В.Е. Гершензон, А.А. Кучейко Космические системы ДЗЗ среднего и низкого разрешения
Серийные оперативные спутники ДЗЗ, данные которых доступны
на международном рынке В.Е. Гершензон (ИТЦ «СканЭкс»)
В 1980 г. окончил МФТИ по специальности «радиофизика». Кандидат физико-математических наук. Генеральный директор ИТЦ «СканЭкс». Область интересов технологии доступа и обработки данных ДЗЗ. Лауреат премии Правительства РФ в области науки и техники.
А.А. Кучейко (ИТЦ «СканЭкс»)
В 1982 г. окончил ВИКИ им. А.Ф. Можайского по специальности «радиоэлектроника». Эксперт ИТЦ «СканЭкс». Кандидат технических наук. Область интересов космические системы ДЗЗ.
Классифицируя спутники по степени технологической готовности, можно выделить серийные оперативные спутники и экспериментальные КА для опробования новой аппаратуры дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ).
В статье рассмотрены серийные оперативные спутники ДЗЗ, данные которых доступны на международном рынке любым пользователям. Основное внимание уделено сканерам, обеспечивающим формирование изображений поверхности Земли в видимом и ИК-диапазонах спектра и не рассматриваются СВЧ-радиометры низкого разрешения.
Космические системы ДЗЗ среднего разрешения
Рынок изображений среднего разрешения (10 250 м) сформировался в 80-е годы XX в. на основе информации системы мониторинга природных ресурсов Landsat и стал основным по объему продаж в 90-е годы после появления близких по характеристикам спутников ДЗЗ других стран, среди которых SPOT (Франция), IRS-1C,
-1D (Индия) и «Ресурс-О1».
Таблица 1. КА с аппаратурой среднего разрешения
Космический аппарат (страна)
Съемочная аппаратура
Разрешение, м
Ширина полосы съемки, км
Период повторного просмотра, сут
Глобальная съемка с большим периодом
Landsat-7 (США)
ETM+
15,30,60
185
16
SPOT-2,-4,-5 (Франция)
HRV-IR
HRG
20
5,10,20
60-120
2-3
(+-27)
IRS-1C, -1D и IRS-P6 (Индия)
LISS-3
WiFS
AWiFS
23,70
188
56
142-148
810
740
24
5
5
"Метеор-3М"-1
МСУ-Э
50
76
5
CBERS-2A,-2B(последний -2006) (Китай, Бразилия)
CCD
IRMS
WFI
20
80
256
113
120
885
3 (+-32)
15
5
DMCII (Британия, Алжир, Нигерия, Турция и др.)
6-камерная ОЭС
32
600
1 (система из 4-х КА)
"Монитор-Э" (план 2005-2006)
ОЭС
8,20/40
160
-
Радиолокационная съемка
ENVISAT-1 (страны Европы)
ASAR
30-1000
100-400
3-4
ERS-2 (страны Европы)
AMI SAR
30-50
100
12
RADARSAT-1 (Канада)
SAR
10-100
50-500
3-6
RADARSAT-2 (Канада) (план 2006)
SAR
3-100
10-500
3-6
ALOS (Япония) (план 2005)
PALSAR
10-100
70-250
5
TerraSAR-X1 (Германия) (план 2006)
X-SAR
1-15
10-100
2
Несмотря на быстрый рост рынка изображений высокого разрешения, материалы съемки среднего разрешения остаются по-прежнему незаменимыми при решении задач контроля районов стихийных бедствий и чрезвычайных ситуаций, разведки полезных ископаемых, лесоводства, сельскохозяйственного и экологического мониторинга и др.
Можно выделить две категории КА с аппаратурой среднего разрешения (табл. 1):
спутники класса Landsat для обеспечения долгопериодической глобальной съемки (Landsat-5, -7, SPOT, IRS);
КА с аппаратурой радиолокационной съемки (RADARSAT-1, ERS-2, ENVISAT-1).
Кроме того, для опробования новых технологий и методов ДЗЗ многие страны мира используют экспериментальные спутники класса мини- и микро- с аппаратурой среднего разрешения (в том числе для гиперспектральной съемки).
Спутники класса Landsat
Спутники долгопериодической глобальной съемки класса Landsat составляют основу рынка изображений среднего разрешения, среди которых Landsat-7 (рис. 1), IRS-1C/D, -P6 и SPOT-2, -4, -5. Серийные спутники среднего разрешения разрабатываются в рамках государственных программ на бюджетные средства (спутники SPOT после запуска передаются коммерческому оператору компании SPOT Image, в которой ведущие роли также играет государственное ведомство Космическое агентство Франции).
