СИСТЕМА ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

Предлагаемая полезная модель относится к космическим системам дистанционного зондирования, в частности к системам наблюдения за земной поверхностью из космоса, и может быть использована для получения характеристик окружающей природной среды с борта летательного аппарата, например искусственного спутника Земли (ИСЗ), самолета, вертолета, при решении задач исследования природных ресурсов Земли и других прикладных задач.
1
1
Известна система космического дистанционного зондирования Земли ( Заявка на получение патента Российской Федерации на изобретение №99124317), включающая орбитальную группировку спутников, оснащенных съемочной аппаратурой, и наземный сегмент, состоящий из наземного комплекса управления орбитальной группировкой и сети наземных станций приема данных.
Недостатком системы является отсутствие в ее составе объектов наблюдения, что не позволяет построить систему обработки информации, получаемую с ее помощью, адекватную целям наблюдения.
2
2
Известна система дистанционного зондирования ( Дистанционное зондированием: количественный подход / М.Дейвис, Д.А.Ландгребе, Т.Л.Филлипс и др. Под ред. Ф.Свейна и Ш.Дейвис. Пер. с англ. М., Недра, 1983, с.415), включающая Землю, космический сектор, включающий размещенные на борту ИСЗ датчики и размещенные на Земле системы предварительной обработкой, анализа и хранения данных.
Ее недостатком является невозможность определения перечня конкретных операций по обработке информации данных.
3
3
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является система дистанционного зондирования с оптимальной автоматической интерпретацией данных и принятием решения ( Шанда Э. Физические основы дистанционного зондирования / Пер. с англ. И.А.Столярова. - М.: Недра, 1990. - с.208.), состоящая из объекта наблюдения с характеристиками, поддающимися наблюдению, выходы которого поступают на вход блока помех, выходы которого воздействуют на вход установленных на ИСЗ датчиков, на которые также подаются исходные данные от модуля обработки и представления данных выходы которого соединены с датчиком
и исходными данными об объекте, датчике, помехами, а входы соединены с модулем обработки и модулем интерпретации результатов и принятия решения.
Недостатком указанной системы также является невозможность определения перечня конкретных операций по обработке информации с целью получения конкретного результата, на который была нацелена работа системы дистанционного зондирования.
Цель изобретения (задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение), заключается в повышении информативности измерений характеристик природной среды и возможности определения состава операций при выполнении различного вида обработки данных дистанционного зондирования.
Указанная цель достигается за счет того, что в состав объекта наблюдения включают атмосферу и подстилающую поверхность, выход которой (излучение объектов) воспринимается ИСЗ, включающего размещенные на его борту датчики, содержащие устройства кодирования и радиопередатчики, выход которых - радиосигнал является входом размещенного на Земле модуля обработки, интерпретации результатов и принятия решения в состав которого включены радиоприемное устройство и материальные носители информации с файлами данных, содержащих информацию о результатах обработки, причем предварительная обработка, заключается в декодировании принятого с приемного устройства радиосигнала передатчика ИСЗ, содержащего информацию о величине сигнала с входа датчика; первичная обработка заключается в восстановлении значения параметров электромагнитного излучения, порождаемого комплексным явлением и поступающего на вход размещенного на ИСЗ датчика; вторичная обработка, заключается в восстановлении значения параметров электромагнитного излучения, формируемого отдельным явлением; тематическая обработка заключается в восстановлении характеристик протекающих в объекте наблюдения процессах, а также результаты всех этапов обработки, а в объект наблюдения дополнительно включены процессы, порождающие наблюдаемые в них явления, обусловленные свойствами природной среды.
Заявляемое изобретение поясняется чертежом (Фиг.1), на котором приведена функциональная схема заявляемой системы.
