Том 14, № 5 (2013)

Сообщается о фактическом состоянии и перспективах развития российской орбитальной группировки средств радиолокационного наблюдения, наземного сегмента, а также комплексных технологий обработки данных ДЗЗ.

Приведены результаты валидации алгоритмов восстановления влагозапаса снежного покрова для степных районов Западной Сибири. Источником исходных данных служили СВЧ радиометры AMSU-A и AMSR-E, установленные на спутниковых платформах NOAA и Aqua. Показано, что для двухчастотных алгоритмов, коэффициент корреляции между реальными и восстановленными значениями влагозапаса меняется от 0,06 до 0,5 при среднем значении 0,3. Статистическая значимость полученных оценок невелика и соответствует случаю сильного пространственного усреднения (около 50 км в пикселе), что также снижает репрезентативность результатов. Показано, что практически применимая точность (лучше 40 %) достигается при значительном усреднении - более 40 точек. Это соответствует временному усреднению до уровня среднемесячных показателей или пространственному усреднению по элементу площадью 280x280 км 2.

Приведены результаты анализа радиояркостных характеристик почв в период промерзания, нахождения в замерзшем состоянии и оттаивания. Установлено, что яркостная температура, измеренная радиометром MIRAS спутника SMOS, слабо изменяется при замерзании почвы в силу климатических и графических особенностей юга Западной Сибири. Показано, что спутниковые данные, как и данные наземных измерений, слабо коррелируют с параметрами, характеризующими состояние почвы при нахождении в замерзшем состоянии. Установлено, что при таянии снега наблюдается влияние азимутального угла съемки относительно меридионального направления на временной ход яркостной температуры. Найденные зависимости следует учитывать при обработке и использовании спутниковых радиометрических данных SMOS.

Приведены результаты исследования радиояркостной температуры на территории Бурятии по данным космического микроволнового радиометра SMOS/MIRAS. В качестве примера рассмотрены точки, одна из которых находится на акватории оз. Байкал, а другая располагается вблизи озера. Представлены результаты, полученные в летний и зимний период. Показано, что наблюдается значительное расхождение расчета и эксперимента для точки на поверхности оз. Байкал, более удовлетворительное соответствие для точки на суше и хорошее соответствие для контрольной точки, расположенной в экваториальных водах. Сделан вывод о достоверности результатов, получаемых радиометром.

Рассматривается полигонно-калибровочный комплекс (ПКК) для верификации и валидации радиолокационных изображений (РЛИ). По результатам летного эксперимента: съемки ПКК «Скрипали» (Украина) КА «Radarsat-2» и анализа полученных изображений сделан вывод о принципиальной готовности ПКК для подтверждения характеристик РЛИ с КА «Кондор-Э» на этапе летных испытаний КА и верификации и валидации РЛИ других систем.

Представлены результаты зондирования земной и водной поверхности, полученные авиационным многочастотным радиолокационным комплексом РСА «КОМПАКТ». Комплекс устанавливается на борту вертолета Ми-8 и функционирует одновременно в четырех диапазонах (X, L, P, VHF). С его использованием был получен большой объем экспериментальных данных, направленных на решение следующих задач: анализ отражающих характеристик объектов и фонов в разных диапазонах, оценка затухания РЛ сигнала в лесных массивах, наблюдение объектов на водной поверхности.

Осуществлена текстурная RGB-сегментация с использованием статистик второго порядка Харалика одноканальных изображений ледяного покрова оз. Байкал по радарным данным ALOS PALSAR в сезоне зима-весна. Сделано сравнение с кластеризацией изображений. Подсчитаны текстурные параметры и фрактальный размер в 140 точках вдоль становой трещины Т1 для января и марта, и сделано предположение о возможной связи изменений текстуры с временной и пространственной динамикой деформации льда.

Представлены результаты интерферометрической обработки многолетних данных радара PALSAR. Мониторинг просадок земной поверхности с образованием мульд оседания проводился на нефтегазовых месторождениях в Западной Сибири. Рассмотрены преимущества реализации метода PSI в среде MatLab на высокопроизводительном суперкомпьютерном кластере.