Рис. 1. «Классик жанра» в классе среднего разрешения американский спутник Landsat-7. С 2003 г. из-за неисправности сканера ЕТМ+ продажи изображений упали
Рис. 2. Самый большой и дорогостоящий спутник ДЗЗ в мире европейский гигант Envisat-1. В дальнейшем агентство ЕКА отказывается от практики запуска таких аппаратов
Агентствам NASA и USGS (операторам системы Landsat) не удалось привлечь частные компании к финансированию разработки перспективной системы LDCM, которая заменит Landsat-7 после 2007 г. Из-за неисправности сканера ЕТМ+ продажи Landsat-7 упали, увеличивается спрос на данные IRS-P6 и SPOT. В перспективе (2006) станут коммерчески доступными данные КА CBERS-2В Китая и Бразилии и КА международной системы DMC, в 2009 г. может быть запущен КА NPOESS С-1 со сканером класса Landsat.
Недостаток КА класса Landsat сравнительно долгий период повторной съемки в современных и перспективных системах компенсируется механизмами поворота оптических камер, многокамерными широкозахватными оптическими системами и многоспутниковыми группировками. В перспективе задачи съемки со средним разрешением будут выполнять серийные спутники, созданные на базе мини- и микроплатформ.
Спутники среднего
разрешения с РСА
К спутникам серии Landsat близки по некоторым характеристикам (разрешение, ширина полосы захвата) КА с бортовыми радиолокаторами с синтезированием апертуры (РСА), которые обеспечивают съемку со средним разрешением 10 100 м в полосе шириной 100 500 км. Для целей коммерческой съемки применяются канадский КА RADARSAT-1 и европейские спутники ERS-2 и ENVISAT-1 (рис. 2).
В 2005 2007 гг. будут запущены не менее четырех новых радиолокационных коммерческих спутников: ALOS c РСА L-диапазона (Япония, агентство JAXA); RADARSAT-2 c РСА С-диапазона высокого разрешения (Канада); КА двойного назначения COSMO с РСА Х-диапазона (Италия); коммерческий КА TerraSAR-X1 (Германия) с РСА Х-диапазона метрового разрешения.
В ближайшие годы значительный рост КА с РСА приведет к дальнейшему увеличению объема продаж и снижению стоимости материалов радиолокационной съемки (рис. 3). Основные области применения экологический мониторинг, контроль чрезвычайных ситуаций, разведка нефтегазовых месторождений, мониторинг зон судоходства и рыбного промысла, сельское хозяйство, страхование, картографирование, строительство. Дальнейшее развитие получат сферы бизнеса, связанные с ГИС-приложениями и цифровыми моделями рельефа (ЦМР) местности.
Рис. 3. Радиолокационное изображение Москвы, принятое 6 сентября 2004 г. со спутника RADARSAT-1 московской станцией УниСкан-36 (детальный режим съемки с разрешением 8 м). RADARSAT Data Canadian Space Agency/Agence spatiale canadienne 2004. Distributed under license by RADARSAT International, Inc. All rights reserved. Data received and processed by RDC ScanEx
Основные тенденции в области радиолокационной съемки:
улучшение разрешающей способности радиолокационной аппаратуры до 1 3 м (КА RADARSAT-2, COSMO, TerraSAR);
обеспечение возможности поляриметрической съемки одновременно по нескольким каналам с сигналами различной поляризации (ENVISAT-1, RADARSAT-2, ALOS, TerraSAR);
увеличение спроса на пары и триплеты радиолокационных изображений для интерферометрической обработки в интересах разработки трехмерных ЦМР, изучения изменений рельефа и др.
Передача данных среднего разрешения с борта КА осуществляется сеансами на сеть пунктов приема обычно в Х-диапазоне (средняя скорость 50 150 Мбит/с). В космических системах среднего разрешения используется централизованный принцип распределения данных в сочетании с координированной деятельностью крупных сетей зарубежных станций. Обычно пункты приема оборудованы станциями с крупногабаритными параболическими антеннами диаметром 7 20 м стоимостью 10 20 млн дол. Однако в последние годы благодаря деятельности ИТЦ «СканЭкс» появилась возможность приема данных среднего разрешения на более дешевые универсальные станции УниСкан с антеннами 2,4 3,6 м.
Космические системы ДЗЗ низкого разрешения
и метеосистемы
Спутники с широкозахватной аппаратурой низкого разрешения (более 250 м) обеспечивают сбор информации, необходимой для синоптических прогнозов, интегральных оценок характеристик океанской поверхности, состояния растительного покрова, почвы, лесов и ледовой поверхности. Съемка ведется одновременно в нескольких спектральных каналах, выбор которых определяется спецификой тематического применения данных.
Рынок низкодетальных изображений формируется на основе материалов съемки метеоспутников на полярных и геостационарных орбитах. Существующие метеосистемы финансируются из государственного бюджета. Дополнительный сегмент рынка видовой продукции низкого разрешения составляют спутники с широкозахватной многоканальной оптико-электронной аппаратурой глобальной съемки поверхности океанов, растительного покрова Земли и др. Некоторые специализированные датчики созданы в рамках коммерческих программ.
