Фрагмент космического снимка с пространственным разрешением около 45 м КА «Ресурс-О». Северо-запад Москвы

Камера мсу-э

Высота орбиты – 690 км

Полоса захвата – 45 км

Спектральные диапазоны:- 3 мультиспектральных

0,5-0,6нм; 0,6-0,7нм; 0,7-0,8нм

Разрешение: - 37х45 м)

Фрагмент космического снимка с пространственным разрешением около 1 м КА «Quick Bird-2»

Высота орбиты – 450 км

Полоса захвата – 16,5 км

Спектральные диапазоны:

- 1панхром

- 4 мультиспектральных

Разрешение:

- 0,61 м (панхром)

- 2,44 м (мультиспектральный)

Лекция 2

Важнейшей характеристикой, получаемого изображения является пространственное разрешение, радиометрическое (яркостное) и температурное разрешение. Температурное разрешение можно определить как минимальную разность температур, которую можно измерить, проанализировав тепловое изображение. Под пространственным разрешением можно понимать условно "размеры объекта, которые можно увидеть и распознать на полученной видеоинформации". Пространственное разрешение в предельном случае, при правильно спроектированной телевизионной аппаратуре зависит в основном только от параметров используемой оптической системы и высоты орбиты, с которой осуществляется наблюдение.

(1)

где R – пространственное разрешение;

 - длина волны;

Н – высота орбиты;

D – апертура (диаметр) оптической системы;

К – коэффициент пропорциональности, связанный с качеством системы наблюдения и условий наблюдения. На практике К всегда больше 1.

Простой анализ формулы показывает, что чем больше диаметр используемой оптики, тем лучше разрешение (более мелкие объекты можно наблюдать, чем выше орбита , тем хуже разрешающая способность системы). Таким образом, очевидно, что с высокой орбиты могут быть получены снимки с низшим разрешением. Для оптических систем с небольшим диаметром апертуры (около 10 см) предельное разрешение для наблюдения с геостационарной орбиты составляет около 250 м. Небольшие размеры апертуры оптико-электронной аппаратуры, размещаемой на геостационарных орбитах связаны с большими затратами по доставке полезной нагрузки на высокие орбиты. В среднем максимальная масса геостационарных спутников в 5 – 8 раз меньше максимальной массы спутников на низких орбитах. К тому же, большая удаленность от Земли требует больших энергетических затрат на передачу потоков информации на Землю. Поэтому, большинство телевизионных систем, размещаемых на геостационарных орбитах, имеет разрешение около 1 – 4 км, что вполне достаточно для целей метеорологии. И, наоборот, максимальное разрешение может быть получено с орбит высотой 300 – 500 км. Тем не менее, большинство систем наблюдения по различным причинам размещаются на высотах 650 – 800 км, до 1000 км. На таких орбитах они могут долгое время существовать, не задевая верхнюю атмосферу, а также имеют достаточно большие зоны обзора в стороны от трассы пролета. Спутники российских систем "Метеор" и "Ресурс – О" летают на орбитах с высотой 650-700 км.. К таким спутникам относятся IKONAS, "Quick Bird" (США), SPOT (Франция), IRS (Индия).

На графике показана также зависимость предельного разрешения от высоты орбиты для оптических систем с апертурами 0,25 м; 0,5 м; 0,75 м; что характерно для современных низкоорбитальных спутников высокого разрешения. Например, КА "IKONAS" (США) при диаметре главного зеркала своего телескопа имеет разрешение 0,8 м при высоте орбиты 680 км, что очень близко к предельному значению (0,6 м), которое можно получить из графика. Диаметр 2,4 м соответствует самому совершенному космическому телескопу "Habble", предназначенного для астрономического наблюдения.

Представление о том, что можно различить при том или ином пространственном разрешении можно получить из таблицы 1, при этом важно отметить, что существуют разные этапы "распознавания" объектов, которые включают собственно его обнаружение, а затем идентификацию и классификацию.

Еще одним важным параметром систем дистанционного зондирования Земли является периодичность наблюдений. Во многих случаях, при наблюдении быстрых наблюдений и динамических процессов на поверхности Земли необходимо иметь возможность часто повторять съемки одних и тех же районов Земли, ежедневные и даже чаще, в других эта периодичность может составлять месяца и даже годы. На рисунке представлена типичная "пространственно-временная" диаграмма, иллюстрирующая необходимые для исследования основных процессов на Земле соотношения между разрешающей способностью и периодичностью съемки.

Можно отметить, что к высокопериодическим процессам относятся метеонаблюдения, которые должны вестись постоянно (с интервалом в час и меньше), а также мониторинг чрезвычайных ситуаций. К этому же классу можно отнести и некоторые задачи, связанные с военными действиями.

Задачи, связанные со строительством, сельским хозяйством, землепользованием, лесным хозяйством (современные геоморфологические процессы) требуют пространственного разрешения от 1 м до 1 км и периодически от месяца до года.

Задачи картографирования, в основном требуют разрешающей способности 1-4 метра, а военной разведки еще меньше.

В таблице, построенной на основе американских данных, приведены основные критерии обнаружения и распознавания элементов местности, строений и других объектов, представляющих интерес для военных целей, составления карт, оценки состояния военных объектов, обнаружения военной техники и т.п.

Так, для обнаружения населенных пунктов необходимо разрешение около 60 м, для обнаружения и распознавания портов и пунктов снабжения 30 – 15 м, мостов и дорог около 6 метров, самолетов 4,5 м. Для распознавания самолетов необходимое разрешение около 1,5 м. Для обнаружения наземных транспортных средств требуется разрешение около 1,5 м, а для опознавания около 0,6 м. Наилучшая на сегодняшний день коммерческая система ДЗЗ наблюдения в видимом диапазоне спектра "Quick Bird-2" имеет разрешение 0,61 м с высоты 450 км.