Рассматривается технология расчета радарных мультивременных когерентных композитов. Приводятся принципы интерпретации цветов на таком композите. Рассматриваются примеры применения радарных и радарно-оптических композитов для задач тематического картографирования территорий и мониторинга вырубок в лесном хозяйстве.

Сообщается о результатах дифференциальной интерферометрической обработки данных РСА ASAR/ENVISAT по зоне землетрясения в Японии с использованием программного пакета SARscape. Представлены результаты совместного анализа данных дистанционного зондирования и подспутниковых GPS-измерений.

В настоящее время на северной территории России происходят масштабные разрушительные процессы вследствие усиливающейся антропогенной нагрузки и глобального изменения климата. На основе радиолокационных изображений полуострова Ямал и Ямало-Ненецкого автономного округа методами дифференциальной интерферометрии и текстурного анализа локализованы участки микродеформаций и оползневых процессов.

На базе двух тестовых лесничеств Республики Бурятия разработана методика комбинирования мультиспектральных и радиолокационных данных высокого разрешения для картографирования лесов.

Представлены результаты исследований деформаций и динамики ледового покрова озера Байкал на основе радиолокационных данных и наземных GPS-измерений. Методами спекл-интерферометрии определены значения и направления горизонтальных смещений ледовых массивов в южной котловине и в окрестностях п-ва Святой хорошо согласующиеся с наземными GPS-измерениями.

Представлены результаты работ по созданию в НЦ ОМЗ ОАО «Российские космические системы» Банка базовых продуктов ДЗЗ в части радиолокационной информации. Приведены примеры продуктов, технологический цикл создания которых реализован в 2012 г. Представлены планы по дальнейшему развитию технологий.

Выполнены измерения комплексной диэлектрической проницаемости (КДП) малоувлажненных почв в диапазоне частот 1 МГц — 4 ГГц. Показано, что КДП связанной воды на частотах ниже 1—1,5 ГГц зависит от ее количества в почве. Создана модель зависимости КДП от частоты и влажности, включающая три частотные области релаксации. Показано, что учет зависимости КДП связанной воды от ее количества позволяет существенно повысить точность рефракционной модели почв при малых влажностях. Обнаружено, что в почвах с большим содержанием глины на частотах ниже 20 МГц наблюдаются отклонения от монотонности в зависимости КДП связанной воды от влажности. Полученные результаты могут быть использованы для повышения точности дистанционного определения влажности малоувлажненных почв микроволновыми методами.

На основе измерений спектров комплексной диэлектрической проницаемости (КДП) влажной почвы показано, что применение модели Добсона-Жанга. в мерзлой почве дает погрешности до 100 %. Показано, что такая существенная ошибка возникает за счет присутствия в почве различных типов незамерзшей воды.

Описан аппаратно-программный комплекс, позволяющий с минимальными затратами определить пространственное распределение и статистические характеристики параметров микрорельефа подстилающей поверхности. Под микрорельефом в данном случае понимаются неровности размером от единиц миллиметров до единиц дециметров. Величина исследуемого участка поверхности определяется размерами лабораторного стенда и ограничена первым десятком квадратных метров. Определению поддаются горизонтальные и вертикальные размеры неоднородностей микрорельефа: среднее значение, дисперсия, распределение по размерам - его вид и количество мод. Также возможно построение ЦМР в исследуемом масштабе. Экспресс определение размеров производится в рамках модели двухмерного случайного процесса, корреляционная функция которого вычисляется с использованием теоремы Винера-Хинчина. Для оценки распределения по размерам используется алгоритм размыкания контуров. Построение цифровой модели микрорельефа происходит с использованием стереофотографий.

Приведены результаты определения комплексной диэлектрической проницаемости слоистой среды. Описана методика измерения диэлектрических параметров сразу двух образцов с различными диэлектрическими проницаемостями. Проведена проверка возможности определения диэлектрической проницаемости с одновременным использованием коэффициентов отражения и прохождения. Показано, что данный метод применим для измерения в диапазоне частот от 100 МГц до 4 ГГц. Реализован способ автоматического расчета диэлектрических параметров в программной среде MS Excel. Корректное восстановление диэлектрической проницаемостей возможно, если начальные значения отличаются от истинных не более чем на 10 %. Полученные результаты могут быть использованы при проведении диэлектрических измерений.

Рассматривается вопрос об определении неоднородностей в ледяном покрове пресных и слабосоленых водоемов с использованием пассивной и активной радиолокации в СВЧ-диапазоне. В работе выполнено обоснование определения солевых неоднородностей во льду. Для определения неоднородностей соизмеримых с длиной волны практическое применение может найти активный радиолокационный метод.

Рассматривается отражение микроволн частотой 1,4 и 1,8 ГГц от структуры «снег-почва». Приведены результаты наземного экспериментального исследования по бистатической схеме. Проведено сравнение с расчетными результатами. Показано, что изменение высоты снежного покрова вызывает заметные вариации уровня отраженного поля. Установлено, что экспериментальные и расчетные результаты частично согласуются между собой. Полученные результаты могут быть использованы для уточнения теоретических моделей активного и пассивного микроволнового дистанционного зондирования.

Описываются результаты экспериментов по радиопросвечиванию лесной растительности широкополосными импульсными сигналами. Отмечаются существенные отличия в изменениях спектров сигналов при взаимодействии с разными типами лесов.

Рассмотрены результаты исследования характеристик лесной среды с использованием георадара «Око-2». Предложена методика оперативного дистанционного определения плотности лесного массива на основе гео-радарной технологии с погрешностью 5 %.

Предлагается метод измерения обратного отражения. Получены значения коэффициента обратного рассеяния реальной почвы. Проведено сравнение расчетных и экспериментальных данных.

Представлены результаты георадарного исследования озера Котокель, на котором в 2008-2009 гг. наблюдалась вспышка «гафской» болезни. С помощью георадара «Око-2» получены убедительные данные о стратификации водной толщи и донных отложений озера. Сделан вывод о преимущественно тектоническом характере возникновения озерной котловины.

Рассмотрены результаты радиофизической томографии разломов сейсмоактивной Байкальской рифтовой системы в районе среднего Байкала. Определены электрофизические свойства и строение слоисто-неоднородных горных пород по данным наземных радиоволновых измерений в ОНЧ-НЧ и ОВЧ-УВЧ-диапазонах. Георадарным методом выявлено тектоническое нарушение типа сброс под байкальскими дюнами в районе пляжа на курорте Горячинск.

На основе многолетних измерений радиосигналов на сети постоянно действующих GPS станций ULAZ, IRKT и BADG, разнесенных на расстояние до 230 км, получены оценки тропосферной зенитной задержки (ТЗЗ), определяемой при обработке первичных GPS данных с помощью программного пакета GAMIT. ТЗЗ отражает вариации различных атмосферных процессов. Проведен детальный анализ данных GPS станции ULAZ, полученных за период с 1999 по 2010 гг.

Рассмотрены методики и алгоритмы вторичной обработки и интерпретации ионограмм, получаемых на базе ЛЧМ-ионозонда, работающего в режиме вертикального и наклонного зондирования ионосферы (ВЗ и НЗ). Вторичная обработка экспериментальных ионограмм проводится на основе фильтрации исходных данных с последующим сжатием их методом клеточного автомата. Методика интерпретации ионограмм основана на использовании результатов моделирования частотных зависимостей характеристик распространения в режиме долгосрочного прогноза и результатов обработки экспериментальных данных. Разработан алгоритм восстановления профиля электронной концентрации по выделенным трекам ВЧХ.

Представлены результаты создания информационной технологии радиотомографии ионосферы и перспективы ее развития, дано описание применяемых подходов и выходных информационных продуктов. В настоящее время технология используется при создании системы мониторинга геофизической обстановки над территорией РФ.

Рассмотрены результаты подповерхностного радиозондирования осадочных комплексов горных пород в дельте р. Селенги. Определены электрофизические свойства и строение слоисто-неоднородных горных пород по данным наземных радиоволновых измерений в ОНЧ-НЧ-диапазонах. Предложена комплексная методика обследования приповерхностных слоев горных пород методами радиоимпедансного и вертикального электрического зондирований.