Fernerkundung

Die Vorteile der Fernerkundung

Fernerkundung wird aufgerufen, um Informationen über Objekte ohne unmittelbaren Zugang zu in physischen Kontakt zu erhalten. Allerdings ist diese Definition zu weit gefasst.

Daher stellen wir einige Einschränkungen, um Merkmale des Begriffs "Fernerkundung" geben, insbesondere, um die Sicherheit des Luftverkehrs Konzepte der Fernerkundung der Atmosphäre sorgen. Zuerst wird angenommen, dass die Informationen mit technischen Mitteln erzielt.

Zum anderen sind wir über Objekte, die in beträchtlicher Entfernung von der Hardware, die ERA aus anderen wissenschaftlichen und technischen Bereichen, wie zerstörungsfreie Prüfung von Materialien und Produkten, medizinische Diagnostik, und so weiter. F. unterscheidet sich reden hinzufügen, dass RS nutzt indirekte Methoden Messung.

Fernerkundung beinhaltet das Studium von der Atmosphäre und der Erdoberfläche, die vor kurzem entwickelten Methoden und unter der Oberfläche DMZ. Anwendung der Methoden und Mittel der Fernberührungslose Informationen über den Status und die Parameter der Troposphäre trägt zur Luftverkehrssicherheit.

Die Hauptvorteile der DMZ - eine Hochgeschwindigkeits-Datenerfassung von großen Mengen an Luft (oder auf große Bereiche der Erdoberfläche), und die Fähigkeit, Informationen über die Objekte zu erhalten, praktisch unzugänglich andere Weise zu studieren. Mit traditionellen meteorologische Messungen in der oberen Atmosphäre, durchgeführt unter Verwendung von Ballons sind weit verbreitet und systematisch verwendet ausgefeilte Methoden DMZ.

Die Fernerkundung ist recht teuer, vor allem Platz. Trotz dieser, beweisen eine vergleichende Analyse der Kosten und die Ergebnisse höchst kosteneffektive Erkundung. Darüber hinaus ist die Verwendung von Messdaten, insbesondere meteorologischen Satelliten, am Boden und in der Luft Radar aufgrund meteorologischer Ereignisse Naturkatastrophenprävention und Vermeidung gefährlicher Tausende von Menschenleben retten. Daher ist die Forschung und Entwicklung. experimental, Design und operative Aktivitäten im Bereich der DMZ, die in den führenden Ländern der Welt rasch entwickelnden ist, wird völlig gerechtfertigt.

Eigenschaften und Anwendung der Fernerkundung

Die wichtigsten Aufgaben der DMZ sind:

• Wetter und Klima (Niederschläge, Wolken, Wind, Turbulenz, Strahlung);

• Umwelt-Elemente (Aerosole, Gase, Strom, Luft, Verkehr, dh e Umverteilung unter variierenden Substanz..);

• Ozeane und Meere (Wellen, Strömungen, Wasser, Eis);

• der Erdoberfläche (Vegetation, geologische Forschung, Studium Ressourcen, Höhenmeter).

Informationen mit Hilfe von RS erhalten wird, ist für viele Zweige der Wissenschaft, Technik und Wirtschaft erforderlich. Die Zahl der potenziellen Nutzer dieser Informationen wird ständig erweitert.

Um die Sicherheit zu gewährleisten DZ verwendet:

• Meteorologie, Klimatologie und Atmosphärenphysik (Betriebsdaten für die Wettervorhersage, die Bestimmung des Profils von Temperatur, Druck und Wasserdampfgehalt in der Atmosphäre, Messungen der Windgeschwindigkeit und so n..);

• Satellitennavigation, Kommunikation, in Radar- und Radiobeobachtungen (diese Bereiche Daten zu den Ausbreitungsbedingungen, die Mittel erhalten schnell ERA erforderlich);

• Luftfahrt, beispielsweise die Vorhersage Wetterbedingungen an Flughäfen und Luftwege, schnelle Erkennung von gefährlichen Wetterereignissen wie Hagel, Blitzschlag, Turbulenzen, Windscherung, explodieren und Vereisung.

