5.2.6. Лазерні системи

У сфері моніторингу земної поверхні, інженерних вишукувань для будівництва лінійних та площинних об'єктів, створення та ведення кадастрових планів різного призначення щораз більшого значення набувають лазерні знімальні системи, які встановлюють на літаках. За допомогою лазерних ЗС одержують зображення за рахунок відбитої від земної поверхні "хмари точок". Особлива роль належить лазерним системам в побудові цифрових моделей рельєфу на принципі вимірювання відстаней від оптичної системи лазера до точки земної поверхні.

Принциповим в отриманні зображень у лазерному зніманні є підсвічування місцевості променем лазера. Промінь від лазера розгортальний пристрій скеровує на місцевість; відбитий промінь за допомогою оптичної системи скеровується в приймач випромінювання, де перетворюється на електричний сигнал.

Лазерні знімальні системи працюють у видимому та найчастіше в інфрачервоному діапазонах електромагнітного спектра. На борту літака лазерну систему встановлюють так, щоб вісь розгортального пристрою збігалася з напрямком польоту. Розгортка променя лазера вздовж рядка здійснюється поворотом дзеркала, розгортка по кадру – за рахунок руху літака.

5.2.7. Мікрохвильові радіометри (радіотеплові знімальні системи)

Радіотеплова зйомка (РТ-зйомка, пасивна радіолокаційна) заснована на реєстрації природного випромінювання в мікрохвильовому діапазоні (0,3 – 10 см). Теплові контрасти, що реєструються, обумовлені відмінностями випромінювання нагрітих тіл, які суттєво залежать від вологості, речовинного складу і текстурних особливостей гірських порід. Природне випромінювання реєструється спеціальною апаратурою чутливістю в десяті часки градуса в малому діапазоні азимутального кута.

Мікрохвильові радіометри дають змогу отримувати інформацію про місцевість через хмарне покриття, туман, що є безсумнівною перевагою цього типу знімальних систем. Роль оптичної системи в сканувальних мікрохвильових радіометрах відіграє направлена антена, яка сканує місцевість перпендикулярно до польоту літального апарата. Мікрохвильові радіометри мають порівняно низьке просторове розрізнення, прямо пропорційне до висоти знімання і кутової ширини сканувального променя. Деякі з них працюють тільки по профілю (у площині орбіти КЛА), тобто подають інформацію в точці.

Майже повна прозорість атмосфери для хвиль цього діапазону робить ефективною РТ-зйомку з космосу, але в зв’язку з її малою розрізненністю в геології вона використовується головним чином при регіональних дослідженнях.

5.2.8. Радіолокаційні системи

В останні десятиліття все ширше використовуються радіолокаційні або радарні системи. Вони належать до активних систем, працюють в сантиметровому або метровому діапазоні радіохвиль. Їх використовують в умовах, коли об'єкти закриті хмарами, туманом, димовими завісами тощо у будь-який час доби. Суть знімання полягає в посиланні радіосигналів певної частоти, які виробляє генератор, і фіксації часу повернення сигналів у приймач. Час повернення сигналів залежить від відстаней до об'єктів (рис. 5.8).

Активне радіолокаційне зондування виконується за схемою (рис. 5.9): випромінювання імпульсу електромагнітної енергії в радіохвильовому діапазоні – проходження цим імпульсом відстані до досліджуваних об’єктів – відбиття (поглинання) хвиль об’єктом, повернення відбитої енергії – реєстрація відбитого сигналу.

Рис. 5.8. Особливості оптичного і радарного знімання	Рис. 5.9. Схема зондування радіолокаційною системою бокового огляду:1– напрямок польоту; 2 – зона радіотіні (нульової інформації); 3 – відбиті гнали; 4 – антена; 5 – імпульс радіохвиль; 6 – нахильна дальність; 7 – поверхня відбиття сигналу; 8 - місцева вертикаль; 9 – горизонтальна дальність

Параметрами повернутого імпульсу енергії що реєструється є: час (відстань) проходження імпульсу від генератора до приймача випромінювання, інтенсивність прийнятого сигналу, дислокація опроміненого об'єкта в системі координат радіолокатора. В результаті радіолокаційної зйомки формується зображення місцевості, що реєструється на ЕПТ або машинних носіях.

Просторова розрізненність зображень, отримуваних за допомогою РЛС БО, залежить від розміру імпульсу, сформованого в напрямку, перпендикулярному до польоту; і тривалості імпульсу. Чим менше розмір імпульсу по ширині і чим менше його тривалість, тим вище розрізненність радіолокаційної знімання.

Вузькоспрямований сигнал може формуватися при використанні великогабаритних антен, однак розмір антен обмежується через технічні можливості їх встановлення на космічному апараті. Тому доцільно використати антени (рис. 5.10) з синтезованою апертурою, коли малогабаритна антена персоніфікує собою начебто велику антенну споруду для прийому відбитих сигналів.

Рис. 5.10. Схема роботи антени з синтезованою апертурою: 1, 2 – діаграма променя (1 – реального, 2 – синтезованого); 3 – місцева вертикаль; 4 – напрямок польоту; 5 – синтезована антенна; 6 – реальна антенна РЛС	Рис. 5.11. Цифрова тривимірна модель рельєфу Землі

Радіолокаційне активне зондування має низку переваг на відміну від інших способів отримання дистанційної інформації. До них потрібно віднести: всепогодність, всесезонність, можливість роботи в будь-який час доби, високу чутливість до діелектричних властивостей об’єктів місцевості, можливість підповерхневого зондування, зростаючу зі збільшенням довжин використовуваних хвиль. Зокрема, радіолокаційна зйомка використовується для пошуку води в пустелях на глибині декількох десятків метрів.

Одна з найяскравіших можливостей радіолокаційного методу зондування була продемонстрована в 2000 р. американськими астронавтами, які знаходились у космосі близько 10 днів. На шатлі ”Endeavour” стояли два локатори, один на самому шатлі, інший на виносному щоглі на відстані 60 м від шатлу (база 60 м – база вимірів, необхідна для отримання стереознімків). З двох антен одночасно випромінювався сигнал, відбивався і приймався з невеличкою затримкою, яка була обумовлена рельєфом земної поверхні. Аналізуючи затримку фази (сигналу, що приймався двома антенами), будувався рельєф. Топографічна місія називалась SRTM – Shuttle radar topographic mission. За період польоту було знято понад 80% поверхні Землі, а деякі ділянки – по декілька разів. За даними цієї зйомки була створена високоточна тривимірна модель Землі (рис. 5.11).

Із дешифрування радіолокаційних зображень встановлено, що вони особливо ефективні для дослідження гідромережі, яка розізнається значно краще, ніж на фотозображенні.

Радарні знімки дозволяють виявляти на поверхні води нафту і нафтопродукти з товщиною плівки від 50 мкм (рис. 5.12).

Рис. 5.12. Виявлення на поверхні води нафти і нафтопродуктів за допомогою радарних знімків [148]	Рис. 5.12. Лідарна зйомка

Успішним є використання радіолокаційних знімків для виявлення підземних вод, дослідження льодовиків, снігового покриву.

В надвисокочастотному діапазоні радіохвиль, у якому працюють радари, характер відбиття залежить головним чином від механічних властивостей поверхні, її гладкості і текстури.

Інше застосування радарних знімків – оцінка вологовмісту ґрунтів.