DÁLKOVÝ PRŮZKUM ZEMĚ

Transkript

VYSOKÉ U ENÍ TECHNICKÉ V BRN
FAKULTA STAVEBNÍ
LADISLAV PLÁNKA
DÁLKOVÝ PR ZKUM ZEM
MODUL 02
P ÍSTROJOVÁ TECHNIKA
STUDIJNÍ OPORY
PRO STUDIJNÍ PROGRAMY S KOMBINOVANOU FORMOU STUDIA
Dálkový pr zkum Zem · Modul 02
© RNDr. Ladislav Plánka, CSc., Brno 2007
- 2 (115) -
Obsah
OBSAH
1 Úvod ...............................................................................................................7
1.1 Cíle ........................................................................................................7
1.2 Požadované znalosti ..............................................................................7
1.3 Doba pot ebná ke studiu .......................................................................7
1.4 Klí ová slova.........................................................................................7
2 Po izování dat ...............................................................................................9
2.1 Typy rozlišení dat................................................................................10
2.1.1
Spektrální rozlišení ...............................................................10
2.1.2
Prostorové rozlišení ..............................................................10
2.1.3
Radiometrické rozlišení ........................................................11
2.1.4
asové rozlišení ....................................................................11
2.1.5
Polariza ní rozlišení..............................................................12
2.2 Snímací za ízení ..................................................................................12
2.2.1
Pasivní p ístroje ....................................................................13
2.2.1.1 Fotografické komory.............................................................13
2.2.1.2 Televizní systémy .................................................................17
2.2.1.3 Radiometry............................................................................18
2.2.1.4 Geometrie m ení mechanickým lineárním skenerem .........31
2.2.1.5 Podmínky návaznosti p i skenování .....................................33
2.2.1.6 Významné mechanické skenery............................................33
2.2.1.7 Elektronické skenery.............................................................42
2.2.2
Aktivní p ístroje ....................................................................49
2.2.3
Srovnání snímacích za ízení .................................................53
3 Nosi e ...........................................................................................................55
3.1.1
Kosmické nosi e ...................................................................55
3.1.1.1 Um lé družice Zem .............................................................55
3.1.1.2 Sou adnicové soustavy..........................................................57
3.1.1.3 Nerušený (ideální) pohyb družice.........................................58
3.1.1.4 Výpo et ideální dráhy um lé družice Zem .........................59
3.1.1.5 Skute ný pohyb um lé družice Zem ...................................60
3.1.1.6 Ur ování skute ných drah družic..........................................62
3.1.1.7 Typy drah um lých družic Zem ..........................................62
3.1.1.8 Družice na subpolárních a polárních drahách.......................63
3.1.1.9 Družice na sklon ných drahách ............................................64
3.1.1.10 Družice na geostacionárních drahách ...................................67
3.1.1.11 Typy družic ...........................................................................68
3.1.1.12 Vybavení družic ....................................................................68
3.1.2
Meteorologické družice ........................................................70
3.1.2.1 TIROS (Television and Infra-Red Observation Satellite) ....70
3.1.2.2 NIMBUS ...............................................................................71
3.1.2.3 ESSA.....................................................................................71
- 3 (115) -
3.1.2.4 NOAA .................................................................................. 71
3.1.2.5 MetOp................................................................................... 74
3.1.2.6 DMSP/AMS ......................................................................... 75
3.1.2.7 TRMM.................................................................................. 76
3.1.2.8 METEOSAT......................................................................... 77
3.1.2.9 GOES ................................................................................... 82
3.1.2.10 GMS (Himawari).................................................................. 84
3.1.2.11 MTSat................................................................................... 84
3.1.2.12 GOMS .................................................................................. 85
3.1.2.13 INSAT [=Indian National Satellite) .................................... 85
3.1.2.14 Feng Yun.............................................................................. 85
3.1.3
Družice pro dálkový pr zkum zemského povrchu............... 86
3.1.3.1 Landsat ................................................................................. 86
3.1.3.2 SPOT .................................................................................... 87
3.1.3.3 IKONOS............................................................................... 89
3.1.3.4 CBERS ................................................................................. 89
3.1.3.5 IRS........................................................................................ 89
3.1.3.6 Lewis .................................................................................... 91
3.1.3.7 JERS (FUYO) ...................................................................... 91
3.1.3.8 EO......................................................................................... 91
3.1.3.9 FORMOSAT ........................................................................ 92
3.1.3.10 OrbView ............................................................................... 92
3.1.3.11 EROS.................................................................................... 93
3.1.3.12 RESURS............................................................................... 93
3.1.4
Družice pro radarový pr zkum zemského povrchu ............. 94
3.1.4.1 ENVISAT (Environmental Satellite) .................................. 94
3.1.4.2 RADARSAT ........................................................................ 96
3.1.4.3 COSMO-SkyMed................................................................. 96
3.1.4.4 TerraSAR-X ......................................................................... 97
3.1.4.5 ALMAZ-1 ............................................................................ 97
3.1.4.6 ERS....................................................................................... 97
3.1.5
Družice pro mapování .......................................................... 98
3.1.5.1 Cartosat................................................................................. 98
3.1.5.2 Kompsat-2 ............................................................................ 99
3.1.5.3 ALOS ................................................................................... 99
3.1.5.4 QuickBird ............................................................................. 99
3.1.6
Zpravodajské družice ......................................................... 101
3.1.7
Programy dálkového pr zkumu Zem ............................... 102
3.1.7.1 EOS (Earth Observing System).......................................... 102
3.1.7.2 Projekt Triana..................................................................... 104
3.1.7.3 New Millennium Program – NMP ..................................... 104
3.1.7.4 Saljut (DOS, OPS).............................................................. 104
3.1.7.5 Další družice....................................................................... 105
3.1.8
Orbitální stanice ................................................................. 107
- 4 (115) -
Obsah
3.1.9
Pilotované kosmické lety ....................................................109
3.1.9.1 SOJUZ.................................................................................109
3.1.10 Kosmodromy.......................................................................110
3.1.11 Letecké nosi e.....................................................................111
3.1.11.1 Organizace snímkovacího letu............................................112
3.1.11.2 Pilotované letecké nosi e....................................................113
3.1.11.3 Nepilotované letecké nosi e ...............................................113
4 Záv r ..........................................................................................................115
4.1 Shrnutí...............................................................................................115
4.2 Studijní prameny ...............................................................................115
4.2.1
Seznam použité literatury ...................................................115
- 5 (115) -
Úvod
1
Úvod
Systém DPZ lze rozd lit na subsystém sb ru informací a p enosu dat a
subsystém analýzy a interpretace dat. V takovém po adí se jím také budeme
zaobírat.
Metody dálkového pr zkumu mohou být d leny podle r zných kritérií, nap .
• podle zp sobu registrace m ení na konven ní (fotografie) a digitální
(imagery)
• podle druhu registrovaného zá ení na aktivní (radarové systémy) a
pasivní (fotografie)
• podle druhu nosi e: letadla, družice, modely letadel, balony, vrtulníky,
pozemní stavby
• podle zaznamenané
ásti elektromagnetického
panchromatické, infra ervené, tepelné, radarové aj.
spektra
na
• podle zorného pole kamery na záznamy s úzkým úhlem, normální i
širokoúhlé
•
podle osy záb ru na svislé a šikmé
podle velikosti snímaného území na globální, oblastní, lokální
detailní
•
1.1
i
Cíle
Cílem modulu je podat stru né sv dectví o p ístrojích a za ízeních, které slouží
pro po ízení obrazových dat pro pot eby dálkového pr zkumu a o jejich
nosi ích. Jedná se o velice nesnadný úkol, nebo dnešní technika velice rychle
zastarává a pr b žné informace o jejím aktuálním stavu se získávají velice
obtížn .
1.2
Požadované znalosti
Pro zvládnutí obsahu modulu je vhodná znalost alespo základ obecné
terminologie dálkového pr zkumu a základních úloh z kosmické geodézie,
resp. astronomie.
1.3
Doba pot ebná ke studiu
Doba pot ebná ke studiu je specifikovaná v modulu 01.
1.4
Klí ová slova
Po izování dat, detektory zá ení, nosi e snímacích za ízení.).
- 7 (115) -
- 8 (115) -
Po izování dat
2
Po izování dat
Z fyzikálního principu dálkového pr zkumu vyplývá, že získávání údaj o
krajin touto metodou spo ívá v m ení množství zá ivé energie, které
obsahuje elektromagnetické zá ení odražené nebo emitované jednotlivými
složkami krajiny. Výsledkem m ení jsou data, která jsou zaznamenávána:
• bu p ímo v míst lokalizace m ícího p ístroje (nap . na palub letadla,
družice apod.)
• nebo jsou telemetrickými kanály p enášeny na pozemní p ijímací stanice,
kde jsou archivována a dále zpracovávána.
Z p ístrojového hlediska proto celý m ící proces zahrnuje:
• snímací za ízení,
• nosi a
• záznamové za ízení.
M ení provád né metodou dálkového pr zkumu se ozna uje také jako sb r
dat, a to s ohledem na nutnost shromaž ování co nejv tšího množství poznatk
odpovídajících zna né variabilit krajiny a jejím složkám.
Základní
požadavek, který musí každý p ístroj pro dálkový pr zkum spl ovat, je
schopnost m it energii elektromagnetického zá ení v závislosti na
prom nných, jež ji ur ují, tzn. na:
•
ase,
• vlnové délce,
• prostoru, pop . i
• polarizaci a vždy na
• geometrickém uspo ádání.
Každou z uvedených závislostí nelze jedním p ístrojem sledovat stejn
podrobn . Jelikož geometrické uspo ádání p i m ení nezávisí na konstrukci
p ístroje, je konstrukce p ístroje vždy zam ena na p ednostní sledování
n které z prvních ty závislostí. Takto je získaným dat m i ur itá míra
rozlišovací schopnosti, resp. ur itá míra rozlišení (resolution), která zahrnuje
rozlišení:
• spektrální (spektral),
• prostorové (spatial),
• radiometrické (radiometric),
• polariza ní a
•
asové (temporal).
Konkrétní hodnoty výše uvedených typ rozlišení jsou ur eny technickým
ešením a kvalitou konstrukce použitého p ístroje, a proto se souhrnn ozna ují
jako p ístrojové parametry.
- 9 (115) -
M ení pro pot eby dálkového pr zkumu lze provád t z jednoho místa
(stacionární). Takové m ení však má celou adu omezení (m ené místo
nem ní své charakteristiky, n které p ípady nasazení aktivních radarových
metod aj.). Praktické použití však má pouze sou asné m ení na v tším po tu
míst, která pokrývají souvisle plochu celého zájmového území. Takovým
zp sobem pracují fotografické kamery, jejichž m ení je vztaženo k
jednotlivým bod m zájmové plochy. U radiometr je ke spln ní této podmínky
zapot ebí m nit polohu p ístroje nebo jeho geometrické uspo ádání
(nestacionární m ení). Zm ny m eného místa podle linie se obvykle
dosáhne umíst ním radiometru na pohyblivém nosi i. V takovém p ípad
hovo íme o profilovém (trasovacím) m ení a shodn s tímto ozna ením pak
o trasovacím radiometru. M ení v ploše obdobné fotografii umož ují
zobrazující radiometry (skenery), které m í zá ení jak z míst podél sm ru
pohybu nosi e, tak i ve sm ru nap í jeho pohybu. Výsledky m ení skeneru se
dají uspo ádat do podoby obrazu.
2.1
Typy rozlišení dat
2.1.1
Spektrální rozlišení
Spektrální rozlišení se vztahuje ke specifickým vlnovým délkám v
elektromagnetickém spektru, které m že senzor vzhledem ke svým technickým
parametr m zachytit a registrovat. Podle ší ky intervalu elektromagnetického
spektra, kterou je detektor schopen registrovat hovo íme o hrubém nebo
jemném spektrálním rozlišení. Uvedené d lení je velmi subjektivní a relativní s
ohledem na konkrétním oblast elektromagnetického spektra, v n mž se
porovnávané ší ky intervalu nacházejí. Nap . panchromatický senzor na satelitu
SPOT1 snímal ve vlnovém rozsahu 0,51 - 0,73 µm a senzor 3. pásma pro
tematické mapování na družici LANDSAT snímal ve vlnovém rozsahu 0,63 0,69 µm.
M ení provád né na ur itém intervalu vlnových délek se ozna uje jako
m ení spektrální a v p ípad , že je k dispozici více spektrálních interval
hovo íme o m ení multispektrálním. Po et spektrálních pásem a jejich ší ka
je praktickým odrazem spektrální rozlišovací schopnosti použitého p ístroje. V
zásad je možné použít dv koncepce multispektrálního m ení, a to m it
zá ení v r zných spektrálních pásmech z jednoho místa:
• sou asn (paralelní m ení) nebo - ádkové resp. maticové snímací systémy
• postupn (sekven ní m ení).
Druhý zp sob lze uplatnit jen tehdy, jestliže se jednotlivými spektrálními
m eními m ené místo nezm ní.
Multispektrální m ení p ístrojem se sekven ním uspo ádáním se provádí z
jednoho místa (stacionární m ení).
2.1.2
Prostorové rozlišení
Prostorové rozlišení poukazuje na rozm r nejmenšího objektu, který m že být
rozlišený detektorem nebo na oblast na zemském povrchu, reprezentovanou
- 10 (115) -
Po izování dat
každým pixelem (nejmenší zobrazovací jednotkou). Je t eba jej posuzovat
zvláš pro fotochemický záznam dat a zvláš pro elektronický záznam dat.
Jako prostorové rozlišení lze také ozna it velikost plochy na zemském
povrchu, jíž odpovídá nam ený údaj. P i sestavování do obrazové podoby jej
p edstavuje základní obrazový prvek (pixel). U fotografických kamer je
rozlišení dáno po tem ar na 1 mm, ze kterého lze odpovídající prostorové
rozlišení odvodit.
Obecn platí, že detailn jší prostorové rozlišení odpovídá nižší hodnot . Nap .
prostorové rozlišení 80 metr je hrubší než 10 metr . Prostorovému rozlišení
na snímku asto odpovídá pojem snímku velkého, resp. malého m ítka. Velké
m ítko náleží v dálkovém pr zkumu snímku, na kterém reprezentuje každý
pixel velkou plochu na zemském povrchu. Malé m ítko pak naopak odpovídá
snímku, na kterém každý pixel reprezentuje velkou plochu na zemském
povrchu. Uvedené terminologie odpovídá významu m ítka na map . Je-li
m ítko menší než 1:250 000 je m ítko snímku malé. M ítko a prostorové
rozlišení nejsou vždy jedno a totéž. Snímek má vždy stejné prostorové
rozlišení, ale m že být prezentovaný v rozdílných m ítkách.
Prostorové rozlišení je v dálkovém pr zkumu popisované také jako okamžité
pole pohledu (instantaneous field of view - IFOV), a koliv není vždy stejné
jako oblast p edstavovaná každým pixelem. IFOV p edstavuje rozm r území,
p ehlédnutého jedním detektorem v daném asovém okamžiku. Nap . senzor
MSS (multispectral scanner) na LANDSAT m l IFOV 79x79 m, ale te byl
p ekrytý pruhem širokým 11,5 m p i každém dalším skanování. Tak je ve
skute nosti rozm r území reprezentovaného jedním pixelem jen 56,5x79 m.
Objekty na zemském povrchu, jejichž plocha je menší než m že senzor
vzhledem ke svým technickým možnostem registrovat, mohou rozeznatelné v
p ípad , že jsou vzhledem ke svému pozadí kontrastní. Proto jsou obvykle
dob e rozeznatelné na v tšin snímk komunika ní systémy a í ní sí .
2.1.3
Radiometrické rozlišení
Radiometrické rozlišení odpovídá pracovnímu pásmu (dynamickému rozsahu,
dynamic range) nebo-li po tu úrovní zaznamenávaného signálu (jinak i po tu
možných hodnot, kterou m že pixel nabývat v každém spektrálním pásmu). Je
závislé na po tu bit , do kterých je registrované elektromagnetické spektrum
d lené (je dán po tem bit A/D p evodníku).
Nap . p i 8-bitovém zápisu se každý pixel m že nacházet v intervalu hodnot od
0 do 255 (28 = 256), které p edstavují 256 úrovní šedi, resp. 256 barev, tzv.
hodnot jasu (brightness values). íselná hodnota pixelu se též ozna uje jako
digital number (DN).
2.1.4
asové rozlišení
asové rozlišení (možnost získávání opakovaných snímk ) odpovídá velikosti
asového intervalu, který uplyne mezi dv ma po sob následujícími
registracemi dat ur ené oblasti. Nap . LANDSAT mohl snímkovat stejné
území jednou za 16 dní, SPOT1 jednou za 3 dny (jde o satelity s polární, resp.
subpolární ob žnou drahou).
- 11 (115) -
asové rozlišení je považované za velmi d ležitý faktor p i studiu zm n na
zemském povrchu (p írodní katastrofy, meteorologie aj.)
2.1.5
Polariza ní rozlišení
Polariza ní rozlišení se týká p evážn studia oboru mikrovlnného zá ení.
2.2
Snímací za ízení
P ístroje registrující elektromagnetické zá ení lze rozd lit na:
a) konve ní (fotografické), které registrují odražené nebo vyslané
elektromagnetické zá ení v pomocí chemických zm n na citlivé fotografické
vrstv . Podle její spektrální citlivosti a podle konstrukce fotografických
p ístroj se pak rozlišují jednotlivé snímkovací metody. Velikost nam ené
zá ivé energie je vyjád ena stupn m z ernání resp. barevností filmu
(papíru). Fotografie vzniká najednou, centrální projekcí a v této podob je
jednozna n analogovým výstupem. Vzhledem k relativn malému rozsahu
citlivosti fotografické vrstvy je možné tyto p ístroje použít p ímo jen pro
registraci viditelného a blízkého infra erveného spektra, cca v rozsahu 0,3 0,9 µm. Za ur itých podmínek lze na citlivou vrstvu registrovat i zá ení
jiných vlnových délek, ale v dálkovém pr zkumu se tyto metody používají
velmi výjime n . Rozlišovací schopnost film je dána p edevším velikostí
zrn sv tlocitlivé vrstvy ( ím citliv jší film tím v tší zrna a tím i nižší
rozlišovací schopnost filmu) a konstrukcí objektivu.
b) nekonven ní (nefotografické), které registrují elektromagnetické zá ení
(nej ast ji v ásti sv telného, tepelného a mikrovlnného zá ení) pomocí
nefotografických opticko - elektronických, resp. opticko - mechanických
za ízení, jako jsou nap . spektroradiometry i radiometry (registrace na
magnetickou pásku a vysílání, resp. p ímé vysílání nam ených údaj )
radary (nap . ve vlnových délkách 0,86 - 3,3 cm) aj. P i nefotografických
zp sobech m ení je energie elektromagnetického zá ení p evád na na
m ení elektrických veli in, tzn. že se využívá tzv. fotoelektrický jev. Ten
se projevuje tím, že zá ení dopadající na n které citlivé materiály (tzv.
detektory) v nich vyvolává m itelné elektrické jevy, zp sobené uvoln ním
elektron z atom . Ú inek je tím siln jší, ím siln jší a delší bylo ozá ení
materiálu. P ístroje této skupiny lze rozd lit na:
•
televizní systémy (nap . Landsat 1,2, TIROS, METEOR aj.)
•
systémy rozkladových snímacích za ízení
•
digitální fotografii
V zásad se používají tyto základní druhy sb ru obrazových informací, jimž
odpovídá i další používané rozd lení p ístrojové techniky (detektor , senzor ):
a) pasívní, které zjiš ují množství odraženého slune ního zá ení nebo množství
vlastního zá ení objektu (sledují charakteristiky p irozených fyzikálních polí),
a to konven ní i nekonven ní.
- 12 (115) -
Po izování dat
b) aktivní, které využívají pro oza ování objektu vlastní zdroj zá ení (sledují
charakteristiky um le buzených polí), jako nap . radarové zobrazující systémy,
lidary, altimetry, skaterometry aj.
Detektory poskytují v zásad informace prostorové, spektrální a informace o
intenzit pole. V takovémto pojetí ovšem dochází k jisté kolizi s v dním
oborem geofyzika, kam jsou geomagnetická, gravimetrická, seismická,
akustická a radiometrická m ení obvykle azena, a mají - alespo v p ípad
leteckého, družicového a mo ského pr zkumu - nepochybn charakter
dálkového snímání.
Obr. 2-1 P ehled detektor fyzikálních polí (p evzato)
2.2.1
Pasivní p ístroje
2.2.1.1 Fotografické komory
Fotografické komory pro dálkový pr zkum lze rozd lit:
a) podle nosi e na letecké a kosmické
b) podle spektrální ší e záb ru na panchromatické a multispektrální
Fotografická za ízení nám jako první zprost edkovala obraz Zem
z kosmického prostoru. P estože je ješt dnes klasický fotografický pr zkum
náplní prakticky všech pilotovaných kosmických let , je stále ast ji
nahrazován digitálními záznamovými jednotkami, by i dosud dávají
fotografické systémy lepší výsledky, co se geometrické rozlišovací schopnosti
tý e.
V kosmickém dálkovém pr zkumu je zna nou nevýhodou fotografických
za ízení kone ná délka fotografických film
fotokomor umíst ných na
družicích a nutnost jejich transportu na Zemi za ú elem jejich zpracování.
- 13 (115) -
asový rozdíl mezi po ízením a vyvoláním snímku se tak m že prodloužit až
na n kolik m síc a jedna z velkých výhod dálkového pr zkumu - operativnost
- je tak významn degradována. Velmi významn se teka omezuje použití
fotografických snímk v oblasti monitorování. Filmový materiál má i p es adu
zlepšení omezený spektrální rozsah. Další nevýhodou je nestejná kvalita
filmového materiálu, jejich zpracování, obtížná duplikace a archivování.
Mezi nesporné výhody nasazení fotografických p ístroj v dálkovém pr zkumu
Zem pat í již zmín ná vysoká geometrická rozlišovací schopnost. P edevším
panchromatické snímky jsou tak p ímo p edur eny pro mapovací práce.
Dalšími výhodami jsou relativní technická jednoduchost fotografických
za ízení, omezená, ale jednodušší možnost geometrických korekcí a
dlouhodobé zkušenosti p i zpracovávání fotografických dat.
Fotografické snímky jsou po izovány bu
speciálními fotografickými
družicemi, nebo p i pilotovaných kosmických letech, zejména z orbitálních
stanic. Neuvažujeme-li špionážní družice (Discoverer, Samos, USA xx,
Kosmos aj.), je pro dálkový pr zkum využíváno fotografických technologií
p edevším v Rusku (pilotované orbitální komplexy Saljut, Mir). Americkou
stranu zastupuje v tomto sm ru pouze fotografický komplex na stanici
SKYLAB a speciální fotografický program u vybraných let raketoplán
Space Shuttle.
Letecký fotografický dálkový pr zkum Zem používá letecké fotografické
komory, které jsou nasazovány pro speciální snímkovací práce a práce plošn
menšího rozsahu.
Pro monitorovací ú ely se používaly panoramatické komory nebo komory
zobrazující celý pás území (strip camera), kdy byl posun filmu slad n
s rychlostí letu letadlového nosi e.
- 14 (115) -
Po izování dat
Obr. 2-2 Významné fotografické komory v dálkovém pr zkumu
Ozna ení
LFC
Nosi
Ohnisková
vzdálenost
(mm)
Space Shuttle 305
STS 41G
Výroba Rozlišovací
schopnost
(m)
USA
11-22
Záb r
(km)
Spektrální pásma Poznámka
(µm)
23x46 235
375
180x360
285x570
PAN
Film
(cm)
h
(m)
RMK
A Space Shuttle 305
Spacelab-1
30/23
MKF-6M
Sojuz-22,
125
Saljut,
Mir
SRN
20
23x23 250
190x190
PAN
DDR
12-25
5,5x8
120x160
180x240
MSK-4
125
DDR
125
DDR
6
5,5x8
Rusko
Rusko
60
30
5
10
18x18 250
18x18 (400)
30x30
30x45 250
270x270
180x180
60x60
200x300
0,46-0,50 / 0,520,56
0,58-0,62 / 0,640,68
0,70-0,74 / 0,790,89
4
vybrané
komory z MKF
4
vybrané
komory z MKF
(3+1PAN)
0,4-0,6
0,6-0,7
0,7-0,85
PAN
Rusko
2
40x40
Rusko
4-7
18x18 250
400
30x30 250
80x80
0,5-0,6
0,68-0,81
0,57-0,81
Rusko
2
30x30 250
21x21
PAN
MK-4
KATE
letecká
varianta
Kosmos,
Resurs-F
Saljut, Mir, 140
Resurs-F
200
1010
TK-350
Spin-2,
350
Kosmos
KVR-1000 Spin-2,
1000
Kosmos, Mir
KFA-1000 Kosmos,
1000
Resur-F
KFA-3000 Kosmos,
3000
Resur-F
250
400
5,5x8
- 15 (115) -
250 160x160
(400)
stereo,
kompenzace
pohybu, reseau
stereo
kompenzace
pohybu
náklonem
kompenzace
kompenzace
1:1500000
1:1000000
1:200000
stereo
stereo,
spektrozonální
Ozna ení
Nosi
Výroba Rozlišovací
schopnost
(m)
USA
60-140
Film
(cm)
h
(m)
Záb r
(km)
Spektrální pásma Poznámka
(µm)
S 190A
Ohnisková
vzdálenost
(mm)
EREP Skylab 150
7x7
435
163x163
S 190B
EREP Skylab 460
USA
435
163x163
Hasselblad
500EL
ru ní,
pilotované
kosmické
lety aj.
Švédsko 50-125
11,411,4
6x6
0,5-0,6 / 0,6-0,7
0,7-0,8 / 0,8-0,9
0,5-0,88 / 0,4-0,7
PAN
250
400
podle
výšky
letu
80
15-30
- 16 (115) -
film PAN, IR,
barevný
1:2860000
1:948500,
kompenzace
PAN
nebo ty násobný
multispektrální
záv s
Po izování dat
2.2.1.2 Televizní systémy
Televizní technika byla použita pro dálkový pr zkum spolu s fotografií již od
po átk kosmické éry. První praktické využití je datováno rokem 1960 v
souvislosti se startem první meteorologické družice TIROS-1. Rozlišovací
schopnost prvních televizních systém byla velmi malá, nap . u družice
NIMBUS obsahoval snímek 800 ádek, tj. p i výšce letu 1400 km inila cca 3
km.
Nejv tší rozší ení televizních systém nastalo v 70. letech 20. století.
Obr. 2-3 Televizní systémy
Nosi
f(mm)
Meteor
Molnija
Tiros
ESSA
Nimbus
Landsat 1,2 RBV
Landsat 3 RBV
16
20
9
25
17
126
250
Rozlišovací
schopnost v km
1,26 - 4
60
3
3,25
2
0,06 - 0,12
0,025
Záb r v km
h (km)
940 - 1400
polokoule
725
1500 - 3000
2500
185
183
620 - 890
30 000
590 - 970
1330 - 1510
1070 - 1180
900 - 920
900 - 920
V sou asné dob se pro dálkový pr zkum používají z televizní techniky hlavn
termovizní kamery umíst né na letadlech nebo vrtulnících, nap . pro sledování
tepelného zne išt ní ek.
Nejpoužívan jším typem televizních kamer se staly vidikonové kamery RBV
(Return Beam Vidicon). Kamery se skládal z objektivu s uzáv rkou a filtrem,
dále z obrazové desky, citlivé na sv tlo a pam ové polovodi ové desky, která
je snímána elektronovým paprskem. Odražený paprsek nese obrazovou
informaci, dále se zpracuje a jako videosignál se zapisuje na magnetickou
pásku, p ípadn se p ímo vysílá v reálném ase. Kamery RBV v
multispektrální sestav s p ed azenými vymezujícími filtry byly užity u družic
Landsat 1 a 2. Celkem 3 kamery pracovaly v pásmech 0,475 - 0,575 µm, 0,580
- 0,680 µm a 0,690 - 0,830 µm.
Kamery byly orientovány na stejné místo na Zemi a zaznamenávaly p i výšce
letu 915 km území 185 x 185 km v m ítku 1:725 000 s rozlišovací schopností
79 m. Užite ná plocha zobrazujících vidikonových desek byla 25 x 25 mm a z
d vod zpracování a odstran ní geometrického zkreslení obsahovala zárove
se ty mi rámovými zna kami i 9 x 9 m ížkových (reseau) bod . Obraz se
rozkládal na matici 4124 x 4500 bod . Snímky v ad se p ekrývaly (10 %),
exponování se provád lo po kroku 25 s v délce 4 - 16 ms podle sv telných
podmínek, snímání obrazu trvalo až 3,5 s. Díky krátké expozici nebylo t eba
korigovat u snímk smaz zp sobený pohybem nosi e b hem expozice. RBV
systém u Landsatu 1 vyslal pouze 1690 snímk a pak byl pro poruchu
odstaven.
Modifikovaný RBV byl použit na Landsatu 3. Za ízení bylo tvo eno dv ma
panchromatickými RBV kamerami, pracujícími v oboru 0,505 - 0,75 µm.
Kamery byly sestaveny tak, že každá zabírala 98 km a záb ry na sebe
- 17 (115) -
navazovaly s p ekrytem 13 km a vytvá ely snímek 183 x 98 km. Díky
dvojnásobné ohniskové vzdálenosti a zkrácení expozice p i odstran ní
spektrálních filtr se dosáhlo rozlišovací schopnosti 25 m. Zachycená obrazová
data byla na Zemi zpracovávána standardn v m ítku 1:1000 000 jako snímky
p ibližn 23 x 23 cm.
Vylepšeným systémem byl AVCS (Advanced Vidicon Camera System).
Pro monitorování a rekognoska ní práce se využívá standardních videokamer,
p ípadn za ízení složených z videokamery, GPS p ijíma e a záznamového
za ízení. Takové za ízení umož uje referencovat data do územních
informa ních systém .
Fototelevizní systémy m ly odstranit nevýhody televizního snímkování, hlavn
špatnou geometrickou a radiometrickou kvalitu dat, zlepšit geometrickou
rozlišovací schopnost a odstranit nutnost transportu exponovaných film na
Zemi. Snímky zhotovené na palub družice byly okamžit vyvolány a pomocí
televizní kamery a p enosové techniky byla data dopravena na Zemi. I zde je
provoz snímkovacího systému omezen zásobou filmu a p ipo teme-li složitost
celého systému, je zjevné, pro byl používán jen velmi krátkou dobu. Využíván
byl hlavn u družic, které nemohly zajistit transport filmu na Zemi, nap . u
družic Luna 3 a Zond 3, které snímkovaly odvrácenou stranu M síce nebo u
družic Lunar Orbiter, které snímkovaly detailn m sí ní povrch. Jiné využití
této metody se našlo ve vojenské oblasti,kde byl zájem o co nejrychlejší
získání dat. Obdobná technika, založená na tení vyvolaného snímku laserem a
kódování p enosovým za ízením byla využita nap . u americké špionážní
družice Big Bird, jejíž váha dosahovala 14t a ekvivalentní ohnisková délka
optického systému byla až 11 m. Odhadovaná rozlišovací schopnost inila
p ibližn 20 cm.
Digitální televizní systémy obsahují prvky CCD (Charge Coupled Device).
Jedná se o mikroelektronické k emíkové ipy, detekující elektromagnetické
zá ení a p evád jící ho na nap ový signál. CCD bývají ve form ádky nebo
matice a po izují sekvenci digitálních snímk , které se p evád jí na analogový
videosignál a nahrávají na videomagnetofon nebo se p ímo vysílají. V p ípad ,
že obraz je zaznamenáván v p vodní digitální podob , jedná se v podstat o
elektronický skener.
2.2.1.3 Radiometry
Radiometry jsou d ležitou sou ástí aparatur hlavn u meteorologických družic.
Na družicích se objevily již v 60. letech (nap . Kosmos 243 vypušt ný v roce
1968 nesl soubor 13 multifrekven ních pasivních radiometr , stanice Skylab
v roce 1973 mikrovlnný radiometr aj.). Soubory radiometr zam ené na r zné
experimenty jsou na všech družicích pro meteorologii nebo na družicích pro
globální monitorování Zem .
Radiometry jsou také základem všech snímacích rozkladových za ízení
(skener ). Jedná se o p ístroje na m ení množství odraženého nebo
emitovaného elektromagnetického zá ení m í radiaci z ur ité elementární
plochy zemského povrchu v ur itém intervalu spektra.
Snímání radiometry s možností záznamu je možné teoreticky od „gama" zá ení
až po dlouhovlnné radiové vlny. Pracují obvykle na multispektrálním principu.
- 18 (115) -
Po izování dat
Zá ení vstupuje do radiometru optickým systémem, který je sestaven z o ek a
zrcadel. Vymezení spektrálního intervalu m ených vlnových délek se d je
pomocí spektrálního d li e. Vyseparovaná ást elektromagnetického zá ení
pak dopadá na detektor, který je vyroben z takové látky, která m ní sv j
elektrický odpor v závislosti na absorbované elektromagnetické energii. Tato
vlastnost se projeví zm nou elektrického nap tí nebo proudu v obvodu, jehož
sou ástí je použitý detektor.
Zm na elektrické veli iny je následn zesílena p edzesilova em a upravena do
podoby pot ebné k další manipulaci.
Základní vztah mezi dopadajícím tokem zá ení Φ a velikostí výstupní
elektrické veli iny (nap . nap tím) V radiometru vyjad uje odezva
R=
(V − VN )
∆V
=
∆Φ (Φ − Φ N )
Odezva udává, o kolik se zm ní výstupní elektrická veli ina p i zm n
velikosti toku o ∆Φ. Zm na radia ní energie je vždy m itelná až od jisté
mezní velikosti toku ΦN. Je to tok, který je stejn veliký jako je tok zá ení
produkovaný prvky radiometru a jenž se nazývá vnit ní šum p ístroje. Této
hodnot toku odpovídá na výstupu i jistá velikost elektrické veli iny VN.
P evrácená hodnota vnit ního šumu je
D=
1
ΦN
Nazývá se citlivost p ístroje a její rozm r je W-1.
Na druhé stran je radiometr zpravidla schopen reagovat na zm ny zá ivého
toku jen do ur ité maximální hodnoty Φmax. Pokud zá ivý tok hodnotu Φmax
p esáhne, zm na elektrických vlastností detektoru je bu podstatn menší,
nebo v bec žádná. Radiometr pak udává jen hodnotu Vmax odpovídající toku
Φmax.
Radiometr se užívá p i podp rném pozemním m ení nebo na leteckých i
kosmických nosi ích. Všeobecn slouží k pr zkumu atmosféry,oceán a
rozložení teploty na zemském povrchu. V tšinou se konstruují jako trasové
infra ervené nebo mikrovlnné multispektrální radiometry. Soubory radiometr
zam ené na r zné experimenty jsou na všech družicích pro meteorologii nebo
na družicích pro globální monitorování Zem . Cílem jejich m ení je obvykle
ur ení absolutní odrazivosti zemského povrchu p i sou asném m ení
parametr atmosféry. Nap . družice Kosmos 243 (1968) nesla soubor 13
multifrekven ních pasivních radiometr , kosmická stanice Skylab (1973)
pasivní mikrovlnný radiometr, aktivní skaterometr a aktivní altimetr aj.
Velikost zá ivého toku dopadajícího do radiometru je omezena zorným polem
p ístroje, ili velikosti prostorového úhlu, z n hož zá ení do radiometru
dopadá. Bude-li optický systém p edstavován objektivem o polom ru ra
s ohniskovou vzdáleností f, v níž je umíst n detektor, m žeme velikost zorného
pole vyjád it úhlem
β = 2.arctg
- 19 (115) -
rd
,
f
kde rd je polom r detektoru.
Pokud bude radiometr zamí en kolmo k zemskému povrchu ze vzdálenosti h,
vymezí zorné pole na zemském povrchu plochu o polom ru r:
r = h.tg
β
2
,
jehož velikost je:
P = πr 2 = πh 2tg 2
β
2
Tato velikost ur uje plochu jednoho m ení radiometru, ili prostorové
rozlišení radiometru. Jedná se o velikost jednoho pixelu. Prostorový úhel Ω,
který udává prostorové zorné pole radiometru , je potom ur en podílem:
Ω=
P
β
= π .tg 2
2
h
2
Velikost zá ivé energie, která bude radiometrem m ena, bude ur ena velikost
L zá e plochy P, do jejíž celkové velikosti p ispívá každá elementární ploška
dP uvnit plochy P zá í LdP.
LdP =
d 2Φ
dP.dΩ
cos Θ
takže
d 2 Φ = LdP cos Θ.dP.dΩ
Velikost plochy dP vyjád ená v polárních sou adnicích je:
dP = r.dφ .dr
Protože:
r = h.tgΘ
je:
dr =
h
dΘ
cos 2 Θ
a
dP = h.
sin Θ
.dφ .dΘ
cos3 Θ
Velikost prostorového úhlu dΩ ur íme podílem projek ní plochy objektivu
A.cos Θ ke tverci vzdálenosti elementu dP od p ístroje
dΩ = A.
cos Θ
h
cos Θ
2
= A.
cos 3 Θ
h2
Dosadíme-li výrazy pro dP a dΩ do vzorce pro výpo et velikosti zá ivé
energie, pak získáme velikost celkového toku m eného radiometrem:
- 20 (115) -
Po izování dat
β
Φ=
2 2π
L(Θ, φ ) cos Θ. sin Θ.dφ .dΘ
0 0
Pokud je zá konstantní po celé ploše P, je integrál roven:
Φ = π . A.L. sin 2
β
2
Zá ivý tok dopadající do radiometru nezávisí na vzdálenosti od zdroje zá ení,
ale jen na parametrech samotného radiometru, a to na ploše objektivu A a
zorném úhlu β.
Optické radiometry umíst né na družici mají zorné pole vesm s se zorným
úhlem β menším než 1°. Protože u t chto malých úhl lze použít
aproxima ního vztahu sinx = x, m žeme výraz pro velikost zá ivého toku
vstupujícího do radiometru zjednodušit na:
Φ=
π
4
. A.L.β 2
Bude-li zá ivý tok malý, m že ležet ješt pod prahem vnit ního šumu
radiometru ΦN. Na detektor bude dopadat více zá ivé energie, jestliže se zv tší
zorné pole. To má ale za následek zv tšení plochy P a tedy zhoršení prostorové
rozlišovací schopnosti. Proto je také m ení zá ení Slunce a Zem provád no s
podstatn v tší velikostí pixelu v oboru tepelného a ješt více mikrovlnného
zá ení.
Každé radiometrické m ení je provád no v ur itém spektrálním intervalu v
rozmezí vlnových délek λ1 až λ2, které je vymezeno spektrálním d li em nebo
p ímo materiálem detektoru. V tomto intervalu se tok m ní v závislosti na
vlnové délce podle funkce Φ(λ). Celkový tok, který na detektor dopadá je:
λ2
Φ = Φ(λ ).dλ
λ1
Spektrální interval je vymezen spektrálním d li em nebo p ímo materiálem
detektoru s propustností také obecn závisející na vlnové délce a popsaná
funkcí T(λ). Celkový m ený tok pak bude:
λ2
Φ = Φ(λ ).T (λ ).dλ
λ1
S uvážením spektrální závislosti odezvy pak získáme pro velikost výstupního
nap tí:
λ2
V = R(λ ).Φ(λ ).T (λ ).dλ
λ1
V prvním p iblížení m žeme tento integrál nahradit sou inem pr m rných
hodnot funkcí v intervalu ∆λ:
V = R∆λ .Φ ∆λ .T∆λ .∆λ
- 21 (115) -
Jestliže do tohoto vztahu dosadíme za Φ∆λ velikost zá ivé energie p i
konstantní plošné zá i a všechny p ístrojové parametry vyjád íme jako
celkovou konstantu odezvy celého systému RS, m žeme vztah mezi m eném
objektem a získanou elektrickou veli inou vyjád it jednoduchým sou inem:
V = L`⋅Rs ,
kde L´= L∆λ∆λ je celková pr m rná zá m ené plochy v daném spektrálním
intervalu ∆λ.
Z posledních dvou rovnic vyplývá d ležitost ší ky spektrálního intervalu
∆λ pro celý výsledek. P i m ení v širokém spektrálním pásmu mohou být pro
dva r zné objekty reprezentované r znými spektrálními toky 1( ) a
2( )nam eny stejné výstupní signály V1 = V2. Na druhé stran vhodn
zvolený úzký filtr m že tytéž objekty od sebe odlišit. Proto je t eba postupovat
velmi opatrn p i srovnávání hodnot nam ených radiometry s r znou
spektrální rozlišovací schopností. Po et spektrálních kanál u radiometr stále
roste, i když je na druhé stran omezován nutností zaznamenávat stále v tší
objemy dat.
Sou asné radiometry jsou schopny m it zá ivou energii paraleln nebo
sekven n pro v tší po et spektrálních kanál širokých jen n kolik nanometr
(multispektrální m ení). Tyto p ístroje se ozna ují jako hyperspektrální
radiometry, resp. spektroradiommetry.
Zp soby, kterými se dosáhne vymezení ur itého spektrálního pásma, se liší
podle druhu spektrálního d li e. Pro radiometry ur ené k dálkovému
pr zkumu se z d vodu nižší poruchovosti uplat uje rozklad zá ení hranolem
nebo disperzní m ížkou (odraz nebo lom) a vymezení vlnového intervalu
optickými filtry. Ú inná separace zá ení podle vlnových délek závisí u hranolu
na optických vlastnostech materiálu (index lomu), ze kterého je vytvo en a na
velikosti jeho vrcholového úhlu. Využívá se p itom vlastnosti, že úhel lomu je
závislý na vlnové délce. Zá ení r zných vlnových délek se proto láme pod
r zným úhlem a vystupuje z hranolu na r zných místech. Disperzní schopnost
materiálu a tedy prostorový odstup lomených paprsk s r znou vlnovou délkou
není stejný, nýbrž je nep ímo úm rný vlnové délce. Pr b h této závislosti je
pro r zné materiály zna n odlišný. Proto se pro pokrytí širokého spektrálního
oboru musí použít n kolik hranol z r zných materiál . Po et spektrálních
pásem závisí také na velikosti vstupního objektivu, tedy i na velikosti zorného
pole.
V tšího prostorového odstupu zá ení r zných vlnových délek, a tím i lepší
spektrální rozlišovací schopnosti, lze dosáhnout použitím disperzní m ížky.
Využívá stejného principu jako hranol, m že rozkládat dopadající zá ení bu
odrazem nebo lomem. Separa ní schopnost je ur ena hustotou vryp m ížky a
úhlem dopadu zá ení. Pro zá ení dopadající ve sm ru místní normály je tato
schopnost m ížky dána vztahem:
dΘ
k
=
dλ l ⋅ cos Θ
kde Θ je úhel lomu, λ vlnová délka, k ád spektra a l vzdálenost dvou
sousedních vryp na m ížce. Podobn jako u hranolu, je i spektrální rozlišení
disperzní m ížky závisí na úhlové velikosti vstupní apertury. Pro první ád
- 22 (115) -
Po izování dat
spektra a paprsek dopadající kolmo na rovinu m ížky je závislost mezi zorným
polem objektivu Ω a spektrální rozlišovací schopností dána vztahem
∆λ = l ⋅ Ω
Nap . radiometr s okamžitým zorným polem β = 2 mrad, který má jako
spektrální d li m ížku se vzdáleností otvor l = 10-5 m, m že m it zá ení se
spektrálním rozlišením nejvíce ∆λ = 2.10-8 m, tj. 20 nm.
asto používaným spektrálním d li em jsou optické filtry, které rozd lujeme
podle principu jejich interakce se zá ením na:
• absorp ní, které jsou vyráb ny z p írodních materiál (germanium, k emík),
obarvených skel, nebo z um lých hmot, jež pohlcují zá ení ur itých
vlnových délek,
• interferen ní, které jsou složeny z n kolika vrstev dielektrika nanesených na
vhodné podložce. Na rozhraní vrstev dochází k interferenci, jejímž
výsledkem je to, že filtr propustí pouze zá ení v p edem ur eném
spektrálním intervalu. Protože vlnová délka propušt ného zá ení je závislá
jen na tlouš ce jednotlivých vrstev, je možné na jedné podložce m nit
tlouš ku interferen ní vrstvy, a tak na ni umístit n kolik filtr . Efektivní je
kruhový filtr, jehož tlouš ka je podél obvodu kruhu prom nná. R znému
intervalu vlnových délek propušt ného zá ení odpovídá jiné úhlové nato ení
filtru p ed detektorem.
V tšina použitých spektrálních d li (p edevším pak interferen ní filtry a
m ížky) vyžaduje dodate né filtry na odstran ní zá ení vyšších harmonických
frekvencí.
Jednoduchým za ízením na vymezení ur itého vlnového oboru jsou
polopropustná zrcadla. Takové zrcadlo odráží z ur itého intervalu vlnových
délek, zatímco z ostatních propouští. Polopropustných zrcadel se používá
nej ast ji pro separaci infra erveného zá ení od zá ení viditelného.
Jestliže se multispektrální m ení provádí sekven n , posta í vybavit radiometr
jedním detektorem, na který postupn dopadá zá ení r zných vlnových délek.
Toho se dosáhne nap . otá ením hranolu nebo m ížky nebo vým nnou filtru
p ed detektorem. Pro praktické aplikace je však t eba provád t m ení
paralelní. To vyžaduje, aby do každého místa, kam ze spektrálního d li e
vystupuje zá ení požadovaných vlnových délek, byl umíst n detektor. Každý
spektrální kanál má sv j detektor. Takové uspo ádání je konstruk n
náro n jší, ale spolehliv jší, nebo neobsahuje žádnou pohyblivou ást.
Výsledná spektrální oblast, v níž radiometr pracuje, je vedle parametr
spektrálního d li e ovlivn na i spektrálními charakteristikami ostatních
optických prvk a vlastnostmi detektoru.
Základní charakteristiky, ú el aj. u všech radiometr velmi významn ovliv ují
detektory ( idla), která registrují intenzitu dopadajícího zá ení a transformují ji
na m itelnou elektricko hodnotu. Základní vlastností detektoru je jeho
schopnost reagovat na zá ivou energii dopadajícího zá ení. Zatímco u
filmového materiálu je touto reakcí zm na chemického složení citlivé vrstvy
filmu, u detektoru se vlivem absorbované zá ivé energie m ní jeho elektrická
vodivost. Energie p edaná jedním absorbovaným fotonem je:
- 23 (115) -
Q=h
c
λ
kde h je Planckova konstanta, c rychlost sv tla ve vakuu a λ vlnová délka
zá ení. Pokud je zá ení tvo eno proudem N foton za sekundu, bude tok zá ení
Φ = NQ . K dosažení stejné hodnoty toku je u dlouhovlnného zá ení zapot ebí
v tšího po tu foton , než v p ípad zá ení s kratší vlnovou délkou.
