Непрерывного потока данных на отдельные пиксели используется

электронная система датчика. ПЗС могут быть линейными, поперечными

или продольными (рис. 1.23).

Рис. 1. 23 – Схемы формирования изображения сканерами

В линейных сканерах для съемки всей сцены используется один

детекторный элемент, который как маятник, закрепленный в одной точке,

движется поперек направления движения (рис.1.23,а). В фокальной

плоскости системы съемки установлен объектив с точечным

фотоприемным устройством. При движении спутника над Землей с выхода

фотоприемного устройства снимается сигнал, пропорциональный

освещенности в видимом или ближнем ИК-диапазоне того участка земной

поверхности, на который в данный момент направлена ось объектива. На

практике сканер неподвижен, а вращается зеркало, отражение от которого

через объектив попадает в фотоприемное устройство. Сканерная

информация в цифровой форме передается со спутника в реальном

времени или в записи на бортовой магнитофон. На Земле полученная

36

информация обрабатывается на ЭВМ.

В поперечных ПЗС-сканерах, таких как Landsat ТМ, используется

линейка детекторов, расположенных вдоль маршрута съемки (рис. 1.24). В

результате при каждом цикле движения зеркала все детекторные элементы

осуществляют параллельное сканирование земной поверхности.

Рис. 1.24 – Расположение детекторных элементов аппаратуры ЕТМ+

в фокальной плоскости

При расположении детекторных элементов учитываются скорость

движения платформы, частота вращения зеркала, различия во временных

характеристиках регистрации данных в разных спектральных диапазонах и

для разных пикселей, а также необходимость физически разделять

детекторные элементы разных спектральных каналов.

Установленный на спутнике Landsat – 7 радиометр ETM+ (рис. 1.24)

является усовершенствованным вариантом сканеров ТМ. В основной

фокальной плоскости расположены кремниевые детекторы. Они

37

используются для панхроматической съемки (разрешение 10 м), а также

для съемки в зонах видимого и ближнеего инфракрасного спектра

(разрешение 30 м). В охлаждаемой фокальной плоскости размещены

детекторы на основе антимонида индия (InSb) для съемки в

коротковолновом ИК-диапазоне (разрешение 30 м) и детекторы на основе

теллурида ртути и кадмия (HgCdTe) для съемки в тепловом ИК-диапазоне

(разрешение 60 м).

Сканирующее зеркало детектора вращается в поперечном

направлении. Сбор данных ведется во всех каналах одновременно. Для

коррекции временных характеристик сигнала и внесения поправок на

разность фаз между пикселами используется специальная электронная

схема. Размер матрицы детекторов составляет несколько миллиметров.

Продольные ПЗС-сканеры оснащены ПЗС-линейкой, в состав

которой включают до сотен тысячи детекторов, расположенных поперек

маршрута. В результате параллельное сканирование всего набора данных

происходит за счет движения платформы по орбите.

1.3.3. Активные системы съемки

Активные сенсоры сами являются источником излучения. К

активным системам регистрации ЭМИ относятся лазерные и

радиолокащионные системы.

Лазерные системы

Лазерные системы (лидары) предназначены для сбора

геопространственных данных по рельефу, а также по наземным объектам

естественного и антропогенного происхождения.

Принцип работы лидара и основные блоки системы дистанционного

лазерного зондирования земной поверхности ALTM-3100, выпускаемой

канадской компанией Optech, показаны на рис. 1.25.

В качестве излучателя съемочного блока (рис. 1.25, в) используется

полупроводниковый лазер, как правило, ближнего инфракрасного

диапазона, работающий в импульсном режиме. Для архивации данных

съемки используется блок управления (рис. 1.25, б).

Для каждого излученного импульса регистрируется время

распространения от источника к объекту и обратно к приемнику, а также

текущее значение угла ϕ отклонения сканирующего элемента (зеркала,

призмы, оптического клина). По измеренному интервалу времени

определяется наклонная дальность D от источника излучения до объекта.

Значение угла ϕ используется для определения направления

распространения зондирующего луча («линии визирования») в системе

координат лидара, которая «жестко» связана с осями сканерного блока.

а) б) в)

Рис. 1.25 – Принцип работы (а) и блоки (б, в) лидара

Лазерная локация применяется для создания или обновления

топографических карт, планов, цифровых моделей рельефа, а также для

таксации леса, мониторинга состояния береговой линии и земель. В

качестве примера, на рис. 1.26 показаны основные этапы обработки

аэросъемочных данных при создании топографических материалов.

Первичные лазерно-локационные данные (рис. 1.26, а), получаемые в

ходе аэросъемочной фазы, классифицируются по морфологическому

признаку. В результате классификации все множество лазерных точек

(«облако лазерных точек») разбивается на категории, например:

поверхность земли, растительность, здания, линии электропередачи и др.

а)                                                                 б)                                            в)

Рис. 1.26 – Этапы обработки данных лазерно-локационной съемки при

создании топографических материалов

На следующем этапе (рис. 1.26, б) осуществляется переход от облака

лазерных точек, представляющих сцену наблюдения, к цифровым моделям

рельефа (ЦМР) или цифровым моделям местности (ЦММ) с выделением

важнейших поверхностей и контуров. При этом могут использоваться как

векторные, так и растровые компоненты. На третьем этапе (рис. 1.26, в)

ЦМР и ЦММ используются для геопозиционирования и ортотрансформирования цифровых снимков.

Любая лазерная система должна функционировать в одном из

спектральных окон прозрачности атмосферы. Работа лидаров не зависит от

времени суток – съемка одинаково эффективно может быть выполнена и

днем и ночью. Однако качество лазерной съемки сильно зависит от

состояния атмосферы.

Радиолокационные системы (радиолокаторы)

Принцип активной радиолокации состоит в следующем (рис. 1.27).

Рис. 1.27 – Принцип работы радиолокатора

На спутнике устанавливается передатчик, посылающий с помощью

антенны в направлении Земли импульсы с высокочастотным заполнением.

После этого наступает пауза, в течение которой производится прием

отраженных сигналов.

Если некоторый объект М, расположен на расстоянии L от спутника,

то отраженный от объекта сигнал вернется назад через интервал Характеристики сканеров и спутниковых платформ

1.4.1. Характеристики сканеров времени

Δt = 2L/c, где c – скорость света. Множитель 2 учитывает, что сигнал

проходит путь L дважды: от радиолокатора до объекта и от объекта до

радиолокатора. Чем дальше объект от радиолокатора, тем больше Δt.

Интенсивность отраженных сигналов зависит от дальности и

различна для разных объектов, так как они отличаются размерами и

электрофизическими характеристиками. Измеряя Δt, можно найти

расстояние до объекта. Таким образом, средствами радиолокационной

техники автоматически осуществляется сканирование по дальности, так

как сигналы от разных объектов приходят в разное время.

Интенсивность и характер радиоэха зависти от структуры

поверхности и вещественного состава природных объектов. Они

передаются на снимках градациями тонов и текстурой изображения.