В классе КА с аппаратурой низкого разрешения можно выделить три основных категории (табл. 2):
низкоорбитальные и геостационарные метеоспутники США, России, Китая, Европы, Индии и Японии с аппаратурой обзорной съемки Земли с разрешением 1 8 км;
спутники глобальной оперативной съемки с широкозахватной аппаратурой низкого разрешения 250 1000 м Terra, Aqua (сканер MODIS), ENVISAT/MERIS, а также КА для съемки растительного покрова Земли (сканеры SPOT/Vegetation, «Метеор»/МСУ-СМ и др.);
специализированные КА с многоканальной аппаратурой съемки поверхности океанов США, Индии, Китая и Тайваня.
Низкоорбитальные
метеоспутники
Широкое распространение в мире получили метеоданные американских спутников NOAA (два оперативных и два-три резервных КА), военных КА DMSP (данные доступны через серверы NOAA) и китайского FY-1D. Основная радиометрическая аппаратура метеоспутников создана в 70 80-х годах XX в. и обеспечивает передачу данных с разрешением 1 и 4 км с использованием международных форматов APT и HRPT.
В 2006 2009 гг. ожидается переход на метеоспутники нового поколения NPOESS, METOP, FY-3, «Метеор-М» с аппаратурой повышенной информативности (максимальное разрешение улучшится до 250 400 м). США и Европа создадут объединенную метеосистему на базе КА NPOESS и METOP.
Спутники для глобальной оперативной съемки
с низким разрешением
Спутники для глобальной оперативной съемки с широкозахватными многоспектральными оптико-электронными системами занимают промежуточное положение между КА типа Landsat среднего разрешения и метеорологическими КА по пространственной разрешающей способности (250 1000 м) и обеспечивают сбор данных в интересах различных дисциплин: исследование океанов, поверхности Земли, ледового покрытия; изучение атмосферы, облачности, распределения влажности и др.
Рис. 4. Американский спутник Terra, созданный как и КА Aqua по программе EOS. Спутники завоевали большую популярность в мире благодаря свободному распространению данных радиометров MODIS
Рис. 5. Ледовая обстановка в Финском заливе и на Ладожском озере по данным сканера MODIS спутника Terra 9 февраля 2005 г. (разрешение 250 м)
Наибольшее распространение получили данные 36-канального спектрорадиометра MODIS (Mode-rate Resolution Imaging Spectroradiometer), установленного на спутниках Terra и Aqua (рис. 4). Спутники созданы в рамках масштабной программы EOS, реализуемой агентством NASA с 80-х годов XX в. Данные с разрешением 250 1000 м распространяются свободно в режиме прямой передачи и применяются в различных дисциплинах (метеопрогнозы, экологический мониторинг, обнаружение пожаров, геология и др.) (рис. 5). Доступность, оперативность и практическая ценность данных сканеров MODIS способствовали созданию международной сети из 90 приемных станций. В перспективе на базе спектрорадиометра MODIS будет создан новый сканер VIIRS для метеорологических КА NPP и NPOESS с разрешением 400 800 м.
В интересах низкодетальной съемки земной поверхности применяются спутники Франции (SPOT/
Vegetation), Европы (ENVISAT/
MERIS) и Индии (IRS/WiFS).
Спутники для съемки
поверхности океанов
Основные задачи такой съемки оценка и разработка ресурсов океанов, информационное обеспечение рыбного промысла, экологический мониторинг, борьба с последствиями стихийных бедствий и экологических катастроф. Спутники эксплуатируют страны, ведущие активную экономическую деятельность в океанских акваториях: США (OrbView-2/SeaWiFS), Индия (IRS-P3/MOS, IRS-P4/OCM), Корея (KompSat-1/OSMI), Тайвань (ROCSat-1) и Китай (HY-1/ COCTS и CZI).
В России задачи съемки морских акваторий планировалось решать с помощью спутника «Сич-1М» с РЛС бокового обзора (разрешение 1,3 2,5 км в полосе захвата 450 км) и радиометрами МСУ-М и МСУ-ЭС. В 2004 г. спутник выведен на нерасчетную орбиту, планы по его дальнейшей эксплуатации неясны.
На рынке низкодетальных пространственных данных распространены схемы с прямой циркулярной передачей данных потребителям (Direct Broadcast DB) в УКВ-, L- и Х-диапазонах частот. Большинство операторов применяет бесплатный свободный доступ к метеоданным в форматах APT, HRPT и MODIS (программа EOS). Благодаря сочетанию принципов свободного доступа и прямой передачи сегмент рынка обзорных изображений является самым массовым и демократичным (табл. 3).
Специализированная информация некоторых датчиков (для задач океанологии, изучения растительности и др.) распространяется на платной основе, например, данные КА OrbView-2/SeaWiFS, ENVISAT-1/MERIS, SPOT/Vegetation и др.
Дальнейшее развитие сегмента низкого разрешения связано с повышением информативности радиолиний передачи метеоданных, поэтому в перспективе ожидается переход на новые цифровые форматы данных LRPT, LRD, AHRPT и др. Продолжится создание специализированных сканеров низкого разрешения для оперативной оценки параметров растительного покрова Земли и ресурсов океана.
RSS
Реклама