Podle zp sobu, jakým detektor reaguje na zm nu intenzity zp sobené zm nou
po tu absorbovaných foton anebo zm nou jejich energie (vlnové délky) se
detektory d lí do dvou hlavních skupin, a to:
a) detektory prvního typu (tepelné) reagují zm nou teploty na zm nu
absorbované energie. Zm na teploty detektoru pak následn zp sobuje zm nu
jeho elektrických vlastností, p evážn pak zm nu jeho vnit ního odporu. Vzr st
teploty o ∆T zp sobený zá ivým tokem Φ je ur en teplotní vodivostí cT a
teplotním odporem RT materiálu detektoru podle vztahu
Φ = cr
d (∆t ) ∆t
+
dt
RT
Je známo n kolik druh tepelných detektor :
• bolometry - jsou vybaveny matriálem, který m ní sv j vnit ní odpor v
závislosti na teplot
• termistory - m í termoelektrickou sílu, která vzniká na spoji dvou vodiv
spojených látek, obvykle oxid kov (mangan, kobalt, nikl), z nichž jedna je
vystavena dopadajícímu zá ení a druhá je stín na,
• pyroelektrické detektory - jsou tvo eny krystaly speciálních látek, v nichž
dochází vlivem teploty k produkci povrchového náboje a tím ke zm n
vnit ního odporu (nap . krystaly z tantalu lithného aj.)
b) detektory druhého typu (fotonové1) reagují na zm ny zá ivého toku
rychleji než detektory tepelné, a proto se v dálkovém pr zkumu používají
ast ji. Jejich funkce je založena na p ímém p sobení dopadajících foton na
elektrony polovodi ového materiálu. Jeho vodivost závisí na po tu volných
elektron ve vodivostní zón . Tento po et lze zvýšit excitací valen ních
elektron v materiálu detektoru fotonem dopadajícího zá ení. K vyvolání
tohoto jevu je t eba, aby energie fotonu Q byla v tší než je pot ebná excita ní
energie Qex, ili aby platilo:
Q=h
c
λ
≥h
c
λex
= Qm
Každý fotonový detektor reaguje jen na zá ení, jehož vlnová délka je menší než
ur itá mezní hodnota (λmax neboli tzv. bod zvratu), která je specifická pro
materiál, z n hož je vyroben. Zm na vodivosti fotonového detektoru je závislá
jak na toku zá ení, tak na po tu absorbovaných foton s energií Q>Qex. Na
1
Foton - elementární ástice, nejmenší kvantum elektrommagnetického vln ní kmito tu ν,
které m že být vyzá eno nebo pohlceno. Energie foton je h(Planckova konstanta).ν. Klidová
hmotnost je 0, pohybuje se rychlostí sv tla.
- 24 (115) -
Po izování dat
rozdíl od tepelného detektoru je funkce fotonového detektoru závislá na vlnové
délce m eného zá ení. Reakce detektoru se zv tšuje s vlnovou délkou zá ení
až k bodu zvratu (λ = λmax). Na zá ení v tších vlnových délek již detektor
nereaguje. Nap . polovodi e k emík a germanium mají bod zvratu 1,1 µm,
síran olovnatý (PbS) 2,9 µm, trojné slou eniny teluridu rtuti a kadmia v
závislosti na pom ru složek ve slou enin 1 - 30 µm aj. Hrani ní vlnové délky
istých polovodi lze posunout do delších hodnot p idáním vhodných p ím sí,
které podpo í uvoln ní valen ních elektron menší energií. Do krystalu
germania se z tohoto d vodu p idává rtu , do k emíkových krystal se p idává
m , brom, hliník, fosfor, cín nebo arzen. Hranice m itelných vlnových délek
se u t chto detektor pohybuje v rozmezí od 16 µm do 30 µm.
Ne každý foton pot ebné energie však vyprodukuje volný elektron. Po et
elektron p ipadající v pr m ru na jeden foton vyjad uje kvantová ú innost η,
která je vždy menší než 1.
Fotonové polovodi e mají kvantovou ú innost velmi vysokou - blízkou jedné.
P i vytvo ení potenciálního spádu protéká detektorem proud
I = η ⋅e⋅ N
kde e je náboj elektronu a N etnost absorbovaných foton .
P i m ení tepelného zá ení je t eba po ítat s tím, že detektory budou reagovat i
na zá ení produkované samotným detektorem a dalším materiálem
nacházejícím se v jeho bezprost ední blízkosti. Snížení intenzity tohoto
vlastního tepelného zá ení se dosahuje chlazením detektor . Stupe chlazení je
závislý na bodu zvratu každého použitého polovodi e. P i pokojové teplot
mohou pracovat detektory s hrani ní vlnovou délkou menší než 3 µm, p i
m ení ve vlnových délkách 4 - 5µm by nem la teplota detektor p esáhnout
teplotu suchého ledu, tj. 195°K a v pásmu 8 - 14µm je t eba jejich teplotu
udržovat na hodnot kapalného dusíku (77°K) a pro vyšší vlnové délky až na
hodnot bodu varu helia (4,2°K).
Kvalita detektor a jejich vhodnost pro použití v ur itém m ení se ur uje
podle jejich kvantitativních charakteristik. Pat í mezi n :
• spektrální citlivost
•
asová konstanta
• detek ní schopnost
Spektrální citlivost vyjad uje vztah mezi velikostí výstupního elektrického
signálu a vlnovou délkou dopadajícího zá ení. Podle pr b hu této závislosti se
detektory rozd lují na selektivní (nap . fotonové), které reagují pouze na
vlnové délky ur itých hodnot a na neselektivní, jejichž reakce je na délce vlny
nezávislá (nap . tepelné detektory).
asová konstanta τ je definována jako doba od za átku oza ování detektoru
do okamžiku, kdy výstupní signál dosáhl úrovn 1/e nebo-li 63% kone né
hodnoty. Jedná se tedy o rychlost, s jakou reaguje detektor na dopadající zá ení
odpovídající rychlostí nár stu výstupního signálu. Tepelné detektory mají
zna nou setrva nost, a proto jsou jejich asové konstanty velmi dlouhé (od
milisekund až po n kolik sekund). asová konstanta fotonových detektor se
- 25 (115) -
pohybuje v rozmezí mikrosekud až nanosekund. asová konstanta udává,
jakou maximální frekvenci zm ny zá ivého toku je detektor schopen
zaznamenat a tedy i horní hranici pro frekvenci fe, s jakou je možné ode ítat
výstupní hodnoty. Pokud bude tato frekvence rovna hodnot 1/τ, bude výstupní
amplituda nižší o 2 db než maximální amplituda odpovídající dopadajícímu
zá ivému toku. Frekvence fe udává ší ku pásma s jakou pracuje elektronika
radiometru a je obvykle dvakrát až t ikrát nižší než je velikost 1/τ.
Jinou dynamickou vlastností detektoru je asová nezávislost odezvy. Jejím
zvláštním projevem je pokles úrovn výstupního signálu p i konstantní hodnot
zá ivého toku. Zejména detektory pracující v oboru zá ení s vlnovou délkou
delší než 1 µm nejsou dostate n stabilní. Pro snížení vlivu nedostate né
stability detektoru se konstrukce radiometru rozši uje o tzv. p erušova . Ten
v pravidelných intervalech p erušuje paprsek zá ení dopadajícího do
radiometru a na detektor. Zá ení je tedy m eno jen v krátkých asových
úsecích. Na zm ny ve výstupním signálu b hem tohoto intervalu není brán
z etel a za kone nou hodnotu se bere pr m rná hodnota nap tí. P erušova je
obvykle vytvo en ozubeným kolem, které p i otá ení zasti uje obvodovými
zuby chod paprsku dopadajícího zá ení. Rozm ry zub a rychlostí otá ení
p erušova e je dána i frekvence f, kterou je vlastn vstupní zá ení modulováno.
P erušování vstupního zá ení lze využít i ke zlepšení šumových vlastností
elektroniky radiometru. Frekvence p erušova e f se m že volit tak, aby byly
potla eny efekty celkové stability p i nízkých frekvencích zm n v intenzit
dopadajícího zá ení. Stejn tak lze frekvenci f p izp sobit asovým
charakteristikám detektoru a ode ítacím i záznamovým obvod m.
P erušova se používá p evážn u radiometr na m ení infra erveného zá ení.
V t chto p ípadech se p erušova e využívá i ke kalibraci. Poloha kola
p erušova e se volí tak, aby p i zastín ní dopadajícího zá ení bylo do zorného
pole detektoru p ivedeno zá ení od infra erveného standardu. V signálu na
výstupu se pak st ídají hodnoty odpovídající m ení objektu a standardu.
Detek ní schopnost radiometru je jeho schopnost m it nízké hodnoty
zá ivého toku. V každém detektoru dochází k nahodilým zm nám elektrického
signálu na jeho výstupu v d sledku vnit ních náhodných zm n elektrického
proudu a vodivosti detektoru. T mto signál m s náhodnou amplitudou i
frekvencí se íká šumy. Vlastní šum detektoru tak p ímo ur uje minimální tok
zá ení, který je možné detektorem zaznamenat. Jeho velikost je nep ímo
úm rná kvalit detektoru.
K porovnání šumu dvou detektor je pot ebné znát podmínky, za nichž byla
hodnota zjišt na. Obvykle se udává pro danou vlnovou délku, modula ní
frekvenci p erušova e, plochu detektoru nebo jeho teplotu, ší ku frekven ního
pásma elektroniky a v n kterých p ípadech i pro dané zorné pole. Zm na
každého z t chto parametr m že zp sobit výraznou zm nu vlastního šumu
detektoru. Proto se detek ní schopnost detektoru udává parametrem D*, který
není závislý na ploše detektoru Ad a frekvenci ode tu fe:
D * (λ , f ) = Ad
fe
N (λ )
kde λ je vlnová délka, f je frekvence p erušova e a N(λ) je vlastní šum
detektoru. Rozm r detek ní schopnosti je cm.Hz1/2.W-1.
- 26 (115) -
Po izování dat
Pokud šum detektoru nezávisí na ploše detektoru, nebo jeho závislost na
frekvenci není vyrovnaná, není parametr D* invariantní, takže jím nelze idlo
charakterizovat. Pokud však D* lze použít jako kvalitativní popis detektoru,
umož uje jeho velikost stanovit plochu detektoru a tím i vstupní optiky pro
p edpokládanou frekvenci ode tu výstupního signálu a požadovanou úrove
šumu.
Obr. 2-4 Technické parametry n kterých detektor
Detektor
GaAs
Ga1-xInxAs
Si
PbO
PbS
InAs
InSb
Hg0,6Cd0,4Te
Hg0,7Cd0,3Te
HgxCd1-xTe
PbxSn1-xTe
Ge(Hg)
Ge(Cd)
Ge(Zn)
Si(As,B,Ga,Sb)
Spektrální rozsah
v µm
0,3 – 0,9
0,3 - 1,1
0,3 - 1,2
0,38 - 0,7
0,5 - 3
1-3
1-5
1-5
3-8
8 - 14
8 - 14
2 - 14
2 - 23
2 - 40
2 - 19
D*
t (sec)
Provozní teplota
η= 0,47
η= 0,13
R=6
R=0,12
1011
3.10
5.1010
2.1011
8.1010
1010
1010
3.1010
1010
1010
1010
10-9
10-9
10-9
0,3
10-3
10-6
10-6
5. 10-7
5. 10-7
5. 10-7
5. 10-7
10-9
10-9
10-9
10-9
pokojová
pokojová
pokojová
pokojová
pokojová
pokojová
77°K
77°K
77°K
77°K
77°K
5°K
5°K
5°K
5°K
Velikost odezvy detektoru nemusí být v celém rozsahu m ených hodnot
zá ivého toku (ΦN,Φmax) konstantní, m ní se i v závislosti na vlnové délce. Aby
bylo možné jednozna n p i adit velikostem nam ené elektrické veli iny
odpovídající hodnotu zá ivého toku, je t eba p edem pro každý detektor
zpracovat kalibra ní vztah, a to pro celý rozsah aktuálních vlnových délek.