Согласно указанного чертежа система дистанционного зондирования включает:
1 - Наземный сектор;
2 - космический сектор - ИСЗ;
3 - объект наблюдения;
4 - модуль обработки, интерпретации результатов и принятия решения;
1
4
4
(A) - физические природные процессы, протекающие в системе "атмосфера - подстилающая поверхность", характеризуемые свойством материального мира, как объективно существующей формой проявления сущности объекта материального мира (природы) ( Колотушкин С.И., Лекае В.А. Структура формулы научного открытия // Вопросы изобретательства. 1979. №7. С.37-41., Указания по составлению заявки на открытие: Постановление Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий от 03.12.81 №5 (27) // Вопросы изобретательства. - 1982, - №4. С.35-62.);
2
4
4
(А) - явления как индикаторы физических процессов - объективно существующая качественная характеристика объекта материального мира ( Колотушкин С.И., Лекае В.А. Структура формулы научного открытия // Вопросы изобретательства. 1979. №7. С.37-41., Указания по составлению заявки на открытие: Постановление Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий от 03.12.81 №5 (27) // Вопросы изобретательства. - 1982, - №4. С.35-62.);
3
2
(А) - наблюдаемое комплексное явление, как совокупность простых явлений (ΣА);
4
(А) - комплексное электромагнитное излучение - спектральный образ, содержащий информацию о комплексном явлении;
5
(A) - дистанционный датчик, содержащий информацию о комплексном излучении и влиянии на него прохождение природной среды (шумы);
6
(А) - кодирующее устройство с радиопередатчиком, содержащее на выходе информацию о комплексном излучении и шумах;
7
(A) - радиоприемное устройство с антенной, содержащее на выходе декодированное значение сигнала выхода чувствительного элемента датчика дистанционного зондирования и шумов радиотракта. Указанное значение получается путем вычислений, являющихся функцией обратных преобразований от F(6-7);
8
(A) - материальный носитель устройства обработки информации с файлами данных об информации по восстановленному значению измеренных параметров (характеристик излучения) комплексного явления на входе чувствительного элемента датчика дистанционного зондирования, на основе обработки сигнала выхода приемного устройства с использованием закономерности (закона) связи F(7-5) - предварительной обработки, являющегося функцией обратных преобразований от F(5-6) (система бортового преобразования сигнала-кодирования);
9
4
4
(А) - материальный носитель устройства обработки с файлами информации, содержащая восстановленное значение параметров (характеристик) комплексного явления, на основе закономерности ( Колотушкин С.И., Лекае В.А. Структура формулы научного открытия // Вопросы изобретательства. 1979. №7. С.37-41., Указания по составлению заявки на открытие: Постановление Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий от 03.12.81 №5 (27) // Вопросы изобретательства. - 1982, - №4. С.35-62.) F(4-3) - первичной обработки - восстановления значений параметров электромагнитного излучения, порождаемого комплексным явлением и поступающего на вход размещенного на ИСЗ датчика, являющегося функцией обратных преобразований от F(3-4) (формировании электромагнитного излучения от комплексного явления);
10
(А) - материальный носитель устройства обработки с файлами информации, содержащая восстановленное значение параметров (характеристик) отдельных физических явлений, вызванных определенными процессами в системе "атмосфера - подстилающая поверхность" на основе закономерностей F(3-2) - вторичной обработки, являющегося функцией обратных преобразований от F(2-3) (формировании комплексного явления из отдельных "простых" явлений, возникающих при процессах, происходящих в системе "атмосфера - подстилающая поверхность");
11
7
8
9
10
(А) - продукция дистанционного зондирования - результаты тематической обработки содержащие информацию о пространственном распределении физических процессов в системе "атмосфера - подстилающая поверхность", на основе закономерности F(2-l) (связи процесс-явление); к продукции можно отнести и (А), (A), (A), (А) в случае, если они были заказаны как отдельный вид продукции.
5
5
6
6
Функционирование системы (Фиг.1) рассмотрим на примере мониторинга лесных пожаров ( Арцыбашев Е.С., Гучев В.Г., Поминов В.Ф., Хилов A.M. Использование спутниковой информации для определения координат лесных пожаров // Борьба с лесными пожарами. - СПб., 1998. - С.15-22. (Труды СПбНИИЛХ)) с учетом того, что продукцией при указанных действиях является лесопожарные карты, а характер проявления поражающего фактора - пламя, дым ( ГОСТ Р 22.1.09-99 Государственный стандарт Российской Федерации. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Мониторинг и прогнозирование лесных пожаров. Общие требования.).