Darüber hinaus sind diese wichtigen Bereiche, in denen Flugzeuge werden als Träger verwendeten Mittel DZ:

• Hydrologie, einschließlich der Bewertung und das Management von Wasserressourcen, prognostiziert Schneeschmelze, Hochwasserwarnung;

• landwirtschaftlich genutzte Fläche (Vorhersage und Wetter Kontrolle, Steuerungstyp, den Vertrieb und den Zustand der Vegetation, Kartierung von Bodentypen, Feuchtigkeitsbestimmung, Hagel verhindern, Ernteertragsvorhersage);

• Umwelt (Kontrolle der Luftverschmutzung und Oberflächen);

• Oceanography (zB Messung der Meeresoberflächentemperatur, Meeresströmungen und das Studium der Spektren von Meereswellen);

• Glaziologie (zB Verteilung und Darstellung der Bewegung der Eisschilde und Meereis, bestimmen die Möglichkeit der maritimen Navigation bei Eisgang);

• Geologie, Geomorphologie und Geodäsie (zB Feststellung des Typs der Felsen, geologische Lokalisierung von Defekten und Anomalien, Mess

• Erdbeobachtung Parameter und tektonische Bewegungen);

• Topografie (zB genaue Daten über die Höhe und die Verknüpfung mit diesem Koordinatensystem, die Herstellung von Karten und Änderungen daran);

• Kontrolle von Naturkatastrophen (einschließlich Lautstärkeregler Hochwasserwarnung Sand- und Staubstürme, Lawinen, Erdrutsche, Lawinen und Bestimmung Routen t n..);

• Planung in anderen technischen Anwendungen (zB Landnutzung Bestandsaufnahme und Überwachung von Änderungen, die Bewertung der Bodenressourcen, den Datenverkehr zu überwachen);

• militärische Anwendungen (Kontrolle der Bewegung der militärischen Einheiten und Ausrüstung, die Beurteilung Bereich).

Systeme und Verfahren zur Fernerkundung

Die Klassifizierung basiert auf den DMZ-Systemen vertraut zu Experten auf dem Radar Unterschied zwischen aktiven und passiven Systemen. Aktive Systeme untersuchten Medium wird mit elektromagnetischer Strahlung (EMR) bestrahlt, die DZ-System liefert, dh. E. In diesem Fall bedeutet DZ erzeugt elektromagnetische Energie und strahlt sie in Richtung des Prüfobjekts. Passive Systeme erkennen die EMR von dem Objekt auf natürliche Weise. Dabei kann es sich als Eigen EMI in der Erfassungseinrichtung, wie beispielsweise Wärmestrahlung auftritt, und das gestreute elektromagnetische Strahlung von jeder natürlichen externen Quelle, wie beispielsweise Sonneneinstrahlung. Die Vor- und Nachteile von jedem dieser zwei Typen dz Systeme (aktiv und passiv) durch mehrere Faktoren bestimmt werden. Beispielsweise ist ein passives System praktisch nicht anwendbar in Fällen, wenn keine ausreichende Intensität der natürlichen Strahlung der Objekte in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich liegt. Auf der anderen Seite wird ein aktives System technisch unmöglich, wenn Strahlungsleistung erforderlich, um ein ausreichendes Rücksignal groß ist, zu erhalten.

In einigen Fällen können die notwendigen Informationen zu erhalten, sind erwünscht, um die genauen Parameter des ausgesendeten Signals zu kennen, spezielle Analysefähigkeiten zu liefern, beispielsweise die Messung der Doppler-Verschiebungsfrequenz des reflektierten Signals, das Ziel zu schätzen, bewegt sie relativ Sensor (Empfänger) oder Änderungen in der reflektierten Signal Polarisation in Bezug auf das Sondensignal. Wie bei allen Informationsmesssystemen, die EMR-System verwendet RS in Frequenzbändern von elektromagnetischen Wellen unterscheiden, wie Ultraviolett-, sichtbares Licht, Infrarot, Millimeter, Zentimeter, Dezimeter.

Sehen RS Atmosphäre, insbesondere der Troposphäre - der Teil der Atmosphäre, die direkt benachbart zu der Oberfläche der Erde ist. Die Troposphäre reicht bis zu Höhen von 10-15 km, und in den Tropen - zu km 18. Verwendung der RS ​​für die Zwecke der meteorologischen Sicherheit erfordert Aufmerksamkeit auf Systeme, die die Atmosphäre als eine dreidimensionale, räumliche Verteilung des Objekts zu prüfen, und zu den Profilen der Atmosphäre in unterschiedlichen Richtungen erfassen.

