Выбор языка |
Главная О КНТС Новости Программы Направления исследований Эксперименты Результаты Информационные ресурсы Приём заявок
Шифр эксперимента: МКС-РСА(Р)
Направление НПИ: 2. Исследование Земли и космоса
Секция КНТС: 3. Исследования Земли из космоса
Наименование эксперимента: Отработка методов дистанционного зондирования земной поверхности в Р-диапазоне при помощи поляриметрической радиолокационной станции бокового обзора с синтезированной апертурой
Цель эксперимента:

Целью проведения КЭ является исследование возможностей дистанционного зондирования земных покровов из космоса с помощью поляриметрических радиолокаторов с синтезированной апертурой в диапазоне длинных дециметровых волн (длина волны около 70 см), что открывает из-за их большой проникающей способности принципиально новые пути изучения поверхности океана, растительного и почвенного покровов.

В процессе проведения КЭ решаются следующие задачи:

• проводится отработка методических вопросов измерения из космоса с помощью РСА Р-диапазона обратного рассеяния точечными и распределенными объектами на земной поверхности и их анализом и тематической интерпретации;

• проводится отработка методических вопросов, связанных с учетом влияния ионосферы на геометрические, радиометрические и поляризационные искажения получаемых данных, связанные с особенностями распространение дециметровых волн, соответствующей их коррекцией;

• проводится отработка методических вопросов, связанных с внешней калибровкой РСА Р-диапазона;

• изучаются возможности оценки параметров волнения, стратификации (включая морские течения) и солености морской поверхности;

• получаются данные об отражательной способности хвойных, лиственных и смешанных лесов и оценка возможности их классификации;

• изучаются возможности определения биомассы леса по данным космических измерений путем сопоставления её с результатами наземных тестовых полигонов;

• изучаются возможности получения данных о гидрологическом режиме почвенного покрова;

• исследуется возможность оценки характеристик поверхности, находящейся под снежным и ледяным покровами;

• исследуются возможности выявления и изучения крупно- и среднемасштабных поверхностных загрязнений антропогенного происхождения.

Описание эксперимента:

Радиолокационная станция бокового обзора с синтезированной апертурой длинноволнового дециметрового диапазона длин волн ??69 см (РСА Р-диапазона) предназначена для получения радиолокационных изображений (РЛИ) подстилающей поверхности Земли. Яркость на РЛИ соответствует отражательной способности исследуемого земного участка. Отражательные характеристики земных поверхностей зависят от их диэлектрической проницаемости, шероховатости и геометрии отражательных элементов. В результате появляется возможность по отражательным характеристикам определять параметры подстилающей поверхности. Р-диапазон отличается тем свойством, что он обладает повышенной проникающей способностью по сравнению с более высокочастотными X, C, S, L-диапазонами (см и короткие дм-волны). Поэтому открываются новые возможности для исследования верхних слоев земных покровов, т.е. изучить состояние верхних слоев почвы, находящихся под снегом, строение льдов, отражательные характеристики древесины леса под кроной деревьев. Последнее обстоятельство имеет прямое отношение к решению очень важной задачи по определению и мониторингу биомассы леса в глобальном масштабе.

Основной методической задачей при проведении экспериментов с помощью РСА Р-диапазона на МКС является оценка учета влияния ионосферы на разрешающую способность РСА, влияния фарадеевского поворота угла поляризации на точности измерения отражательной способности земных покровов на различных поляризациях. Для проведения таких исследований необходимо привлечение специалистов физического факультета МГУ, МФТИ, Марийского Государственного университета, привлечения результатов по радиотомографии ионосферы, получаемых при проведения эксперимента на МКС «МКС-Глонасс», разработка наземных методов и аппаратуры для проведения калибровки РСА.

В научном плане, при установки опытного образца РСА Р-диапазона на МКС в первую очередь приходится учитывать тот факт, что наклон орбиты составляет 510. Исследования могут проводиться в экваториальной и среднеширотных областях Земли. Однако в район исследования попадают многие объекты, представляющие научный интерес. В частности:

а) Озеро Байкал. В план проведения эксперимента над этим объектов входит: Определение энергетического потенциала РСА. В случае достаточности его для исследования водной поверхности (теоретические оценки показывают, что энергетического потенциала при выбранных параметрах аппаратуры должно хватить), появляется возможность исследования стратификации водных потоков в районах впадения в него рек, загрязнения;

б) Лесные участки Бурятии, Марийской Республики, лесов южной части Красноярского края, лесов Мещеры, в которых имеются наземные полигоны, что позволяет развить методы определения биомассы леса по РЛИ по сопоставлению их с наземными результатами измерений, леса экваториальной Африки и Южной Америки;

в) Охотское море в разные периоды года. В зимний период охотское море замерзает, появляется возможность исследования характеристик морских льдов и их перемещение;

г) Высокая проникающая способность Р диапазона длин волн позволяет исследовать структуру горных ледников (крупных трещин, стратификации верхних слоев) Кавказа, Алтая, Альп, Гималаи (в первую очередь Кавказа и Алтая) под снежным покровом;

д) Исследование особенностей отражательных способностей с целью исследования стратификации водных масс в районах крупных морских течений в первую очередь Куросио и Гольфстрима.