1
2
3
4
5
5
Процессами, происходящие при лесных пожарах (A) являются теплофизические процессы горения лесных горючих материалов ( Арцыбашев Е.С., Гучев В.Г., Поминов В.Ф., Хилов A.M. Использование спутниковой информации для определения координат лесных пожаров// Борьба с лесными пожарами. - СПб., 1998. - С.15-22. (Труды СПбНИИЛХ)). Указанный процесс сопровождается явлениями (A) повышенной температуры объектов поверхности Земли 1 (леса), пространственным распределением продуктов горения (выгоревших лесных участков) и в распространение дымового факела. Комплексным явлением (А) будет наличие тепловых аномалий на выгоревших участках леса. Комплексным излучением (F) будет спектр электромагнитного излучения, содержащий информацию о лесном пожаре, который характеризует:
- зависимость от температуры (нагрев объектов);
5
4
- зависимость от цвета (выгоревшие участки леса и дымовой факел). Такой спектр включает диапазон инфракрасного излучения 8-12 мкм и спектр видимого излучение 0,5-0,8 мкм. Этот спектр излучения, проходя атмосферу, искажается, и на вход чувствительного элемента датчика дистанционного зондирования ИСЗ2 (А) поступает излучение, отличное от (А) на величину атмосферных "шумов".
6
На борту космического аппарата этот сигнал кодируется (в цифровой или аналоговый вид с помощью кодирующего устройства (А). Закодированный сигнал через радиопередатчик
6
7
(А) по радиоканалу поступает на радиоприемное устройство (А) модуль обработки, интерпретации результатов и принятия решения 4.
Указанное значение получается путем вычислений, являющихся функцией обратных преобразований от F(6-7).
11
Записанный на носители информации сигнал может быть самостоятельным видом продукции дистанционного зондирования (А), отображающим декодированное значение сигнала с выхода чувствительного элемента датчика дистанционного зондирования и шумов радиотракта. При мониторинге лесных пожаров указанный сигнал используется как промежуточный вид информации, который передается по радиоканалам потребителям и для дальнейшей обработке.
7
8
Если сигнал подвергается далее предварительной обработке F(7-4), которая заключается в декодировании (обратных преобразований от F(5-6)) сигнала (А), то ее результатом является восстановленное значение параметров (характеристик) излучения комплексного явления на входе чувствительного элемента датчика дистанционного зондирования (A). При мониторинге лесных пожаров указанный сигнал используется как промежуточный вид информации, который передается по радиоканалам потребителям и для дальнейшей обработке.
11
Записанный на носители информации такой сигнал может быть самостоятельным видом продукции дистанционного зондирования (А), как пространственным распределением характеристик излучения комплексного явления на входе чувствительного элемента датчика дистанционного зондирования.
9
Если сигнал подвергается далее первичной обработке, которая состоит в восстановлении значения параметров (характеристик) комплексного явления (А), на основе закономерности F(4-3), являющегося функцией обратных преобразований от F(3-4) - формировании электромагнитного излучения от комплексного явления без учета влияния атмосферы и шумов. При мониторинге лесных пожаров указанный сигнал используется как промежуточный вид информации, показывающий качественные характеристики комплексного явления - пожара как источника повышенной температуры и аномалий - дымовых факелов, который передается по радиоканалам потребителям и для дальнейшей обработке.
11
Записанный на носители информации сигнал может быть самостоятельным видом продукции дистанционного зондирования (А) - восстановленным значением параметров электромагнитного излучения, порождаемого комплексным явлением.
Если сигнал подвергается далее вторичной обработке, то по ее окончании получим восстановленное значение параметров (характеристик) отдельных физических явлений
10
(А), вызванных определенными процессами в системе "атмосфера - подстилающая поверхность" на основе закономерностей F(3-2), являющейся функцией обратных преобразований от F(2-3) - формировании комплексного явления из отдельных "простых" явлений, возникающих при процессах, происходящих в системе "атмосфера - подстилающая поверхность". При мониторинге лесных пожаров указанный сигнал используется как промежуточный вид информации, показывающий количественные характеристики отдельных явлений - аномального повышения температуры и аномалий - дымовых факелов, который передается по радиоканалам потребителям и для дальнейшей обработке.
7
10
11
10
Если указанные выше результаты обработки (А)-(А) и результаты тематической обработки - восстановленное значение параметров (характеристик) физических процессов в системе "атмосфера - подстилающая поверхность", на основе закономерности F(2-1) - связи процесс - явление представляются как их пространственного распределения то получим продукцию дистанционного зондирования (А) - распределение характеристик, описывающих теплофизические процессы в различной стадии их интерпретации. При мониторинге лесных пожаров указанный сигнал используется как продукция, которая представляет пространственное распределение процесса - лесного пожара в виде карты, построенной по определенным правилам с использованием (А).
Устройства обработки, осуществляющие соответствующие преобразования, могут быть реализованы на базе стандартных ЭВМ.