< Попер   ЗМІСТ   Наст >

Теплові сенсори

Усі матеріали є джерелами інфрачервоного випромінювання, яке зумовлено молекулярними коливаннями. Це теплове інфрачервоне випромінювання реєструється за допомогою техніки, схожої на багатоспектральне сканування, але у діапазоні 8-14 мкм. Характер зображення при цьому залежить від температури об'єкта та

його випромінювальної здатності. Теплові сенсори, які встановлюються на авіаносіях, що зондують об'єкти на невеликих висотах, забезпечують високу роздільну здатність (близько 1 м), тоді як на супутниках теплові сенсори розділяють простори розмірами 700-900 м.

Дистанційне зондування земної поверхні за допомогою супутника: а – принцип дії багато спектрального сканера; б – система сканування: 1 – двигун; 2 – сканер; 3 – монохроматор; 4 – дзеркало; 5 – щілина

Рис. 26.1. Дистанційне зондування земної поверхні за допомогою супутника: а – принцип дії багато спектрального сканера; б – система сканування: 1 – двигун; 2 – сканер; 3 – монохроматор; 4 – дзеркало; 5 – щілина

Теплові сенсори знаходять застосування при визначенні рівня теплового забруднення водойм, оцінках розмірів, температури рослинних покривів та впливу на них зовнішніх факторів, вологості ґрунту, теплових аномалій, температури та стану поверхні водойм, морських течій, льодових та сніжних масивів, вулканічної активності, евапотранспірації, дренажних структур, термічних індустріальних викидів. Широкого застосування набула техніка дистанційного зондування теплового інфрачервоного випромінювання для аналізу ландшафтних екологічних процесів – вимірювання випаровування, евапотранспірації та вологості ґрунту, вивчення характеристик теплового балансу та теплових потоків, оцінки теплообміну між лісовими масивами.

Сучасні прилади теплового зондування реєструють різницю температур близько 0,4 К. їх недоліки – це вплив метеорологічних умов на результати вимірювань; зондуванню ґрунту підлягає лише шар товщиною 2-4 см.

Надвисокочастотні (НВЧ) локатори

Цей тип техніки дистанційного зондування передбачає використання електромагнітних хвиль в області від 0,1 см до 2 м (що відповідає частотам від 100 МГц до 50000 Мгц). НВЧ-локаторні системи можуть бути активними (коли об'єкт дослідження опромінюється з подальшою реєстрацією відбитого випромінювання) та пасивними (коли реєструється природне випромінювання об'єкта).

Принцип дії дистанційного зондування земної поверхні за допомогою локаторів полягає у вимірюванні діелектричних властивостей цієї поверхні, які суттєво залежать від вмісту вологи та температури ґрунту, нерівності земної поверхні, рівня сніжного покриву, типу рослинних покривів та впливають на відбивальні та випромінювальні параметри, що вимірюються. НВЧ-локація дає можливість визначати положення, рух та природу віддалених об'єктів. Серед основних типів локаторів, що застосовуються при дистанційному зондуванні, слід відмітити локатори зображення, вимірювачі розсіяного випромінювання, висотоміри, НВЧ- радіометри. Завдяки високій проникності НВЧ-випромінювання через хмари та листя локатори здатні створювати зображення земної поверхні у дрібних деталях. Формування зображення за допомогою локаторів пояснюється на рис. 26.2.

Об'єкти земної поверхні опромінюються локаторним імпульсами, які відбиваються, реєструються та перетворюються у зображення.

Амплітуда відбитого імпульсу складним чином залежить від конкретного об'єкта спостереження. Альтернативним локатору зображення є локатор з синтетичною апертурою (ЛСА).

Формування зображення за допомогою радіолокатора

Рис. 26.2. Формування зображення за допомогою радіолокатора

Принцип дії такого локатора показано на рис. 26.3, де наведено взаємне положення літака з локатором та об'єкта спостереження.

У точці 1 об'єкт знаходиться поза діаграми опромінювання локатора; в точках 2 і 3 об'єкт потрапляє в цю область; у точці 4 він знов зникає з зони спостереження локатора. Тобто, об'єкт появляється в системі реєстрації локатора лише протягом певного проміжку часу; під час цього проміжку відбитий сигнал заноситься в пам'ять бортового комп'ютера. Всі таким чином записані сигнали дають можливість реконструювати повну картину всіх об'єктів, що опромінювалися локатором з достатньо вузькою апертурою (звідси термін "синтетична апертура").

Слід зауважити той факт, що сигнали локатора, що висипаються за ходом руху літака, набувають зсув до високих частот, тоді як сигнали, що висипаються назад, набувають зсуви до низьких частот завдяки допплерівському ефекту. Реєстрація та аналіз цих зсувів дає можливість точно визначати істинне просторове положення наземних об'єктів. Техніка локаторів із синтетичною апертурою достатньо складна і коштовна, але її можливості обумовлюють саме широке застосування.

Принцип дії локатора з синтетичною апертурою (пояснення в тексті)

Рис. 26.3. Принцип дії локатора з синтетичною апертурою (пояснення в тексті)

Надвисокочастотні (НВЧ) локатори дають можливість вимірювати характеристики ґрунтів (нерівність, структуру, вологість), рослинних покривів та опадів, оцінювати водні ресурси, стан морської поверхні, прогнозувати наближення цунамі, визначати типи та розміри льодових масивів, аналізувати характер упакування снігу. Яскравими прикладами застосування радіолокаційної техніки є дистанційне спостереження за блискавкою та дистанційний контроль за повенями.

Реєстрація пасивного НВЧ-випромінювання застосовується для спостереження за температурним станом земної та морської поверхонь, визначення вологості фунту, оцінки розмірів та стану рослинних, льодових та сніжних покривів.

До переваг локаційних приладів належить висока роздільна здатність, до недоліків – вплив рослинного покриву та нерівності грунту на сигнал, що реєструється.

Приклад

У 1977 р. у США було запущено космічні апарати Voyager-1 та Voyager-2, які провели дослідження планет Юпітер, Сатурн, Уран та Нептун. Зараз ці апарати виходять за межі Сонячної системи. Апарати летять з третьою космічною швидкістю – 16,6 км/с. Визначити, скільки часу потрібно для того, щоб радіосигнал пройшов до Землі та повернувся назад, якщо відстань між апаратом та Землею становить 14 млрд км.

Розв'язання

Якщо радіосигнал відбивається від Землі, то відстань L до неї оцінюється як

(26.1)

де – проміжок часу між висиланням і детектуванням радіоімпульсу; с – швидкість поширення радіосигналу.

Використовуючи формулу (26.1 ), отримуємо:

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >