Содержание
дистанционный зондирование связь диапазон
Введение
1. Основные принципы дистанционного зондирования Земли
1.1 Метод дистанционного зондирования Земли: характеристики и достоинства
1.2 Концепция дистанционного зондирования
1.3 Классификации ДЗЗ
1.4 Типы ДЗЗ в зависимости от диапазонов длин волн
1.5 Формат данных ДЗЗ
2. Подсистема связи КА
2.1 Общие сведения о подсистеме связи
2.2 Способы передачи данных
2.3 Функции подсистемы связи
2.4 Требования к подсистеме связи
3. Расчётная часть
Заключение
Список использованных источников
Приложение
Введение
Создание и развитие космических средств и технологий ДЗЗ является в настоящее время одним из важнейших направлений применения космической техники для социально-экономических и научных целей. В мире уже успешно эксплуатируются десятки космических аппаратов ДЗЗ. В различных стадиях разработки находятся от 200 до 300 новых проектов по реализации перспективных возможностей наблюдения и съемки Земли из космоса. Наблюдается быстрый прогресс в области повышения технического уровня космических аппаратов и сокращения затрат на их создание и эксплуатацию.
Это выявляет общие тенденции развития рынка ДЗЗ как насчет малых спутников, так и группировок крупных современных высокопроизводительных спутников, принадлежащих ведущим поставщикам данных ДЗЗ:
-создание распределенных сетей приема, обработки и распространения данных ДЗЗ;
- увеличение скоростей передачи данных;
- совершенствование устройств обработки данных непосредственно на борту;
- использование глобальных спутниковых систем связи для передачи информации.
Дистанционные методы исследования окружающей среды- это многосложная и разносторонняя область науки и техники, переживающая период бурного развития. Современные дистанционные методы зондирования объектов, особенно космические, открыли качественно новый этап в информационном обеспечении исследований и разработок в науке о Земле и хозяйственной практики.
В настоящее время большую часть данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) получают с искусственных спутников Земли (ИЗС). Большой обзор поверхности Земли с высоты полета спутника, высокая скорость движения спутниковых датчиков и возможность регистрировать сигналы в нескольких спектральных диапазонах позволяют получать огромный объем данных.
Актуальность заключается в появлении новых, более совершенных модифицированных искусственных спутников Земли, служащих ретрансляторами телефонной связи и цифровой информации для систем электросвязи глобального географического масштаба.
Прошло уже достаточно много времени с тех пор, как появилась идея использования снимков земной поверхности из космоса для решения практических задач. Принцип работы космических аппаратов снимающих поверхность земли состоит в фиксировании отраженного электромагнитного излучения (излучаемого солнцем) от поверхности земли. Отраженное излучение в виде видимого света, тепла и радиоволн принимаются различными приемными системами искусственных спутников, преобразуются в радио сигнал и передаются на землю. Наземные системы приема спутниковой информации преобразуют эти данные в цифровые изображения, которые в дальнейшем проходят необходимую обработку. Первичные данные хранятся на различных видах носителей и могут передаваться через интернет. Так упрощенно выглядит схема получения данных космической съемки (дистанционного зондирования подстилающей поверхности земли).
1. Основные принципы дистанционного зондирования Земли
1.1 Метод дистанционного зондирования Земли: характеристики и достоинства
Существует несколько видов съемки, использующих специфические свойства излучений с различными длинами волн. При проведении географического анализа, помимо собственно ДЗЗ, обязательно используются пространственные данных из других источников - цифровые топографические и тематические карты, схемы инфраструктуры, внешние базы данных. Снимки позволяют не только выявлять различные явления и объекты, но и оценивать их количественно.
Достоинства метода дистанционного зондирования Земли заключается в следующем:
актуальность данных на момент съемки (большинство картографических материалов безнадежно устарели);
высокая оперативность получения данных;
высокая точность обработки данных за счет применения GPS
- технологий;
высокая информативность (применение спектрозональной, инфракрасной и радарной съемки позволяет увидеть детали, не различимые на обычных снимках);
экономическая целесообразность (затраты на получение информации посредством ДЗЗ существенно ниже наземных полевых работ);
возможность получение трехмерной модели местности (матрицы рельефа) за счет использования стереорежима или лидарных методов зондирования и, как следствие, возможность проводить трехмерное моделирование участка земной поверхности (системы виртуальной реальности).
