CC BY
17Использование космических^средств, технологий и геоинформационны^систем для мониторинга и моделирования природной среды
УДК 537.86
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СИГНАЛОВ НАВИГАЦИОННЫХ СПУТНИКОВ В МОНИТОРИНГЕ ЗЕМНЫХ ПОКРОВОВ
Д. С. Макаров1*, Д. В. Харламов1, А. В. Сорокин1, 2
1 Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр» Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50 2Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: [email protected]
Описаны ключевые особенности дистанционного зондирования земных покровов с помощью сигналов навигационных спутников. Приведены графики зависимостей пространственно-временных характеристик ослабленных и отраженных сигналов.
Ключевые слова: сигналы навигационных спутников, ослабление и отражение, земные покровы.
USING SIGNALS OF NAVIGATION SATELLITES IN THE MONITORING
OF THE EARTH COVER
D. S. Makarov1*, D. V. Kharlamov1, A. V. Sorokin1, 2
1Federal Research Center Krasnoyarsk Science Centre SB RAS 50, Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russian Federation 2Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation *Е-mail: [email protected]
The key features of remote sensing of terrestrial coverings by means of signals of navigation satellites are described. The graphs of the dependences of the space-time characteristics of the attenuated and reflected signals are given.
Keywords: signals of navigation satellites, attenuation and reflection, earth cover.
Сигналы глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) высокоорганизованны и позволяют в непрерывном режиме, наряду с координатными измерениями, восстанавливать в реальном времени диэлектрические параметры сред, с которыми взаимодействуют в процессе распространения [1]. Эффект многолучевости снижает точность координатных измерений, но позволяет по изменению характеристик отраженных или ослабленных средами сигналов восстанавливать значимые для практики свойства этих сред. Фактически ГНСС позволяют реализовать глобальный радиометр на рабочих частотах действующих группировок GPS, ГЛОНАСС. Периоды обращения спутников ГЛОНАСС и GPS составляют 11 ч 16 мин и 11 ч 57 мин соответственно. В течение часа приемная аппаратура регистрирует около 10 сканирующих серий сигналов, трансформируемых исследуемым объектом [2].
В общем случае сигналы ГНСС распространяются от источника к приемнику, через атмосферу, растительные покровы (рис. 1, а) или отражаются от поверхности почвы, воды и растительности (рис 1, б).
Изменения состояния поляризации и амплитуды сигналов ГНСС, возникающих при взаимодействии с поверхностью и объемом сред и учет вариаций характеристик прямых сигналов позволяют корректно вос-
станавливать эффективные значения ряда значимых для мониторинга величин. Это коэффициенты погонного ослабления сигналов в лесном пологе, коэффициенты отражения поверхностей земных покровов [3-5].
На рис. 2 приведен пример записи амплитуды сигнала аппарата GPS 17, прошедший через лесной массив. Эксперимент проводился 31.08.2018 на опытной площадке сосновых посадок. Антенный модуль, принимающий сигнал право круговой поляризации, размещался на высоте 0,7 м в точке с координатами 55°59'25.4"N 92°45'36.4"E. Ось диаграммы направленности устанавливалась вертикально вверх. Антенна находилось на расстоянии 7 м от границы древостоя. Расположение антенны обеспечивало регистрацию сигналов, прошедших через массив леса и свободное пространство.
На рис. 3 представлена запись прямого и отраженного от поверхности воды интерференционного сигнала, проведенного 30.07.2018 на территории озера Шира (Координаты местоположения антенны -54°30'22.8"N 90°08'56.0"E). Регистрация проводилась серийной аппаратурой МРК-32 с вертикально ориентированной дипольной антенной, установленной на расстоянии d = 3,2 метра от границы воды. Высота расположения фазового центра антенны от поверхности воды h = 4,1 м.