Новизна эксперимента:

Создание опытного бортового образца РСА Р-диапазона и установка его на МКС будет иметь для нашей страны приоритетное значение несмотря на то, что в предлагаемый вариант является первым этапом построения полноценного РСА Р-диапазона космического базирования.

Научная аппаратура:

Радиолокатор с синтезированной апертурой (РСА) Р-диапазона:

• радиолокационная станция бокового обзора с синтезированной апертурой длинноволнового дециметрового диапазона длин волн ?=69 см;

• антенная система, представляющая собой активную фазированную антенную решетку (АФАР), состоящую из 36 конструктивных элементов. Каждый элемент представляет собой приемо-передающий модуль, работающий на антенный излучатель.

Наземная аппаратура:

• наземная часть аппаратуры предназначена для отработки работоспособности разработанной аппаратуры с дальнейшим ее использованием в исследованиях плоскости поляризации на трассе МКС –Земля, временных флюктуаций угла вращения.

Ожидаемые результаты:

В результате проведения предлагаемого КЭ и наземных измерений, обработки и анализа полученного экспериментального материала впервые будут получены следующие результаты:

• отработаны методики измерения, обработки и тематической интерпретации данных о величине и поляризации радиолокационного сигнала Р-диапазона, рассеянного в обратном направлении точечными и распределенными объектами на земной поверхности;

• определены фактические величины геометрических и поляризационных искажений, возникающих благодаря влиянию ионосферы;

• проведена оценка степени эффективности современных аппаратных и программных методик борьбы с шумами и различного рода искажениями, доработаны соответствующие аппаратные и программные технологии;

• отработана методика внешней калибровки РСА Р-диапазона;

• получено представление о частотных, поляризационных и иных предельных ограничениях, определяющих нынешний уровень возможного использования технологий дистанционного зондирования Земли из космоса в дециметровом и метровом диапазонах радиолокации;

• накоплен массив экспериментальных данных об отражательной способности различных типов земных покровов и выделенных объектов в Р-диапазоне, поддержанных в ряде случаев наземными измерениями;

• проведены комплексные космические и наземные эксперименты на выбранных тестовых полигонах;

• оценена информативность полученных данных о стратификации, волнении и солености морской поверхности;

• оценена точность определения биомассы лесных регионов;

• определена возможность классификации хвойных, лиственных и смешанных лесов;

• проанализированы данные о возможности исследования динамики различных природно-антропогенных систем.

Полученные результаты:

Сроки проведения: 2015-2016 г.г.
Состояние эксперимента: Готовится
Организация постановщик: Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук
Организации участники:
Научный руководитель: Кутуза Б. Г., ИРЭ им. В.А.Котельникова РАН, зав.лаборатории, д.ф-м.н., профессор
Публикации по эксперименту:

1. “IMARC” – Multi-Frequency Airborne Polarimetric Radar System Operating on Board of TU-134A Flying Laboratory for Remote Observations of the Earth’s Surface“, Moscow Scientific Research Institute of Instrument Engineering, MNIIP/VEGA-M Corporation, Russia, 1998, 8pp.

2. O.Frey, F.Morsdorf, E.Meier Tomographic imaging of a forested area by airborne multi-baseline P-band SAR, Sensors, vol.8, no.9, pp.5884-5896, Sep.2008

3. O.Frey, E.Meier 3-D Time-Domain SAR Imaging of Forest Using Airborn Multibaseline Data at L- and P-Bands, IEEE Trans. Geosci.Remote Sens.,vol.49, no.10, pp.3660-3664, Oct.2011

4. Garestier, F., +, Estimation of the Backscatter Vertical Profile of a Pine Forest Using Single Baseline P-Band (Pol-)InSar Data. TGRS Sept. 2010 3340-3348

5. Franz J. Meyer Performance Requirements for Ionospheric Correction of Low-Frequency SAR Data, IEEE TGRS, vol. 49, NO. 10, October 2011.

6. R.Y.Qi, Y.Q.Jin, “Analysis of the effects of Faraday rotation on spaceborne polarimetric observations at P-band”, IEEE Trans. Geosci.Remote Sens.,vol.45, no.5, pp.1115-112, May 2007.

7. Jayanti J.Sharma, Irena Hajnsek, K.P.Papathanassiou, Alberto Moreira, “Polarimetric Decomposition Over Glacier Ice Using Long-Wavelength Airborne PolSAR”, ”, IEEE Trans. Geosci.Remote Sens.,vol.49, no.1, pp.519-535, Jan.2011.

8. K. Scipal, at all“The Biomass Mission – an ESA Earth Explorer Candidate to measure the Biomass of the Earth’s Forests”, IGARSS 2010, International Geoscience and Remote Sensing Symposium, pp.52-55.

9. T. Le Toan, аt all. "The BIOMASS Mission: Mapping global forestbiomass to better understand the terrestrial carbon cycle," Remote Sensing of Environment", 2010.

Последнее обновление: 15.11.2017

Информационная справка

Программы

Изображения