Sensing Objekte oder Zwecke Schwankungen, die in der Atmosphäre natürlich vorkommen, sowie die feststehenden Objekten in einem bestimmten Abstand von der Anlage DMZ sein. Es ist wichtig, die verschiedenen Arten von Wechselwirkungen zwischen dem EMR und der Atmosphäre zu verstehen. Verschiedene Arten dieser Wechselwirkung - eine bequeme Möglichkeit, RS Techniken zu klassifizieren. Sie werden von der Dämpfung, Streuung und Abstrahlung von elektromagnetischen Wellen erfassen Objekte. Schema der wichtigsten Interaktionsprozesse von elektromagnetischen Wellen mit atmosphärischem Unregelmäßigkeiten in Bezug auf die Aufgaben der DMZ.

Im ersten Fall wird die Strahlung von der vorbestimmten Form der Quelle (Sender) mit dem Eingang des Empfängers, nachdem es durch das untersuchte Objekt durchlaufen hat. Wir schätzen, den Wert der Dämpfung in dem Ausbreitungspfad von dem Sender zu dem Empfänger, wird angenommen, dass der Wert der Verlust von elektromagnetischer Energie, wie sie durch ein Objekt mit den Eigenschaften des Objekts zugeordnet durchläuft. Die Ursache für den Verlust kann eine Kombination von Absorption oder Streuung und Absorption, die die Informationen über das Objekt zugrunde liegt. Viele RS Techniken im Wesentlichen auf diesem Ansatz.

Im zweiten Fall, in dem die Quelle sich eine Strahlungsquelle, in der Regel gibt es ein Problem der Messung von Infrarot- und / oder Mikrowellen-Emission, die verwendet wird, um Informationen über die thermische Struktur der Atmosphäre und anderen Eigenschaften zu erhalten. Darüber hinaus ist dieser Ansatz charakteristisch für die Untersuchung von der Blitzentladung auf der Grundlage der eigenen Funk und Gewitter über große Entfernungen zu erfassen.

Der dritte Fall ist die Verwendung von atmosphärischer Streuung elektromagnetischer Wellen bilden, Informationen darüber zu erhalten. Auf der Streueigenschaft basiert DZ unterschiedliche Weise. Einer von ihnen ist dadurch gekennzeichnet, dass das untersuchte Medium durch eine Quelle von inkohärenter Strahlung, wie Sonnenlicht oder Infrarotstrahlung, die durch das Objekt gestreut von der Oberfläche der Erde, und RS Sensoreinrichtung empfängt Strahlung ausgeht beleuchtet wird. Ein andere, - dass das Objekt mit speziellen künstlicher bestrahlt wird (kohärent oder inkohärent) Quelle, beispielsweise ein Laser oder eine Quelle mit einer Wellenlänge von Mikrowellen (im Fall des Radars). Diese Strahlung wird gestreut Aufgabe wird durch den Empfänger erfasst und verwendet wird, um Informationen über die Streuobjekte abzurufen.

Man beachte, dass die erste von diesen Fällen entspricht die aktive Sensorsystem, die zweite - das passive und das dritte wird als passive und aktive Varianten realisiert.

Aktive RS System kann mono statisch sein, wenn die Sende- und Empfangsmittel an einer Position angeordnet DZ bistatisches oder multistatisches, besteht das System aus einem oder mehreren Sendern und mehreren in unterschiedlichen Positionen angeordnet Empfängern.

Die Klassifizierung ist nicht ausreichend vollständig, wenn Sie die Basis-Hardware DMZ nicht angeben: Radar, Radiometern, und andere Führer des Gerätes oder Systems als Sensoren DMZ eingesetzt.

Die Studie der Atmosphäre mit Hilfe von RS umfasst den Einsatz von Instrumenten auf den künstlichen Erdsatelliten und Raumstationen, Flugzeugen, Raketen, Ballons, und die Fonds auf den Boden gelegt installiert. Die häufigsten Träger von Fonds DMZ sind Satelliten, Flugzeuge und bodengestützten Plattformen.