Kalibra ní vztah je zapot ebí pro kvantitativní vyhodnocení m ení znát
v absolutních veli inách. Pro jeho získání se provádí b hem záznamu dat
kalibrace detek ního systému. Zp soby kalibrace se v r zných p ístrojích
r zní, protože jsou ovlivn ny adou charakteristik jednotlivých ástí. Technika
p i azení absolutní veli iny m enému signálu je rovn ž závislá na vlnové
délce m eného zá ení. O kalibraci v pravém smyslu slova se dá hovo it pouze
u tepelných detektor . U m ení odraženého zá ení se spíše než kalibrace
provádí srovnávání konkrétního detektoru s jistým standardem, který m že být
uložen mimo detektor, ast ji se provádí tzv. vnit ní kalibrace, která využívá
umíst ní standardizovaného zdroje zá ení uvnit radiometru. Tento oza uje
detektor v dob , kdy není v zorném poli radiometru zemský povrch. Zá ení
kalibra ního zdroje m že být vedeno na detektor p ímo, nebo, stejn jako
m ené zá ení, po pr chodu celým optickým systémem. Ve druhém p ípad je
tak možné získat informaci o chování a zm nách celého systému, zatímco
v prvním p ípad postihuje kalibrace jen chování samotného detektoru.
V pásmu viditelného zá ení je velice obtížné zjistit p esné údaje o absolutní
zá ivosti, velikosti a geometrii kalibra ního zdroje. Proto je velká v tšina
- 27 (115) -
radiometr schopná provád t m ení jen v relativních jednotkách. U p ístroj
umíst ných na družicích lze jako kalibra ního zdroje použít slune ní zá ení,
které má v kosmickém prostoru zá ivost zjišt nou se zna nou p esností.
U infra ervených radiometr se pro kalibraci používá standardních erných
t les se známou intenzitou vyza ované energie. V systémech poskytujících
absolutní m ení radia ní energie se používá dvou erných t les. Jedno je
srovnávacím zdrojem pro spodní polovinu teplotního intervalu a druhá pro
horní. erná t lesa jsou imitována deskami, které jsou elektronicky nebo
kapalným mediem zah ívány a udržovány na konstantní teplot . Jejich povrch
je upraven tak, aby jejich emisivita byla co nejblíže jedné. V pr b hu m ení
jsou v zorném poli detektoru postupn ob t lesa. Nam ená zá je krom
teploty T také funkcí emisivity ε. Za p edpokladu, že je emisivita m eného
objektu na dané vlnové délce známa, lze z nam ené spektrální intenzity
vyza ování ur it teplotu t lesa. Naopak, pokud je teplota známa, je možné
tímto zp sobem zjistit velikost emisivity pro danou vlnovou délku. Jestliže se
ale teploty T1 a T2 obou kalibra ních t les liší mén než o desetinu st ední
teploty uvnit intervalu < T1,T2 >, m že se teplota ur it lineární interpolací.
Na prov ení systému multispektrálního snímání p ed jeho použitím na nosi i
se provádí pozemní kalibrace. Jejím ú elem je zjistit i p esnost vnit ní
kalibrace systému. I zde platí, že je obtížné provést celé m ení s velkou
p esností. Jako zdroj je t eba p ipravit generátor, jehož ú inná apertura bude
alespo tak velká, jako je vstupní pr m r objektivu radiometru. Pro kalibraci
v oblasti viditelného zá ení lze použít kolimátoru s velkým pr m rem.
Pozemní kalibrace pro m ení tepelného zá ení je ješt obtížn jší, protože je
t eba p ipravit velkoplošný zdroj imitující erné t leso, jehož vlastnosti budou
lepší než vlastnosti zdroje použitého pro vnit ní kalibraci.
Výsledky kalibrace jsou vždy závislé na mnoha okolnostech. Je t eba vzít
v úvahu každý faktor, který m že ovlivnit p esnost získaných výsledk . I když
u mnoha detektor je uvád na p esnost jimi m ených hodnot hodnotami 1% a
lepšími, je vždy nutné jejich ov ení. Pro n které druhy aplikací sta í jen
relativní porovnání nam ených hodnot. V tomto p ípad není vysoká absolutní
p esnost zapot ebí. Takový požadavek je však na míst p i zjiš ování absolutní
radia ní teploty nebo p i korekci nam ených dat na vliv atmosféry.
Pro kalibraci spektroradiometru pracujícího na nosi i se používá srovnávací
pozemní m ení. Porovnání p esných hodnot zá ení získaných na zemi s údaji
z p ístroje na nosi i poskytuje informaci o p esnosti jeho práce. Je však nutné
dodržet shodnost podmínek, za nichž byla ob m ení provád na. To platí
p edevším o shodnosti asové, shodnosti zorného pole a sm ru pozorování i o
ší kách spektrálních pásem. P itom je zapot ebí po ítat i s vlivem atmosféry.
Metoda srovnávacího pozemního m ení se m že použít i jako kalibrace
prostorové rozlišovací schopnosti nebo spektrální istoty spektroradiometru.
K t mto ú el m poslouží m ení rozlišovacích cíl nebo referen ních objekt
se známou spektrální odrazivostí.
Radiometry jsou asto ešeny jako ádkové nebo maticové snímací systémy
(MSS, Tematic Maper, Fragment aj.).
Základní d lení radiometr pro pot eby dálkového pr zkumu je na:
• (trasující) trasové radiometry a
- 28 (115) -
Po izování dat
• snímací rozkladová za ízení (zobrazující radiometry, skenery).
Trasující radiometry se používají p i podp rném pozemním m ení nebo na
leteckých i kosmických nosi ích. Všeobecn slouží pro pr zkum atmosféry,
oceán a teplotního rozložení. V tšinou se konstruují jako trasové infra ervené
nebo mikrovlnné multispektrální radiometry.
Trasový radiometr MKS-M byl umíst n na orbitální stanici Saljut-7, na
družicích typu Interkosmos (20,21) a je sou ástí výbavy stanice Mir. Jeho
sestavu tvo í:
• spektrometry BS (rozlišovací schopnost prostorová 2,4 x 2,4 km, 12
spektrálních kanál )
• spektrometry AS (rozlišovací schopnost 0,6 x 6,3 km. 6 spektrálních kanál )
• fotografická kamera.
Tento radiometr spolupracoval s multispektrální kamerou MKF-6. Cílem jeho
m ení bylo ur ení absolutních odrazivostí zemského povrchu p i sou asném
m ení atmosféry.
Jako skenery ( ádkující, maticové, resp. zobrazující radiometry) ozna ujeme
radiometry, které jsou schopné poskytnout obrazovou formu m ených dat. K
jejímu získání je t eba, aby byl radiometr schopen sou asn m it data nejen ve
sm ru letu (trasující radiometr) ale i nap í sm ru, kterým se nosi pohybuje.
Data po ízená b hem jednoho cyklu jsou získána m ením podél áry svírající
se sm rem letu nenulový úhel. Ve v tšin p ípad se jedná o kolmý sm r na
sm r letu, n kdy je to ást kružnice. M ení nap í pohybu nosi e se cyklicky
opakuje. Frekvence tohoto cyklu je slad na s rychlostí pohybu nosi e tak, aby
m ená plocha ve dvou po sob následujících cyklech na sebe prostorov
navazovala.
Tento zp sob po izování dat je ozna ován jako ádkování nebo skenování. To
proto, že p i sestavení nam ených dat do stejného prostorového uspo ádání v
jakém byly po ízeny, vznikne obraz m eného území a data z jednoho cyklu
vytvá ejí jeden ádek tohoto obrazu. Jednotlivá m ení pak p edstavují body
nebo prvky, z nichž je obraz vytvo en. Pro n se používá ozna ení obrazový
prvek nebo-li pixel. P ístroje, které provád jí m ení tímto zp sobem, jsou
ádkující nebo-li zobrazující radiometry, i krátce skenery. Základem každého
skeneru je radiometr, resp. spektroradiometr, který je dovybaven skenovací
jednotkou.
Základní rozlišení je na skenery:
a) mechanické (mechanooptické), které m í pomocí jednoho detektoru
postupn území podél celé ady
b) elektronické (elektrooptické), které jsou osazeny adou detektor
pokrývajících svými zornými úhly celou adu najednou. Osazení takovýchto
za ízení CCD senzory pak umož uje provád t i plošný (maticový) záznam.
Každý typ skeneru je svou konstrukcí ur en pro ur itý nosi a není možné
o ekávat stejné optimální výsledky p i jeho použití na kvalitativn jiném druhu
nosi e.
- 29 (115) -
Pro adu výzkumných úkol se používá leteckých skaner . Nehled na adu
chyb a zkreslení, které vznikají vlastním pohybem letadla, pat í k dalším
nevýhodám leteckého dálkového pr zkumu i široký záb r leteckého skeneru. U
n kterých typ je skenovací úhel až 60° od vertikály. P i skenovacích úhlech
v tších než 25° se již m ní intenzita m eného odraženého zá ení vlivem
šikmého pohledu (m ení spodních ástí rostlin, jiná orientace list aj.) ve
srovnání s vertikálním pohledem snímacího za ízení. Všeobecn se také siln ji
uplat uje vliv atmosféry, nebo dochází k úm rnému prodloužení dráhy
m eného zá ení v atmosfé e. P i v tších skenovacích úhlech pak dojde i k
zákonitému zhoršení prostorové rozlišovací schopnosti, která se ješt zhorší v
kopcovitém terénu.
Snaha o nep ekro ení maximální velikosti pixelu vede ke snížení výšky letu a
tím i ke zmenšení záb ru skeneru. Malé výšky letu p sobí potíže v horském
terénu, nebo je zde asto p ekra ováno zlaté pravidlo známé z letecké
fotografie, tj. že se výška letu má m nit jen v rozmezí 10% výšky letu. Obtížné
je i stereoskopické využití leteckých skenerových dat, protože na rozdíl od
fotografie lze využít jen stranového a nikoliv i podélného p ekryvu obrazu. P i
dvou sousedních náletech se však zm ní m ítko obrazu v obou sm rech, ímž
se ztratí pevná geometrická základna pot ebná pro ur ení výšek a sklon .
Geometrické zkreslení p i velkých skenovacích úhlech vyžaduje dodate né
p edzpracování dat. To m že být v n kterých p ípadech dosti pracné, a proto je
snahou pracovat se skenery s malými zornými poli. Zmenšením záb ru se ale
snižuje plošná kapacita letové hodiny, emuž se dá bránit sou asným zvýšením
výšky letu. Extrapolace tohoto postupu vede k použití kosmického nosi e.
Mechanický skener používá k posunu zorného pole radiometru ve sm ru nap í
pohybu nosi e pohyblivého zrcadla. Natá ení zrcadla zajiš uje mechanický
systém, který spolu se zrcadlem tvo í skenovací jednotku skeneru. Ta m že
být umíst na:
• p ed objektivem, pak hovo íme o p em tovém skeneru
• za objektivem, pak hovo íme o obrazovém skeneru
Konstrukce obrazového skeneru vyžaduje velký vstupní pr m r objektivu a
velké zorné pole, což je technicky náro ný úkol. Obrazové skenery musejí být
vybaveny objektivy s dobrými optickými vlastnostmi u kraj . Ve v tšin
p ípad se proto používá p edm tových skener , k jejichž výhodám pat í
p edevším to, že vytvá ejí obraz vždy na optické ose objektivu. Korigovat se u
nich musí jen sférická vada a chromatická aberace objektivu. Skenovací
jednotka pak také p enáší pouze paprsek s minimální rozbíhavostí, protože
p edm t je prakticky v nekone nu.
