертуры. Схема этого процесса поясняется на рис. 1.23.

Рис.1.23. Схема работы радара с синтезированной аппертурой

Импульсы локатора распространяются в некотором конусе, и прибор принимает рассеянные сигналы со всей поверхности, которая является основанием конуса. Например, сигнал, рассеянный от точки A на рис.1.23, начинает регестрироваться, когда спутник находится в положении 1, а заканчивается, когда он оказывается в положении 2. Все это время сигналы от точки A синтезируются по специальной программе и в результате такого накопления удается получить сигналы приемлемой амплитуды от небольших участков подстилающей поверхности.
Локаторы с синтезированной аппертурой используются для решения очень большого числа задач. В океанографии они используются для изучения течений, фронтов и внутренних волн. Кроме того, они позволяют наблюдать пятна нефти на поверхности океана, изучать ледовую обстановку для облегчения проводки судов и многое другое.
Локаторы с синтезированной аппертурой также достаточно широко используются для изучения растительности - лесов, сельскохозяйственных угодий и т.п.
Примеры изображений полученных с помощью прибора ERS-SAR представлены на рис. 1.24 и 1.25.
Радарные системы преимущественно созданы для трех участков длин волн, а именно:

X полоса,  = 2,4 – 3,8 см (частота от 8000 до 12500 МГЦ),
C полоса,  = 3,8 – 7,5 см (частота от 4000 до 8000 МГЦ),
L полоса,  = 15 – 30 см (частота от 1000 до 2000 МГЦ).

Преимущество полос X и C в том, что такие излучения проникают через облака. Поэтому на их основе созданы всепогодные системы, работающие и днем, и ночью.

3.6 Лазерные съемочные системы

Принципы лазерного сканирования основаны на том, что световой импульс направляется от сканера к земной поверхности. Часть отраженной радиации возвращается к лазерному сканеру. Последний определяет время между эмиссией импульса и начальным и конечным моментами возвращения отраженного сигнала. Измеряется также возвращенная энергия.

Этот принцип позволяет рассматривать лазерный сканер как альтиметр или дальномер для любой точки, достигнутой лазерным импульсом. Если пространственное положение сенсора определено в полете средствами GPS, а его угловая ориентировка – посредством инерциальной навигационной системы, то тогда можно вычислить пространственное положение точки, отразившей сигнал.

следующая страница>