CC BY
198
УДК 528.4
О.Н. Гершензон, А.А. Маслов ИТЦ «СканЭкс», Москва
ОПЕРАТИВНЫЙ СПУТНИКОВЫЙ МОНИТОРИНГ НА БАЗЕ УНИВЕРСАЛЬНОЙ ПРИЕМНОЙ СТАНЦИИ УНИСКАН™
В последние годы в мире интенсивно развивается направление, связанное с практическим применением данных оперативного спутникового мониторинга. Существенной проблемой в организации центров приема данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) стало различие в форматах принимаемых данных (из-за многообразия космических программ ДЗЗ), что приводит к усложнению средств и процессов обработки и к удорожанию информационных продуктов. Реальным выходом из создавшейся ситуации является использование универсальных наземных станций, программно-адаптированных для приема цифровых потоков данных ДЗЗ от различных космических аппаратов. Универсальный терминал УниСкан™, созданный в ИТЦ СканЭкс, уже сегодня позволяет осуществлять прием данных от 10 существующих спутников ДЗЗ со скоростью в одном канале до 120 Мбит/с.
Выбранные в настоящее время спутниковые программы ДЗЗ для приема станцией УниСкан™ позволяют решать широкий круг прикладных задач оперативного мониторинга:
- Данные программы TERRA/AQUA (радиометр MODIS), принимаемые в реальном времени в режиме свободного доступа (ежедневно 4-6 сеансов) позволяют осуществлять оперативный спутниковый мониторинг с низким разрешением (0.25-1 км) в целях обнаружения пожаров, наблюдения за состоянием водной поверхности, растительного и снежного покрова;
- Данные всепогодной радиолокационной съемки RADARSAT-1 с разрешением 8-100 м (принимаются на платной основе по предварительному заказу) используются для мониторинга состояния ледового покрова, лесной растительности, в картографии, при мониторинге районов затоплений и зон ЧС;
- Данные высокодетальной съемки EROS-A с разрешением 2 м (принимаются на платной основе по предварительному заказу) позволяют решать задачи обновления основы крупномасштабных карт, создания ГИС-слоев в строительстве, мониторинг районов городской застройки и землеотвода;
- Данные съемки спутников IRS-1C/-1D/-P6 с многофункциональными сканерами (разрешение 5.8 м, 23 м и 56 м) и SPOT-2/4 (разрешение 10 и 20м) для решения различных задач сельского и лесного хозяйства, геологии, картографии.
Основные характеристики аппаратуры спутников ДЗЗ, принимаемых
станциями УниСкан™
Прибор Спутник Число спектр. каналов (диапазон) Разрешение на местности, м Полоса обзора, км Скорость передачи, Мбит/с
MODIS Terra Aqua 36 250, 500, 1000 2300 13.125 15.0
МСУ-Э Метеор-ЗМ 3 40 76 15.36
PAN ШБ-ЮШ 1 1 5.8 70 84.9
PAN EROS A 1 2.0 13.5 70
LISS-3 ШБ-ЮШ 3 23 140 42.45
LISS-3 IRS-P6 4 23 140 105
AWiFS IRS-P6 4 55 740
LISS-4 Mono IRS-P6 1 5.8 70 105
LISS-4 MX 3 5.8 23
РСА SAR Radarsat-1 (С-диапазон) 8 ... 100 50 ... 500 105
ШУЖ и ШУ SPOT-2, -4 4 и 5 10 и 20 60 и 80 50
Основные характеристики комплекса УниСкан™
Универсальная аппаратная часть комплекса УниСкан™ позволяет принимать информацию в любых форматах, параметры которых лежат в следующих пределах:________________________________________________________
Параметр Диапазон значений
Несущая частота 8.0 ... 8.4 ГГц
Скорость передачи информации 5 ... 120 Мбит/с
Тип модуляции ФМ-2, ФМ-4, ФМ-4С
Для адаптации приемной станции к новому спутнику и формату не потребуется никаких аппаратных модификаций - только дополнительное программное обеспечение при условии, что:
- Параметры формата лежат в указанных пределах;
- Мощность излучения со спутника достаточна для приема на данную антенную систему.
В указанном диапазоне параметров передают (или будут передавать) информацию такие спутники, помимо указанных выше, как Монитор-Э, ГОЗ-P5, RADARSAT-2, EROS-В, ЕптааМ, TerraSAR-X и др.
Станция УниСкан™ может поставляться в двух вариантах исполнения:
- С сетчатой антенной диаметром 3.6 м на 3-осном опорно-поворотном устройстве,
- Со сплошной антенной диаметром 2.4 м на 2-осном опорноповоротном устройстве с горизонтальными осями вращения ("Х-^').
Разработан также мобильный вариант на базе станций УниСкан™, который приводится в рабочее положение в течение нескольких часов.