Nejjednodušší skener je vybaven objektivem s optickou osou orientovanou
podél dráhy letu nosi e. V zorném poli objektivu je umíst no zrcátko, které
rotuje kolem stejné osy. Takový skener snímá krajinu ve sm ru kolmém na
sm r letu.
Podle tvaru skenované ádky lze skenery d lit na:
• konické a
• lineární.
- 30 (115) -
Po izování dat
Konické skenery m í podél kruhové ádky, takže úhel pozorování je v celé
délce ádky stejný. Dráha paprsku se b hem skenovacího cyklu posunuje po
plášti kužele s vrcholem ve skeneru. Je získána odchýlením osy otá ení
rotujícího rovinného zrcadla od sm ru normály. tento typ konstrukce je t žko
zvládnutelný pro v tší rozm ry zrcadla, kde se projevuje vliv nevyváženosti
soustavy. Proto se konické skenery spíše konstruují ve verzi obrazového
skeneru.
Lineární skenery tvo í p ímkovou ádku kolmou na sm r letu nosi e. M ení
podél ádky zprost edkuje rotující nebo kmitající ploché zrcadlo. Nej ast ji je
zrcadlo sklon né 45° k ose rotace, která je totožná s optickou osou objektivu a
rovnob žná se sm rem vektoru rychlosti nosi e. rozší enou verzi této
konstrukce je umíst ní dvou zrcadel symetricky kolem osy otá ení. Systém je
tím dynamicky vyvážený a b hem jedné oto ky se generují dv ádky obrazu.
Pokud se p i skenování využijí ob zrcadla sou asn , není možné umístit do
celého zorného pole referen ní zdroj zá ení pro pr b žnou kalibraci idla.
Obdobná situace je u skener s vícenásobnou odrazovou kapacitou.
V p ípad kmitajícího zrcadla je jeho pohyb ízen otá ením va ky. Jeho
nevýhodou je zm na rychlosti pohybu v pr b hu jednoho cyklu, což má za
následek geometrické zkreslení. Dokonalejší zp sob je p ekláp ní zrcadla
elektrickým impulsem, p i n mž je zrychlená ást pohybu velmi krátká.
Zrcadlo se v pr b hu skenování pohybuje rovnom rn .
2.2.1.4 Geometrie m ení mechanickým lineárním skenerem
Ozna me sm r podél ádky jako sm r x a sm r letu jako sm r y.
P edpokládejme, že m ený povrch je ideáln rovný a že pohyb nosi e se d je
po p ímce rovnob žné se zemským povrchem. Skener se spolu s nosi em
pohybuje rychlostí v vzhledem k zemskému povrchu, nad kterým letí ve výšce
h. Jestliže se pozorovací úhel bude b hem jedné ádky m nit v intervalu
− Θ 0 , Θ 0 od místní normály, bude celkové zorné pole (ZP) skeneru rovno
2Θ . Tomuto úhlu odpovídá na zemském povrchu délka jedné ádky, která
ur uje ší ku záb ru skeneru L:
L = 2h.tgΘ 0 .
Za asovou jednotku po ídí skener data z plochy M = v.L, která vyjad uje
plošnou snímací kapacitu skeneru. Obvykle se udává v km2.s-1.
Velikost pixelu na zemském povrchu je dána pozorovacím úhlem Θ a velikostí
okamžitého zorného pole (OZP) radiometru, která je ve sm ru podél ádky β x
a ve sm ru letu β y .
Jestliže platí, že:
x = h.tgΘ ,
pak po derivaci:
dx
h
=
dΘ cos 2 Θ
a po úprav (nebo platí ∆Θ = β x )
- 31 (115) -
∆x =
h
βx
cos 2
Rozm ry pixelu ∆y ve sm ru podél letu lze p i velkých vzdálenostech h a
malých úhlech β y , nahradit koncovým obloukem a psát
∆y =
h
βy
cos Θ
Pokud je OZP v obou sm rech stejný ( β x = β y ), platí mezi p í nou a podélnou velikostí
pixelu vztah
∆y = ∆x. cos Θ
Z výše uvedeného vyplývá, že se p i skenování s velkými úhly Θ zhoršuje
prostorové rozlišení a protahuje tvar pixelu podél ádky. Tento negativní jev se
projevuje hlavn u letadlového skeneru.
Pro úhly Θ > 45° je t eba po ítat i s chybou, která vzniká zobrazením
po ízených dat na rovinnou plochu, zatímco jejich registrace se d je pro
všechny úhly Θ vždy v ohniskové vzdálenosti f, tedy na kulovou plochu.
Rozdíl iní
OA´−OA = f (Θ − tgΘ )
Výsledkem této chyby je ješt výrazn jší smršt ní kraj ádek. P ímkové
útvary šikmé ke sm ru skenování jsou vlivem této skute nosti v krajích ádek
zak iveny podél okraje obrazu.
P i skenování s v tšími skenovacími úhly dochází zejména u meteorologických
družic, které mají velký záb r, k chyb ze zak ivení Zem , která dále zv tšuje
p í nou srážku obrazu. Její velikost lze odvodit sinovou v tou.
Také pozi ní chyby zp sobené nerovností terénu se projeví výrazn ji p i
v tších skenovacích úhlech. Polohová zm na ve sm ru skenování je vyjád ena
∆x = ∆h.tgΘ , kde
∆h udává zm nu výšky letu zp sobeno topografickou nerovností terénu.
Pro p esné zpracování dat je t eba vzít v úvahu také pozi ní chybu, která
vzniká pohybem nosi e v pr b hu doby Tr, pot ebné k po ízení dat z jedné
ádky o délce L. Velikost posunu ve sm ru letu je závislá na poloze bodu ve
skenované ádce x a rychlosti letu v:
∆y =
x∆Tr
L
U družicového m ení dochází k úhybu skenovaných ádek západním
sm rem,protože za átek každé ádky je ovlivn n otá ením zem koule. Protože
velikost rychlosti otá ení stejn jako poloha vektoru rychlosti družice
vzhledem k Zemi je závislá na zem pisné ší ce, je také velikost úhybu ší kov
závislá. Úhyb je definován jako procentuáln vyjád ený podíl
U=
Vs
, kde
v + Vd
- 32 (115) -
Po izování dat
Vs je velikost složky postupné rychlosti otá ení Zem V ve sm ru skenování a
Vd je její složka ve sm ru rychlosti družice vr.
Další nahodilá geometrická zkreslení jsou zp sobena nestabilitou nosi e b hem
po izování dat. Polohová chyba je p itom aditivního charakteru, tzn. že se
zv tšuje, dokud odchylka v poloze skeneru není odstran na. K odstran ní chyb
je zapot ebí pr b žn zaznamenávat údaje o orientaci a poloze nosi e. Používá
se k tomu gyroskop a GPS.
2.2.1.5 Podmínky návaznosti p i skenování
Aby data po ízená skenerem pokrývala prostorov souvisle celé m ené území
je zapot ebí zajistit jejich prostorovou návaznost. V zásad se jedná o spln ní
podmínky návaznosti pixel v ádce a podmínky návaznosti ádk .
Je-li velikost pixelu ve sm ru ádky ∆x, bude doba tp, za kterou se p i
skenování posune OZP na zemském povrchu práv o tuto vzdálenost vyjád ena
podílem
tp =
Tr β x
, kde
2Θ 0
Tr je doba po ízení jedné ádky. Velikost tp ur uje frekvenci f0 s jakou má
elektronika p ipojená k detektoru ode ítat velikost nap tí na výstupu.
Podmínka návaznosti pixel tedy zní:
fn =
1
2Θ
=
t p Tr β 0
Bude-li skute ná frekvence ode tu výstupového signálu z detektoru v tší n ž
hodnota fn budou se pixely prostorov p ekrývat. V opa ném p ípad mezi
nimi budou mezery.
Podmínka návaznosti ádk váže podélnou velikost pixelu y, rychlost nosi e
v a dobu skenovacího cyklu Ts:
v=
∆y
Ts
Skenovací perioda udává asový interval mezi za átky skenování dvou po sob
jdoucích ádek. Je to doba Tr zv tšená o dobu kalibrace a o dobu, kdy se
neprovádí žádné m ení (nap . zp tný chod kmitajícího zrcátka).
2.2.1.6 Významné mechanické skenery
VHRR (Very High Resolution Radiometer) je mechanický kanálový
skenující (rastrující) radiometr pro rychlé monitorování zemského povrchu,
který pracoval zpo átku (nap . NOAA 2 – 5) jako dvoukanálový ve
spektrálních pásmech 0,6 - 0,75 a 10,5 - 12,5 µm s prostorovým rozlišením
v nadiru cca 1000 m. Po vylepšení a rozší ení spektrálních kanál dostal
pojmenování Advanced, tedy AVHRR, který již byl p tikanálový. Jednotlivé
kanály zahrnovaly spektrální pásma 0,55-0,90; 0,725-1,1; 3,55-3,93; 10,5-11,5;
10,5-11,5 (TIROS N), 0,58-0,68; 0,725-1,1; 3,55-3,93; 10,3-11,3; 10,3-11,3
(NOAA 6, 8, 10), 0,58-0,68; 0,725-1,1; 3,55-3,93; 10,3-11,3; 11,5-12,5
(NOAA 7,9,11 - 14). Jeho celkové zorné pole je 110,8°, které dává p i výšce
- 33 (115) -
letu 850 km celkový záb r 2700 km. Teoretická rozlišovací schopnost v
subsatelitním bod je pro kratší vlnové délky 800 m. Pixely se ale p ekrývají, a
proto je skute ná rozlišovací schopnost, daná okamžitým zorným polem (OZP,
IFOV) 1,3 mrad, menší (1100 m). Díky velkému záb ru meteorologických
za ízení dochází zvlášt u kraje ádk k velkému zkreslení. Nejv tší podíl na
distorzi obrazu nese tangenciální zkreslení a zak ivení Zem . To je nutno mít
na z eteli, nebo geometrická rozlišovací schopnost je oby ejn udávána v
nadiru, ale na okrajích snímk p i velkém úhlu skenování (tj. velké ší ce
záb ru) dosahuje n kolikanásobn vyšší hodnoty. Skener prod lával a
prod lává postupné další vylepšení (verze AVHRR/2, AVHRR/3).
Obr. 2-5 Charakteristiky spektrálních kanál AVHRR/3
Ozna ení
Spektrální rozsah Poznámka
kanálu
1
0.58 - 0.68 µm
ervená oblast spektra
2
0.725 - 1.0 µm
blízké infra ervené zá ení
3A
1.58 - 1.64 µm
infra ervené zá ení
3B
3.55 - 3.93 µm
infra ervené zá ení (den), tepelné zá ení (noc)
4
10.3 - 11.3 µm
tepelné zá ení
5
11.5 - 12.5 µm
tepelné zá ení
AVHRR/3 je šestikanálový p ístroj. První t i kanály pracují výlu n
v odraženém slune ním zá ení, poslední dva jsou ist tepelné a pouze
kanál 3B je smíšeným. Všech šest kanál p edává nam ené údaje
v desetibitovém tvaru (tj. v každém kanálu AVHRR je možné rozlišit 1024
úrovní signálu). Protože p enosová kapacita družice neumož uje p enést
sou asn více než 5 kanál , je standardním p enosovým schématem st ídání
kanálu 3B (v no ních hodinách) a kanálu 3A (v denních hodinách). Od tohoto
standardu se však provozovatel družice z r zných d vod asto odchyluje.