Дистанционные методы характеризуются тем, что регистрирующий прибор значительно удален от исследуемого объекта. При таких исследованиях явлений и процессов на земной поверхности расстояния до объектов могут измеряться от единиц до тысяч километров. Это обстоятельство обеспечивает необходимый обзор поверхности и позволяет получать максимально генерализованные изображения.
1.2 Концепция дистанционного зондирования
Дистанционным зондированием Земли называют науку и технологию, которая определяет, измеряет или анализирует характеристики интересующих объектов без прямого контакта с ними.
Электромагнитное излучение, которое отражается от предмета или излучается им, - наиболее часто используемый источник данных дистанционного зондирования. Однако в дистанционном зондировании могут использоваться и другие виды полей, например, поле тяготение или магнитное поле.
Устройство обнаружения электромагнитного излучения, отраженного от предмета или испускаемого им, называют “датчик дистанционного зондирования” или “датчик”. Камеры или развертывающие устройства (сканеры) - примеры датчиков дистанционного зондирования.
Транспортное средство, которое несет датчик, называют “платформой”. В качестве платформ могут использоваться самолеты или искусственные спутники Земли.
Технический термин “дистанционное зондирование Земли“ начали использовать в Соединенных Штатах в 1960-х годах в фотограмметрии, интерпретации аэрофотоснимков, геологии и проч. Так как Landsat-1, первый спутник ДЗЗ, начал разрабатываться в 1972 году, термин “дистанционное зондирование” стал широко использоваться и применительно к космосу.
Характеристики объекта можно определить, используя электромагнитное излучение, отраженное объектом или испускаемое им. Объекты имеют уникальные или различающиеся характеристики отражения или испускания, когда различны либо тип излучения, либо условия окружающей среды. Дистанционное зондирование - это технология, которая дает возможность опознать и классифицировать объект или состояние окружающей среды, благодаря уникальности отражения или испускания.
Эта концепция иллюстрируется рис. 1.1.1, а на рис. 1.2.2 показан процесс дистанционного зондирования, когда три различных объекта воспринимаются датчиком в некотором количестве диапазонов с учетом того, что различные факторы, воздействуя на электромагнитные характеристики, изменили сигнал.
Данные дистанционного зондирования будут обработаны автоматически компьютером и или вручную, интерпретированы людьми, и затем использованы в сельском хозяйстве, землепользовании, лесоводстве, геологии, гидрологии, океанографии, метеорологии, при мониторинге окружающей среды и т.д.
Рис. 1.2.2 Поток данных дистанционного зондирования.
1.3 Классификация ДЗЗ
Существуют различные классификации ДЗЗ. Отметим наиболее важные с точки зрения практического сбора данных в нефтегазовой отрасли. Регистрироваться может собственное излучение объектов и отраженное излучение других источников. Этими источниками могут быть Солнце или сама съемочная аппаратура. В последнем случае используется когерентное излучение (радары, сонары и лазеры), что позволяет регистрировать не только интенсивность излучения, но также и его поляризацию, фазу и доплеровское смещение, что дает дополнительную информацию. Понятно, что работа самоизлучающих (активных) сенсоров не зависит от времени суток, но зато требует значительных затрат энергии.
Таким образом, виды зондирования по источнику сигнала:
активное (вынужденное излучение объектов, инициированное искусственным источником направленного действия);
пассивное (собственное, естественное отраженное или вторичное тепловое излучение объектов на поверхности Земли, обусловленное солнечной активностью).
Съемочная аппаратура может размещаться на различных платформах. Платформой может быть космический аппарат (КА, спутник), самолет, вертолет и даже простая тренога. В последнем случае мы имеем дело с наземной съемкой боковых сторон объектов (например, для архитектурных и реставрационных задач) или наклонной съемкой с естественных или искусственных высотных объектов.
Третий вид платформы не рассматривается в силу того, что он относится к специальностям, далеким от той, для которой написаны данные лекции. На одной платформе может размещаться несколько съемочных устройств, называемых инструментами или сенсорами, что обычно для КА. Например, спутники Ресурс-О1 несут сенсоры МСУ-Э и МСУ-СК, а спутники SPOT - по два одинаковых сенсора HRV (SPOT-4 - HRVIR). Понятно, что чем дальше находится платформа с сенсором от изучаемого объекта, тем больший охват и меньшую детализацию будут иметь получаемые изображения.