Решетневскуе чтения. 2018
Рис. 1. Схема радиопросвечивания лесного массива (а), схема рефлектометрии водной поверхности (б)
б
а
Рис. 2. Пространственно-временная зависимость сигнала спутника GPS 17, прошедшего через лесной массив
Рис. 3. Пространственно-временная зависимость сигнала спутника ГЛОНАСС 11 на экспериментальной площадке у оз. Шира
Ослабление сигналов в лесном пологе позволяют рассчитать коэффициенты погонного ослабления с координатной привязкой в реальном времени, всепогодно восстанавливать эффективную диэлектрическую проницаемость и влажность.
ГНСС - рефлектометрия от поверхности воды дает возможность определять коэффициенты отражения и восстанавливать соленость воды. Это создаёт основу для разработки специализированных устройств, которые могут быть использованы в сельском, лесном, водном хозяйстве для мониторинга земных покровов в круглосуточном режиме.
Библиографические ссылки
1. Jin S., Cardellach E., Xie F. GNSS Remote Sensing. New York, London.: Springer Dordrecht Heidelberg, 2014. 286 p.
2. Экспериментальное определение электрофизических параметров лесного покрова с использованием сигналов глобальных навигационных систем ГЛОНАСС и GPS / В. Б. Кашкин, В. И. Кокорин,
В. Л. Миронов и др. // Радиотехника и электроника. 2006. Т. 51, № 7. C. 825-830.
3. Попов В. И. Распространение радиоволн в лесах. М. : Горячая линия - Телеком, 2015. 392 с.
4. Сорокин А. В., Подопригора В. Г., Макаров Д. С. Рассеяние сигналов навигационных спутников на пространственных неоднородностях леса // Решетнев-ские чтения : материалы XXI Междунар. науч. конф. (08-11 ноября 2017, г. Красноярск) : в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; СибГУ им. М. Ф. Решентнева. Красноярск, 2017. С. 416-417.
5. Фомин С. В., Сорокин А. В., Харламов Д. В. Калибровка сигналов ГЛОНАСС и GPS в мониторинге земных покровов с использованием базы данных характеристик прямых сигналов вблизи поверхности Земли // Региональные проблемы дистанционного зондирования Земли : материалы IV Междунар. науч. конф. (12-15 сентября 2017, г. Красноярск) / науч. ред. Е. А. Ваганов ; отв. ред. Г. М. Цибульский ; Сиб. федер. ун-т. Красноярск, 2017. С. 175-177.
Использование космическихсредств, технологий и геоинформационныхсистем для мониторинга и моделирования природной среды
References
1. Jin S., Cardellach E., Xie F. GNSS Remote Sensing. New York, London : Springer Dordrecht Heidelberg,. 2014. 286 p.
2. Kashkin V. B., Kokorin V. I., Mironov V. L., Sizasov S. V. [Eksperimentalnoe opredelenie elec-trofizicheskih parametrov lesnogo pokrova s ispol-zovaniem signalov globalnyh navigatsionnyh sistem GLONASS i GPS]. Radiotehnika i Electronika. 2006. Vol. 51, № 7. Р. 825-830. (In Russ.)
3. Popov V. I. Rasprostraneniye radiovoln v lesakh [Propagation of radio waves in forests]. Moscow, Gorya-chaya liniya - Telekom Publ., 2015. 392 p.
4. Sorokin A. V., Podoprigora V. G., Makarov D. S. [Scattering of navigation satellite signals on the spatial heterogeneities of a forest]. J^aterialy XXI Mezhdunar. nauch. konf. "Reshetnevskie chteniya" [Materials XXI Intern. Scientific. Conf "Reshetnev reading"]. Krasnoyarsk, 2017. P. 416-427. (In Russ.)
5. Fomin S. V., Sorokin A. V., Harlamov D. V. [Kali-brovka signalov GLONASS i GPS v monitoringe zemnih pokrovov s ispolzovaniem bazi dannih harakteristi pryamih signalov vblizi poverhnosti Zemli]. Мaterialy IV Mezhdunar. nauch. konf. Krasnoyarsk, 2017. P. 175-177. (In Russ.)
© Макаров Д. С., Харламов Д. В., Сорокин А. В., 2018
