CC BY
15Решетнеескцие чтения. 2015
являются научно-практические контакты как с университетами, так и с государственными и коммерческими структурами в области дистанционного зондирования Земли.
Ко всему вышеперечисленному в университете имеется научный интерес как с позиции подготовки кадров для выполнения работ по дистанционному зондированию, так и с позиции выполнения реальных проектов, основу которых составили обработка, дешифрирование и анализ снимков из космоса.
Кроме того, расширению международного сотрудничества в области космонавтики будет способствовать проведение международных научно-практических студенческих школ, конференций, олимпиад, а также получение реальных заказов на проведение производственно-экономического (с элементами логистики) и экологического мониторинга со стороны заинтересованных юридических и физических лиц.
© Зеньков И. В., 2015
УДК 537.86
ВОССТАНОВЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ДРЕВЕСИНЫ ЛЕСНОГО ПОЛОГА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СИГНАЛОВ НАВИГАЦИОННЫХ СПУТНИКОВ*
М. И. Михайлов2, А. В. Сорокин1,2, С. В. Фомин2, К. В. Музалевский2
1 Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected] 2Институт физики им. Л. В. Киренского СО РАН Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50/38. E-mail: [email protected]
Представлены экспериментальные данные для коэффициента ослабления сигналов навигационных спутников ГЛОНАСС и GPS в лесном пологе и оценка возможности их использования для восстановления влажности древесины.
Ключевые слова: влажность древесины, лесной полог, сигналы навигационных спутников, коэффициент затухания.
RECOVERY OF WOOD MOISTURE FOR FOREST CANOPY USING THE SIGNALS
OF NAVIGATION SATELLITES
M. I. Mikhaylov2, A. V. Sorokin1,2, S. V. Fomin2 , K. V. Muzalevsky2
1Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation. E-mail: [email protected]
2L. V. Kirensky Institute of Physics SB RAS 50/38, Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russian Federation. E-mail: [email protected]
The paper treats experimental data for the attenuation coefficient of signals from navigation satellites GLONASS and GPS in the forest canopy, and estimation the possibility of their use for determination of moisture wood.
Keywords: moisture wood, forest canopy, signals of navigating satellites, attenuation coefficient.
Сигналы навигационных спутников (НС) ГЛОНАСС и GPS активно используются в мониторинге лесного полога [1-5].
Исследования в данном направлении определяют реальную перспективу создания эффективных методик и аппаратуры для непрерывного мониторинга влажности лесного полога в полном вегетативном цикле.
В данной работе представлены результаты измерений ослабления сигналов навигационных спутников ГЛОНАСС и GPS в лесном пологе лиственницы ста-
ционара «Погорельский бор» Института леса СО РАН в осенний период 2014 года.
Рассеянные и ослабленные поглощением в древесине лесного полога сигналы НС регистрировались радиоприемным комплексом МРК-32 с антенной пра-вокруговой поляризации. Антенна располагалась внутри лесного полога на мачте с высотой 4,5 м над уровнем почвы на северной границе зондируемого участка лиственничного лесного полога. Ось диаграммы направленности антенны ориентировалась вертикально вверх.
*Работа выполнена на базе Красноярского регионального центра коллективного пользования СО РАН в рамках программы фундаментальных исследований «Радиофизические методы диагностики окружающей среды» по теме «Изучение процессов поглощения и рассеяния электромагнитных волн СВЧ-диапазона лесными покровами Сибири».
Использование космических.средств, технологий и геоинформационныхсистем для мониторинга и моделирования природной среды
Характеристики сеансов измерений и средняя влажность древесины
Дата проведения сеанса (3-4). 09.2014 (18-19).09.2014 (6-7). 10.2014 (11-12)11.2014
Длительность сеанса, чч:мм:сс 19:52:51 21:19:37 9:54:16 13:52:11
Число отсчетов ГЛОНАСС 146 037 158 678 78 674 107 886
Число отсчетов GPS 231 618 241 846 106 899 186 951
Состояние хвои лесного полога Зеленая Желтеющая Желтая Опавшая
Дневная температура воздуха, °С +12 +11 +4 -7
Средняя влажность древесины, % 48±3 47±4 40±4 28±2
Среднее ослабление сигналов, дБ/м GPS -0,34 -0,33 -0,30 -0,20
ГЛОНАСС -0,37 -0,38 -0,32 -0,26
Длительность сеансов составляла 10-20 часов. Географические координаты точки расположения антенн оставались постоянными: Ш. 56 04,720', Д. 092 40,446'.