Характеристики станций УниСкан™
Характеристики УниСкан™-36 УниСкан™-24
Тип антенны однозеркальная, осесимметричная, секционная, сетчатая однозеркальная, осесимметричная, секционная, сплошная
Тип опорно-поворотного устройства З-осное (X-Y-Z) 2-осное (X-Y)
Диаметр зеркала антенны, м 3.6 2.4
Усиление антенны, дБ 45.5 44
Поляризация Правая круговая
Диапазон рабочих частот, МГ ц 8 000 ... 8 400
Шумовая температура МШПР, ° K 65
Добротность G/T (8.2 GHz, 5 град. угол места), дБ/К 23 21.5
Диапазон вращения по азимуту (Z), град. - 270 ... 270 —
Диапазон вращения по наклону (Y), град. 0 2 0 2 - 0 On 0 On -
Диапазон вращения по углу места (X), град. 0 ... 180 0 ... 180
Максимальная скорость вращения по азимуту (не менее), град./с 2 —
Максимальная скорость вращения по углу места и наклону (не менее), град./с 2 2
Динамическая ошибка сопровождения (не более), угл. мин. 4 4
Масса антенной системы (не более), кг 1000 400
Диапазон рабочих температур антенной системы, ° C - 50 ... +50
Скорость ветра, м/с 20
Первичное питание 220 В, 50,60 Гц, однофазовое
Максимальное энергопотребление, ВА 1000 600
Обе конфигурации системы гарантируют прием без «мертвой» зоны в зените. Антенная система станции УниСкан™-24 легче и дешевле, чем УниСкан™-36 (рис. 1), но последняя обеспечивает устойчивый прием с меньших углов места (т.е. имеет больший радиус зоны приема).
Антенная система комплекса Антенная система комплекса
УниСкан™-36 УниСкан™-24
Рис. 1. Антенные системы комплексов УниСкан™-36 и УниСкан™-24
В составе комплекса поставляется программное обеспечение для решения следующих задач:
- Управление приемом и записью данных на жесткий диск компьютера (ScanReceiver®);
- Предварительная обработка данных - распаковка, фрагментация, географическая привязка и калибровка;
- Визуализация и трансформация изображений (ScanMagic®, одна лицензия);
- Ведение электронного каталога снимков (ScanEx Catalogue Manager®),
- Дополнительная и тематическая обработка изображений (ScanEx Image Processor®, одна лицензия).
Все программы предназначены для работы под MS Windows 98, 2000, XP. В зависимости от вида принимаемых данных пользователи могут применять дополнительные программы. Например, для обработки радиолокационных изображений в ИТЦ СканЭкс разработана программа ScanEx SAR Processor®, которая работает в среде Windows и предназначена для преобразования данных начального уровня в продукты уровня 1. В 2004 году программа была сертифицирована компанией RSI и космическим агентством Канады CSA для обработки изображений RADARSAT-1.
Основные области применения данных
Данные различного пространственного разрешения вплоть до нескольких метров, широкого диапазона повторяемости съемки и полосы обзора, а также возможность проведения радиолокационной съемки при любых погодных условиях и в любое время суток позволяют решать максимальный набор практических задач в разных областях хозяйственной деятельности:
- Обновление картографической продукции (вплоть до масштаба 1:25
000);
- Оперативное обнаружение нефтяных загрязнений на суше и на шельфе в районах добычи и транспортировки нефти;
- Контроль за соблюдением лицензионных соглашений при освоении месторождений природных ресурсов;
- Оперативная оценка состояния ледового и снежного покрова;
- Мониторинг состояния сельскохозяйственных угодий как с точки зрения соблюдения правил севооборота, так и с точки зрения целевого использования земель;
- Оперативная оценка состояния и степени деградации сельскохозяйственных и пастбищных земель;
- Земельный кадастр;
- Актуализация карт лесопользования;
- Раннее обнаружение и наблюдение за развитием лесных и степных пожаров;
- Объективная и оперативная оценка ущерба от стихийных бедствий;
- Мониторинг состояния гидротехнических сооружений;
- Создание современных тематических карт состояния природных объектов (растительности, состояния почвенного покрова, аварийноопасности территорий и др.);
- Создание цифровых моделей рельефа;
- Оценка экологических последствий освоения территорий;
- В горных районах - организация постоянного мониторинга за состоянием ледников;
- Контроль за нелегальным рыболовством в акваториях.
Всего центр СканЭкс установил 16 станций УниСкан™ в различной комплектации, которые служат основой региональных и университетских центров ДЗЗ в России и за рубежом (рис. 2). Развитие сети приемных станций будет способствовать более глубокой интеграции данных оперативного спутникового мониторинга в повседневную производственную, управленческую и природоохранную деятельность.
Рис. 2. Сеть станций УниСкан™ в России и за рубежом
© О.Н.Гершензон, А.А.Маслов, 2005