1.4 Типы ДЗЗ в зависимости от диапазонов длин волн
В существующую классификацию входят три типа дистанционного зондирования Земли, в зависимости от диапазонов длин волн:
дистанционное зондирование видимого и ближнего инфракрасного диапазонов,
дистанционное зондирование теплового инфракрасного диапазона,
дистанционное зондирование микроволнового диапазона,
как это показано на рис. 1.2.1
Рис. 1.3.1. Три типа дистанционного зондирования с учетом диапазонов длин волн
Источник энергии, используемой в дистанционном зондировании видимого и отраженного инфракрасного диапазонов - солнце. Солнце излучает электромагнитную энергию с длиной волны 0.5 мм в пиковой области (см. разделы 1.7 и 1.10). Данные дистанционного зондирования, полученные в видимом и отраженном инфракрасном диапазонах, зависят, главным образом, от отражательной способности объектов на подстилающей поверхности (см. раздел 1.8). Поэтому информация относительно объектов может быть получена по спектральной отражательной способности. Исключением является лазерный радар, потому что он использует не солнечную энергию, а лазерную энергию самого датчика.
Источник лучистой энергии, используемой в дистанционном зондировании теплового инфракрасного диапазона, - непосредственно объект наблюдения, потому что любой объект с нормальной температурой испускает электромагнитное излучение с пиком в области приблизительно 10 мм как это показано на рис. 1.2.1.
Можно сравнить разность спектрального излучения между солнцем (a) и объектом на Земле с нормальной температурой (приблизительно 300K), что иллюстрируется рис. 1.2.1. Однако следует отметить, что для упрощения мы пренебрегли на рисунке атмосферным поглощением, хотя коэффициент отражения, излучательная способность и температура объекта оказывают влияние на спектральную кривую.
Кривые (a) и (b) пересекаются приблизительно в точке 3.0 мm. Поэтому в области длин волн короче 3.0 мm наблюдают, главным образом, спектр отражения, в то время как в области длиннее 3.0 мm, измеряют тепловое излучение.
В микроволновой области, имеются два типа дистанционного зондирования микроволнового диапазона: пассивное и активное. В пассивном микроволновом дистанционном зондировании наблюдают микроволновое излучение, испускаемое объектом наблюдения, в то время как в активном наблюдают .
Замечание: кривые (a) и (b) на рис. 1.2.1 показывают спектральное излучение абсолютно черного тела солнца при температуре 6000K и объекта наблюдения с температурой 300K без учета атмосферного поглощения.
1.5 Формат данных ДЗЗ
Многоканальная видеоинформация представляется комбинацией пространственной позиции (номер пикселя и номер строки) и номера канала.
Классификация форматов данных для многоканальных изображений включает следующие три типа, как показано на рис. 6.4.1.
a) Формат BSQ (Band SeQuential = последовательность каналов), в котором видеоинформация (номер пикселя и номер строки) каждого канала размещается отдельно.
б) Формат BIL (Band Interleaved by Line = чередование строк по каналам) - данные строки размещаются по порядку номеров каналов и повторяются с учетом номера строки.
в) Формат BIP (Band Interleaved by Pixel = чередование пикселей по каналам), в котором набор многоканальных данных размещается пространственно с учетом каждого пикселя по номеру пикселя и номеру строки.
Для создания цветных изображений более удобен BSQ формат, потому что три канала назначены для R (красного), G (зеленого) и B (синего). Однако BIP формат может оказаться лучше для классификации максимальным классификатором вероятности, потому что многоканальные данные требуют попадания пиксель в пиксель при совместной обработке. BIL - это компромисс между BSQ и BIP.
Данные дистанционного зондирования обычно включают дополнительно к изображению различную аннотирующую информацию, предназначенную для пояснения данных. Начиная с 1982 года, спутниковые изображения выполняются в стандартном формате, который называется формат WSF - World Standard Format = Мировой Стандартный Формат, или формат LTWG (предложенный Landsat Technical Working Group = Технической Рабочей Группой по спутнику Landsat).