Оптико-электронные спутники

Оптико-электронные спутниковые системы дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) позволяют получать пространственную информацию о земной поверхности в видимом и инфракрасном диапазонах длин электромагнитных волн. Они способны распознавать пассивное отраженное излучение земной поверхности в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах. В таких системах излучение попадает на соответствующие датчики, генерирующие, электрические сигналы в зависимости от интенсивности излучения. В оптико-электронных системах ДЗЗ, как правило, используются датчики с постоянным построчным сканированием. Полный угол сканирования поперек маршрута называется углом обзора, а соответствующая величина на поверхности Земли — шириной полосы съемки. Часть принимаемого со спутника потока данных называется сценой. Схемы нарезки потока на сцены, равно как и их размер для разных спутников, имеют отличия. Оптико-электронные системы ДЗЗ проводят съемку в оптическом диапазоне электромагнитных волн.

Панхроматические изображения занимают практически весь видимый диапазон электромагнитного спектра (0,45–0,90 мкм), и поэтому являются черно-белыми.

Мультиспектральные (многозональные) съемочные системы формируют несколько отдельных изображений для широких спектральных зон в диапазоне от видимого до инфракрасного электромагнитных излучений. Наибольший практический интерес в настоящий момент представляют мультиспектральные данные с космических аппаратов нового поколения, среди которых RapidEye (5 спектральных зон) и WorldView-2 (8 зон).

Спутники нового поколения высокого и сверхвысокого разрешения, как правило, ведут съемку в панхроматическом и мультиспектральном режимах.

В отличие от мультиспектральных съемочных систем гиперспектральные формируют изображения одновременно для узких спектральных зон на всех участках спектрального диапазона. Для гиперспектральной съемки важно не количество спектральных зон (каналов), а ширина зоны (чем меньше, тем лучше) и последовательность измерений. То есть съемочная система с 20 каналами будет гиперспектральной, если она покрывает диапазон 0,50–070 мкм, при этом ширина каждой спектральной зоны не более 0,01 мкм, а съемочная система с 20 отдельными каналами, покрывающими видимую область спектра, ближнюю, коротковолновую, среднюю и длинноволновую инфракрасные области, будет считаться мультиспектральной.

Пространственное разрешение — величина, характеризующая размер наименьших объектов, различимых на изображении. Факторами, влияющими на пространственное разрешение, являются параметры оптико-электронной или радарной системы, а также высота орбиты, т. е. расстояние от спутника до снимаемого объекта. Наилучшее пространственное разрешение достигается при съемке в надир, при отклонении от надира разрешение ухудшается. Космические снимки могут иметь низкое (более 10 м), среднее (от 10 до 2,5 м), высокое (от 2,5 до 1 м), и сверхвысокое (менее 1 м) разрешение.

Радиометрическое разрешение определяется чувствительностью сенсора к изменениям интенсивности электромагнитного излучения. Оно определяется количеством градаций значений цвета, соответствующих переходу от яркости абсолютно «черного» к абсолютно «белому», и выражается в количестве бит на пиксель изображения. Это означает, что в случае радиометрического разрешения 6 бит/пиксель, мы имеем всего 64 градации цвета, 8 бит/пиксель — 256 градаций, 11 бит/пиксель — 2048 градаций.

GeoEye-1

КА GeoEye-1 отличает сверхвысокое пространственное разрешение в панхроматическом режиме (0,41 м — рекордное для коммерческих спутников), высокая точность привязки снимков, а также очень высокая производительность съемки. Спутник обладает высокой маневренностью, что позволяет получать большой объем данных за один пролет. Точность съемки в плане — 3,5 м (CE90), в то время как стереосъемка достигает точности 2,8 м (LE90) по высоте без применения опорных точек. 

Решаемые задачи:

создание и обновление топографических и специальных карт и планов вплоть до масштаба 1:5000;

создание цифровых моделей рельефа с точностью 1–2 м по высоте;

инвентаризация и контроль строительства объектов инфраструктуры транспортировки и добычи нефти и газа;

выполнение лесоустроительных работ, инвентаризация и оценка состояния лесов;

инвентаризация сельскохозяйственных угодий, создание планов землепользования, точное земледелие;

обновление топографической подосновы для разработки проектов генеральных планов перспективного развития городов, схем территориального планирования муниципальных районов;

инвентаризация и мониторинг состояния транспортных, энергетических, информационных коммуникаций;

широкий круг задач в области охраны окружающей среды.

Основные характеристики КА

Параметр		Значение
Дата запуска:		6 сентября 2008 г.
Стартовая площадка:		авиабаза Ванденберг (США)
Средство выведения:		РН Delta II (США)
Разработчик:		General Dynamics (США), EXELIS (США; бортовая съемочная аппаратура)
Оператор:		DigitalGlobe (США)
Масса:		1955 кг
Орбита	Тип:	Полярная солнечно-синхронная
	Высота:	678 км
	Наклонение:	98,1 град.
Расчетный срок функционирования:		7 лет

Основные технические характеристики съемочной аппаратуры

Режим съемки	Панхроматический	Мультиспектральный
Спектральный диапазон, мкм	0,45–0,90	0,45–0,52 (синий) 0,52–0,60 (зеленый) 0,625–0,795 (красный) 0,76–0,90 (ближний ИК)
Пространственное разрешение (в надире), м	0,41	1,65
Максимальное отклонение от надира, град	60
Радиометрическое разрешение, бит на пиксель	11
Точность геопозиционирования, м	CE90 mono = 2,5 CE90 stereo = 2 LE90 stereo = 3
Ширина полосы съемки, км	15,2
Производительность съемки, млн кв. км/сутки	0,7
Периодичность съемки, сутки	2,3
Возможность получения стереопары	Да, с одного витка
Формат файлов	GeoTIFF
Скорость передачи данных на наземный сегмент, Мбит/с	740

Рис 1.

Рис 2.

Вывод

В данном отчете я рассмотрел оптико-электронный спутник GeoEye-1. Начал с рассмотрения ДЗЗ. С его основных приборов дистанционного зондирования. К ним относятся: лазерные и радиолокационные высотомеры, радары, ультразвуковые (акустические) и радиолокационные датчики, технология светового обнаружения и определения дальности (ЛИДАР), радиометры, фотометры и мультиспектральные платформы. Далее принцип сканерной съемки заключается в поэлементном считывании вдоль узкой полосы отраженного земной поверхностью излучения, а развертка изображения идет за счет движения носителя, поэтому оно принимается непрерывно. Также многозональное оптико-электронное сканирующее устройство высокого разрешения МСУ-Э предназначено для оперативного получения с борта космического аппарата видеоинформации о подстилающей поверхности Земли в трех спектральных зонах в диапазоне длин волн 0,5-0,9 мкм с пространственным разрешением 32 м (в надире). Оптико-электронные спутниковые системы дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) позволяют получать пространственную информацию о земной поверхности в видимом и инфракрасном диапазонах длин электромагнитных волн.