2.1.5. Теплові сенсори
Як відомо з курсу фізики, всі матеріали здатні посилати ІЧ випромінювання, що зумовлене молекулярним коливанням. Це теплове ІЧ випромінювання реєструється за допомогою техніки, схожої на багато спектральне сканування, але у діапазоні 8...14 мкм.
Характер зображення при цьому залежить від температури об’єкта та його здатності до випромінювання. Теплові сенсори, які встановлені на авіаносіях, що зондують об’єкти на невеликих висотах, забезпечують високу роздільну здатність (до 1 м), тоді як на супутниках теплові сенсори розділяють простори розмірами 200...500 м. Сучасні прилади теплового зондування здатні реєструвати різницю температур близько 0,4 К. Недоліки: вплив метеорологічних умов на результати вимірювань; при зондуванні ґрунту піддається лише шар товщиною до 5 см.
Рис. 7. Принцип дистанційного зондування за допомогою багатоспектрального сканера
2.1.6. Надвисокочастотні локатори
Цей вид техніки дистанційного зондування передбачає використання електромагнітних хвиль в області 0,1...2 м (що відповідає частотам від 100 МГц до 50 000 МГц). Надвисокочастотні (НВЧ) локаторні системи можуть бути активними (коли об’єкт дослідження опромінюється з подальшою реєстрацією відбитого випромінювання) і пасивні (коли реєструється природне випромінювання об’єкта). Принцип дії дистанційного зондування Землі (ДЗЗ) за допомогою локаторів полягає у випромінюванні її діелектричних властивостей, що значною мірою залежать від вмісту вологи й температури ґрунту, нерівностей земної поверхні, рівня снігового покриву, типу рослинних покривів, і впливають на відбивальні та випромінювальні параметри, що вимірюються. НВЧ-локація надає змогу вивчати положення, рух та природу віддалених об’єктів. Основні типи локаторів, що застосовуються при ДЗЗ:
локатори зображення (вимірюють розсіяне випромінювання, висотоміри, НВЧ-радіометри);
локатор із синтетичною апертурою – ЛСА.
Завдяки високій проникності НВЧ-випромінювання повз хмари та листя, подібні локатори здатні створювати зображення земної поверхні у дрібних деталях (рис. 8).
Рис. 8. Формування зображення за допомогою локатора
Об’єкти земної поверхні опромінюються локаторними імпульсами, що відбиваються, реєструються і перетворюються у зображення. Амплітуда відбитого імпульсу залежить від конкретного об’єкта спостереження. Альтернативним локатору зображення є ЛСА. Слід зауважити, що сигнали локатора, які надсилаються у процесі руху літака, набувають зсуву до високих частот, тоді як сигнали, що посилаються назад, набувають зсуву до низьких частот завдяки ефекту Допплера. Реєстрація та аналіз подібних зсувів надає можливості точно визначити просторове положення наземних об’єктів. Техніка локаторів із синтетичною апертурою досить складна й дорога, але її можливості зумовлюють най поширене її застосування. Перевага – висока розрізнювальна здатність. Недолік – істотні впливи рослинного покриву та нерівності ґрунту на сигнал, що реєструється.
2.2. Алгоритм обробки корисного сигналу
Розвиток
багатопозиційних систем дистанційного
зондування припускає модифікацію
алгоритмів обробки з метою забезпечення
когерентного прийому в умовах рознесеного
положення рухомих передавача і приймача.
Алгоритм когерентної обробки сигналів
для довільних векторів стану k-го
передавача й i-го
приймача. При цьому пропонується
використовувати модифікований опорний
сигнал
,
для формування якого можна використовувати
результат перемноження прямого сигналу
на
сигнал опорного генератора.
Використання
докладних аналітичних виразів для
моделей прямого
і
відбитого сигналів
при формуванні опорного сигналу приводить
до такого результату:
(1)
(1)
, (1)
де
– комплексний коефіцієнт відбиття
елемента
з вектором електрофізичних параметрів
;
– коефіцієнт
спотворення сигналу в середовищі
поширення (атмосфері);
– комплексна змінна, яка враховує
діаграми
спрямованості приймальної та передавальної
позицій;
– комплексна огинаюча сигналу;
– несуча частота випромінюваного
сигналу;
,
– час
затримки сигналу у прямому каналі та у
каналі відбитого сигналу.
Запропонований
алгоритм обробки корисного сигналу та
розроблена на його основі модель
когерентного приймача дозволяє
забезпечити когерентний режим і оцінити
комплексний коефіцієнт відбиття поверхні
з
точністю до комплексної величини (з
точністю до калібрування радіолокаційної
системи)
.
Алгоритм дозволяє усунути первинні спотворення, пов'язані з нестабільністю і розбіжністю частот опорних генераторів. Крім того, усуваються амплітудно-фазові спотворення сигналу на трасі передавач-приймач при використанні приймально-передавальних позицій, розташованих на суттєво різних висотах.
Модель прийнятого (корисного) сигналу в активних РСА має вигляд
.
Видно,
що корисний сигнал суттєво залежить
від діаграм спрямованості приймальних
і передавальних антен
,
коефіцієнтів спотворення сигналу в
середовищі поширення (атмосфері)
,
комплексного коефіцієнта відбиття
і геометричних параметрів РСА
(просторово-часових залежностей координат
носіїв).
При
дослідженні геометричних співвідношень
у багатопозиційних системах показано,
що час затримки
,
який визначає вид одиничного сигналу,
може бути наведений у вигляді суми
постійної
та змінної
складових
,
*де
,
.
Досліджено постійну складову загального часу затримки. Показано, що вона визначає зв'язок між перетином просторової функції невизначеності в далекомірній площині з функцією невизначеності випромінюваного сигналу за часом затримки. Вигляд просторової залежності необхідно враховувати при виборі зони огляду з метою виключення неоднозначності вимірів.
Для багатопозиційних систем із синтезуванням апертури, в яких функціонал щільності імовірності векторного процесу можна записати у вигляді
,
рішення
було отримано в рамках моделі корисних
сигналів, поданих у вигляді
.
Отримане в результаті оптимізації
рішення
являє
собою рівність результату спільної
обробки (ліва частина рівняння) з
оцінюваною просторовою функцією
,
згладженою модифікованою функцією:
.
визначається сумою функцій невизначеності
по всіх парах, що беруть участь у
формуванні корисного сигналу
.
Операції
комплексування містять у собі операції
декореляції вхідного процесу
матрицею
з наступною узгодженою фільтрацією з
модифікованим опорним сигналом
,
що залежить від моделі поверхні.