Границы рабочего диапазона по углу возвышения НС ф составляли 10-40°. Изменение уровня зондирующего сигнала в зависимости от углов азимута и возвышения учитывалось усредненной калибровочной функцией, полученной в результате регистрации сигнала в свободном пространстве у поверхности Земли. Зависимости амплитуды сигналов (отношение сигнал/ шум) от угла ф, ослабленных в лесном пологе, позволяют определить эффективный (погонный) коэффициент ослабления в лесном пологе [4].
Даты и условия проведенных сеансов измерений, значения коэффициентов ослабления и влажность древесины, определенная термостатно-весовым методом и влагомером древесины МС-7825Р8, представлены в таблице.
Массив зарегистрированных сигналов, прошедших лесной полог, трансформируется в логарифмический масштаб, и определяется ослабление на трассе прохождения сигнала. Экспоненциальное затухание сигнала НС в интервале углов возвышения 10 < ф < 40 в логарифмическом масштабе имеет вид ^(ф) = = -к(И-И)/тщ>). Здесь ^(ф) - ослабление сигнала в лесном пологе; (И-^^шф - длина трассы распространения сигнала НС внутри лесного полога кО -погонный (на единицу длины) коэффициент затухания; И -высота лесного полога; к - высота антенны; ф - угол возвышения спутника. Погонный коэффициент затухания определяется по значениям ^(ф) с использованием линейного регрессионного анализа.
Рис. 1. Влажность древесины и затухание сигналов НС лиственничного леса осенью 2014 г.
Сезонное измерение влажности древесины, синхронные с регистрацией затухания сигналов навигационных спутников в лесном пологе, представлены на рисунке.
Полученные результаты свидетельствуют о корреляции средних значений влажности древесины лесного полога и коэффициента затухания сигналов НС. Создание аппаратно-программного комплекса с возможностью циклической обработки данных непрерывной регистрации ослабления сигналов и передача массива данных о временной зависимости влажности древесины позволит осуществлять эффективный мониторинг состояния лесного полога в течение полного вегетационного цикла.
Библиографические ссылки
1. Jin S., Cardellach E., Xie F. GNSS Remote Sensing Springer Dordrecht Heidelberg, New York, London. 2014. 286 p.
2. The Use of Navigation Satellites Signals for Determination the Characteristics of the Soil and Forest Canopy / V. L Mironov., S. V. Fomin, K. V. Muzalevsky,
A. V. Sorokin, M. I. Mikhaylov // Proc. IGARSS. Munich, Germany, Jul. 22-27. E., 2012. P. 7527-7529.
3. Восстановление диэлектрической проницаемости почв и лесных покровов при использовании сигналов навигационных спутников ГЛОНАСС и GPS /
B. Л. Миронов, С. В. Фомин, А. В. Сорокин и др. // Известия вузов. Физика. 2012. Т. 55, № 9/2.
C. 99-101.
4. Метод измерения ослабления микроволнового излучения в лесном пологе с использованием сигналов ГЛОНАСС и GPS / В. Л. Миронов, А. В. Сорокин, М. И. Михайлов и др. // Вестник СибГАУ. 2013. Т. 51, № 5. С. 123-126.
5. Сорокин А. В., Остыловский А. Н., Михайлов М. И. Влияние статистических неоднородностей лесного полога на ослабление сигналов навигационных спутников. // Известия вузов. Физика. 2013. Т. 56, № 8/2. С. 11-13.