Inverse Probleme

DZ Aufgabe - ist das umgekehrte Problem, dh solche, bei denen die Entscheidung über das Ergebnis gezwungen, um die Ursache zu gehen ... Diese sind alle Aufgaben der Verarbeitung und Interpretation von Beobachtungsdaten. Die Theorie inverser Probleme - eine unabhängige mathematische Disziplin und DZ Atmosphäre - nur eines der wissenschaftlichen und technischen Bereichen, für die die Theorie inverser Probleme wichtig. Der angelegte Aspekt soll wohl verstanden werden, da die EMP mit den Testobjekten atmosphärische bildende Signale umgesetzt wird, die verwendet werden, um Informationen über die Atmosphäre zu erhalten. Im Idealfall zwischen den gemessenen Signal charakteristischen Parametern und der geschätzten Luft-Eins-Entsprechung. Aber in realen Situationen gibt es für das Problem der inversen Probleme immer spezifisch.

Betrachten wir ein einfaches Beispiel, das sich auf das passive Ertönen der Atmosphäre bezieht. Angenommen, das absorbierende Gas in der Atmosphäre ist abhängig von der Temperatur des Gases durch seine eigene Strahlung gekennzeichnet. Diese Strahlung wird von dem auf dem Satelliten befindlichen Sensor wahrgenommen. Angenommen, es gibt auch eine Beziehung zwischen der Strahlungswellenlänge und Temperatur, und die Temperatur ist abhängig von der Höhe der Atmosphärenschicht. Dann wird die Kenntnis der Beziehung zwischen der Emissionsintensität, Emissionswellenlänge, und die Temperatur des Gases liefert ein Verfahren der atmosphärischen Gastemperatur als eine Funktion der Wellenlänge und damit Abschätzen der Höhe. In der Tat ist die Situation viel komplizierter als beschriebenen Idealfall. Strahlung bei einer bestimmten Wellenlänge von einer Schicht auf die richtige Höhe nicht, und verteilte über die Dicke der Atmosphäre ablaufen, so dass es keine Eins-zu-Eins-Entsprechung zwischen der Wellenlänge und der Höhe, wie im Idealfall vorgeschlagen, die diese Hinsicht bewirkt Unschärfe. Dieses Beispiel ist typisch für viele inversen Probleme, wo die Grenzen der Integration auf den Eigenschaften einer bestimmten Aufgabe abhängen. Diese Gleichung wird als Fredholmsche Integralgleichung der ersten Art bekannt. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass die Integralgrenzen festgelegt sind, wird nur in dem Integranden. Die Funktion ist der Kern oder Kernfunktion der Gleichung bezeichnet.

Verschiedene Probleme DZ reduziert, um einer Gleichung oder einer ähnlichen Gleichung. Um diese Probleme zu lösen, ist es notwendig, die inverse Transformation auf die Ergebnisse der Messungen von g auszuführen. bekommen Verteilung. Eine solche inverse Probleme genannt fehlerhafte oder schlecht gestellte Probleme. Die Entscheidung ist mit der Überwindung der folgenden drei Herausforderungen verbunden. Im Prinzip kann eine Entscheidung schlecht gestellte mathematisch inexistent, mehrdeutig oder instabil werden. Das Fehlen von Lösungs

Aus der Perspektive der DMZ können gefährliche Wettererscheinungen (OMYA) in der räumlichen Verteilung der Objekte, die etwas Platz in der Zone oder in der Wolke wolkenlosen Atmosphäre (klarem Himmel) zu besetzen berücksichtigt werden. Körperliche Anzeichen einer äußeren Erscheinungs OMYA Regel beschreibt die Parameter, die die Intensität des OMYA und die im Prinzip gemessen werden können, zum Beispiel, die Parameter der Windgeschwindigkeit, die elektrische und magnetische Felder, die Intensität des Niederschlags. Physikalische Parameter OMYA berücksichtigt.

Bereiche der Atmosphäre, in der die Parameter, die die Intensität der OMYA einen gewissen vorbestimmten Wert überschreiten, so genannte Zonen OMYA. Der Erkennungsprozess OMYA und die Zuordnung zu bestimmten Bereichen ihrer räumlichen Koordinaten zu einer gegebenen Zeit auf der Basis der DMZ heißt Lokalisierungszonen OMYA.

Somit ist die Lokalisierung mit Hilfe von Mikrowellenzone DZ Atmosphäre OMYA erfassen und ihre Position in einem vorgegebenen Koordinatensystem. In einigen Fällen kann man den Grad der Intensität OMYA abzuschätzen.

Lokalisierung gefährlicher Flugverbotszonen Luftradaranlagen - eine schnelle Erkennung und Ortung mit meteo-Navigationsradar (MNRLS) bor und andere Geräte, die mit MNRLS gepaart werden kann.