References
1. Jin S., Cardellach E., Xie F. GNSS Remote Sensing - Springer Dordrecht Heidelberg, New York, London. 2014. 286 p.
2. Mironov V. L., Fomin S. V., Muzalevsky K. V., Sorokin A. V., Mikhaylov M. I. [The Use of Navigation Satellites Signals for Determination the Characteristics of the Soil and Forest Canopy]. Proc. IGARSS. Munich, Germany, Jul. 22-27. E., 2012. P. 7527-7529.
Решетнееские чтения. 2015
3. Mironov V. L., Fomin S. V., Sorokin A. V., Muzalevskiy K. V, Mikhaylov M. I. [Vostanovlenie di-elektricheskoy pronitsaemosty pochv I lesnih pokrovov pri ispolzovanii signalov navigatsionih sputnikov GLONASS I GPS]. Izvestiya VUZov. Fizika. 2012, no 9/2, s. 99-101.
4. Mironov V. L., Mikhailov V. I., Sorokin A. V., Muzalevsky K. V., Fomin S. V. [Metod izmerenia oslablenia mikrovolnovogo izluchenia v lesnom pologe s
ispolzovaniem signalov GLONASS I GPS]. Vestnik Sib-GAU. 2013, no 4, s. 123-126. (In Russ).
5. Sorokin A. V., Octilovsky A. N., Mikhailov V. I. [Vliyanie statisticheskih neodnorodnostey lesnogo pologa na oslablenie signalov navigatsionnih sputnikov]. Izvestia vuzov.Fizika, 2013. no 8/2, s. 11-13. (In Russ).
© Михайлов М. И., Сорокин А. В., Фомин С. В., Музалевский К. В., 2015
УДК 537.86
РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ ГЛОБАЛЬНЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ В МОНИТОРИНГЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
А. В. Сорокин1, 2, М. И. Михайлов2, С. В. Фомин2, К. В. Музалевский2
1 Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected] 2Институт физики им. Л. В. Киренского СО РАН Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50/38. E-mail: [email protected]
Представлен обзор реализованных и возможных вариантов использования сигналов глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) в дистанционном зондировании земных покровов, океана, атмосферы и околоземного пространства в контексте технического развития глобальных навигационных спутниковых систем.
Ключевые слова: сигналы ГНСС, дистанционное зондирование, земные покровы, океан, атмосфера, ионосфера.
DEVELOPING METHODS TO USE THE SIGNALS OF GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEMS IN ENVIRONMENTAL MONITORING
A. V. Sorokin1, 2, M. I. Mikhaylov2, S. V. Fomin2, К. V. Muzalevsky2
1Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation. E-mail: [email protected]
2L. V. Kirensky Institute of Physics SB RAS 50/38, Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russian Federation. E-mail: [email protected]
The article reviews existing and potential options in use of global navigation satellites signals (GNSS) in remote sensing the earth's cove, ocean, atmosphere and near-earth space in the context of global satellite navigation systems technical development.
Keywords: satellite's signal, remote sensing, land cover, ocean, atmosphere, ionosphere.
Сигналы навигационных спутников ГЛОНАСС и GPS активно используются в мониторинге земных покровов, поверхности океана и околоземного пространства [1-3]. Исследования в данном направлении определяют реальную перспективу создания эффективных методик и аппаратуры для непрерывного мониторинга указанных выше сред.
В данной работе представлен обзор разрабатываемых в настоящее время методов и аппаратуры дистанционного зондирования с использованием сигналов навигационных спутников.
Действующие и полностью укомплектованные группировки GPS и ГЛОНАСС имеют по 24 рабочих спутника. В стадии формирования находятся евро-
пейская система GALILEO с 27 аппаратами и китайская COMPASS-BeiDou с 30 аппаратами в завершенных вариантах. Региональные навигационные системы - индийская группировка IRNSS из семи геостационарных спутников и японская - находятся в стартовой фазе развертывания.
Технический ресурс ГНСС наряду с задачами позиционирования обеспечивает возможность решать широкий спектр задач дистанционного зондирования. Когерентное и поляризованное излучение НС в диапазоне частот от 1 176,45 до 12 787,5 МГц (L5-E6) с имеющимися эффективными излучателями и приемниками позволяет решать широкий набор аналитических задач по определению временных вариаций