Data z prvních t í kanál je možné p i zpracování p evést nap . na albedo
daného kanálu, jejich kombinací je možné získat tzv. vegeta ní index,
charakterizující množství zelené hmoty na sledovaném území. Kanály 3B až 5
je možné nakalibrovat bu na jednotky intenzity zá ení nebo následn na tzv.
jasovou teplotu (s p esností lepší než 1 kelvin).
- 34 (115) -
Po izování dat
kanál 1
kanál 2
kanál 3
kanál 4
Obr. 2-6 Snímky Evropy z kanál 1 – 4 AVHRR družice NOAA 18
z 30.7.2007 12,15 hod. (http://www.chmi.cz/meteo/sat/avhrr/index.php)
Geometrické rozlišení je pro oblast pod družicí (v nadiru) 1.1 x 1.1 km, pro
okraj snímaného pásu území cca 2.5 x 5 km. Družice snímá nep etržit pás
území široký p ibližn 3000 km (1500 km na ob strany od nadiru), data jsou
v plném rozlišení vysílána uživatel m v reálném ase. Krom toho družice
zaznamenává veškerá nam ená data s um le sníženým rozlišením (4x4 km,
tzv. Global Area Coverage, GAC formát) a vybraná území v plném rozlišení
(Local Area Coverage, LAC formát) na palubní záznamová média a na výzvu
ídícího st ediska je p edá k trvalé archivaci (pro r zné klimatické studie).
Z toho vyplývá, že data AVHRR v reálném ase a plném rozlišení je možné
získat pouze z t ch oblastí, které jsou snímány tehdy, když je družice v p ímé
dohlednosti p ijímací stanice. Nap . pro p ijímací stanici HMÚ v Praze na
Libuši je tato oblast na východ ohrani ena Uralem, na jihovýchod oblastí
Perského zálivu, na jihu centrální Saharou, na západ st edem Atlantiku, na
severozápad Grónskem a na severu Špicberkama. Délka nejdelšího možného
p eletu je asi 15.5 minuty, ím je p elet západn jší nebo východn jší, tím je
délka p eletu (tj. doba, po kterou je družice nad místním horizontem) kratší.
Data jsou snímána a vysílána rychlostí 6 obrazových ádek za sekundu, každý
ádek obsahuje 2048 obrazových bod (tzv. pixl ), v každém pixlu jsou data
reprezentována pro každý z p ti p enášených kanál 10bitovou hodnotou. Data
jsou p enášena v pásmu 1.7 GHz. Z uvedeného nap . vyplývá, že objem dat
z jednoho zachyceného p eletu m že dosáhnout až cca 128 MB. Tento popsaný
typ digitálního p enosu dat AVHRR se ozna uje jako HRPT (High Resolution
Picture Transmission), stejn se ozna ují p ijímací stanice pro tento typ dat.
- 35 (115) -
Krom digitálního p enosu HRPT existuje též výrazn jednodušší, le kvalitou
výrazn horší p enos analogový, nazývaný APT (Automatic Picture
Transmission). Zatímco pro p íjem digitálních dat (HRPT) je zapot ebí
navád ná parabolická anténa, pro APT posta uje dostate n citlivá všesm rová
anténa (v pásmu 137 MHz).
Pokud je systém polárních družic kompletní, jsou v provozu vždy dv družice,
jejichž roviny ob žných drah jsou v i sob sto eny o 90 stup . Tím je
docíleno snímání libovolného místa na Zemi nejmén 4x za 24 hodin. Nap .
jedna družice snímá oblast st ední Evropy v ranních hodinách (p elet od severu
k jihu) a ve ve erních hodinách (p elet od jihu k severu), zatímco druhá brzy
po ob d (p elet od jihu k severu) a po p lnoci (od severu k jihu). ím je
p ijímací stanice blíže k pól m, tím více p elet m že zachytit (a zárove je
v tší p ekryv jednotlivých p elet ). Naopak na rovníku na sebe okraje
jednotlivých p elet práv navazují.
Kanál 4 s barevn zvýrazn ným
teplotním intervalem 200-240 K
Barevná RGB syntéza kanál 1, 2
a4
Obr. 2-7 Analýza dat z obr. 2-2
Kanály 1 a 2 AVHRR poskytují podobné údaje. P i zb žném pohledu se
snímky v t chto kanálech blíží b žné ernobílé fotografii zemského povrchu
a obla nosti. Rozdíl mezi nimi je p edevším v zobrazení vegetace - na
snímcích v kanálu 2 je vegetací pokrytý povrch výrazn sv tlejší, než na
snímcích v kanálu 1. Protože naopak vodní plochy jsou v kanálu 2 tmavší než v
kanálu 1, je odlišení (vegetací pokryté) pevniny od mo e daleko snadn jší
práv v kanálu 2. Práv kombinací t chto dvou kanál je možné získat
informace o množství a stavu vegetace (pomocí tzv. „vegeta ního indexu").
Zásadní rozdíl obrazu po ízeného v kanálu 3A oproti kanál m 1 a 2 je ve
vzhledu sn hu, ledu a obla nosti tvo ené ledovými krystalky - jeví se zde jako
velmi tmavé. To nap . umož uje snadné odlišení zasn ženého terénu od mlh,
jejichž odlišení je ve všech ostatních kanálech zna n obtížné až nemožné.
V kanálu 3B se uplat uje jak odražené slune ní zá ení (pouze v denních
hodinách), tak tepelné vyza ování zemského povrchu a obla nosti. Snímky
jsou zobrazovány tak, aby v no ních hodinách odpovídaly snímk m v kanálech
4 a 5 - tedy vysoká (studená) obla nost bíle, teplé objekty tmav . V denních
hodinách tak odražená komponenta tohoto kanálu zp sobuje „ztmavnutí"
objekt - ím více odrážejí, tím se jeví tmavší oproti no ním hodinám.
Kanály 4 a 5 snímají pouze tepelné zá ení vyzá ené zemským povrchem,
vodními plochami a obla ností. ím je objekt teplejší, tím více zá í a tím více
- 36 (115) -
Po izování dat
energie radiometr družice zachytí. Snímky jsou zobrazovány tak, že
nejchladn jší objekty (zpravidla nejvyšší obla nost) jsou zobrazeny bíle,
nejteplejší tmav šed až ern (snímky jsou velice podobné).
Obr. 2-8 Barevná RGB syntéza kanál 1, 2 a 4 AVHRR NOAA 18
(zv tšený vý ez z pravého snímku Obr. 2-3)
Snímek z kanálu 4 je teplotn okalibrován a p eveden do barevné škály po 5
stupních pro záporné hodnoty. Omezení na teploty pod bodem mrazu je
vybráno proto, že pro meteorologické ú ely jsou d ležité zejména teploty
horních hranic obla nosti (ve v tšin p ípad záporné), které vypovídají
o výšce obla nosti.
Vícekanálová barevná syntéza pat í k metodám, které umož ují získat z
r zných spektrálních pásem více informací (nap . o typu obla nosti) než z
jednotlivých kanál použitých samostatn . Barevné složky, ze kterých vzniká
barevný obraz - ervená, zelená a modrá (R,G a B) se p i adí jednotlivým
zvoleným kanál m. R zné objekty se v jednotlivých kanálech projevují odlišn
a tak v jejich RGB kombinaci je r zným objekt m p i azena odlišná barva,
která umož uje s ur itou pravd podobností snadn jší „klasifikaci" objekt na
snímcích.
V sou asnosti používá HMÚ pro denní hodiny kombinace: R - kanál 1, G kanál 2, B - kanál 4 a pro no ní hodiny kombinace R - kanál 3B, G - kanál 4, B
- kanál 5. Toto barevné schéma znamená, že na snímcích se r zné objekty i
typy povrchu obvykle projeví v denních hodinách takto:
•
vodní plochy - tmav mod e až ern
•
terén bez obla nosti a sn hové pokrývky - zelen , tmavozelen až
hn d
- 37 (115) -
•
sníh, nízká a st ední obla nost - r zné odstíny žluté
•
hustá vertikáln mohutná obla nost - bíle až modrobíle
•
ídká vysoká obla nost - namodrale, sv tle mod e
a v no ních hodinách takto:
•
vodní plochy - ern
•
terén bez obla nosti a sn hu - tmav šed
•
sníh - sv tle šed
•
nízká obla nost a mlhy - ervenohn d , okrov
•
hustá vertikáln mohutná obla nost - bíle
•
ídká vysoká obla nost - mod e
- 38 (115) -
Po izování dat
Obr. 2-9 Nejvýznamn jší mechanické skenery (podle Kolá ,J., 1997)
Ozna ení
Nosi
Stát
Po et
páse
m
Spektrální pásma
(v µm)
Rozlišovací
schopnost
(v m)
MSS
Laandsat
USA
4
0,5-0,6 / 0,6-0,7 / 0,7-0,8 / 0,81,1
79 (86µrad
OZP)
MSS
Laandsat
3
USA
5
0,5-0,6 / 0,6-0,7 / 0,7-0,8 / 0,81,1
79 (86µrad
OZP)
10,4-12,6
237 (258µrad)
v5
Perioda Výška
Záb r
(dní)
(v m)
(v m)
18
705
185
MSS
Laandsat
4,5
USA
4
0,5-0,6 / 0,6-0,7 / 0,7-0,8 / 0,81,1
82
18
705
TM
Landsat
USA
7
0,45-0,52(1) / 0,52-0,60(2)
30, tj. 42µrad
OZP(1-5,7)
18
705
185
0,63-0,69(3) / 0,76-0,90 (4)
10,4-12,5(6)
120, tj.
168µrad
OZP(6)
0,5-0,7
240
dle
nosi e
680
(630)
1380
95°
1700x1000
dle
nosi e
680
(630)
1930
113°
1,55-1,75 (5) / 2,08-2,35 (7)
MSU-S
MSU-M
Meteor,
Okean,
Resurs
O1
Rusko
Meteor,
Okean,
Resurs
O1
Rusko
2
0,7-1,1
4
Zorné
pole
0,5-0,6
0,6-0,7
0,7-0,8
0,8-1,1
- 39 (115) -
Ozna ení
MSU-SK
Nosi
Resurs
O1
Stát
Rusko
Po et
páse
m
Spektrální pásma
5
0,5-0,6 / 0,6-0,7 / 0,7-0,8 / 0,81,1
(v µm)
10,4-12,5(5)
FRAGMEN
T
MeteorPriroda
Rusko
8
0,4-0,7 / 0,5-0,6 / 0,6-0,7 / 0,70,8
0,8-1,1 / 1,2-1,3(6) / 1,5-1,8(7)
2,1-2,4(8)
Rozlišovací
schopnost
(v m)
170(1-4)
Perioda Výška
Záb r
(dní)
(v m)
(v m)
4(21)
680
600
650(83
0)
85
600(5)
80(1-5)
240(6,7)
39°(kóni
cké
skenován
í)
480(8)
LOS
DMSP
USA
2(3)
0,4-1,1 / 8,0-13,0 / (10,5-12,5)
550 a 2800
0,5
833
2000
CZCS
Nimbus
7
USA
6
0,43-0,45 / 0,51-0,53 / 0,54-0,56
825
3
950
1565
700
41
797
1400
OCTS
Zorné
pole
0,66-0,68 / 0,7-0,8 / 10,5-12,5
ADEOS Japonsk
o
12
6xVIS / 2xNearIR / 1xMidIR
3xThermalIR
VTIR
MOS
Japonsk
o
4
0,5-0,7 / 6,0-7,0 / 10,5-11,5 /
11,5-12,5
900, 2700(4)
17
909
1500
80°
ATSR-2
ERS-2
(ESA)
7
0,555 / 0,659 / 0,865 / 1,6
1000
35 (16)
785
500
47°
3,7 / 11,0 / 12,0
- 40 (115) -
Po izování dat
Mechanický skener MSS využívá oscilujícího zrcátka a idel seskupených po 6
ve ty ech ádcích, odpovídajících 4 spektrálním kanál m. Pro kanály 1-3 byly
využity fotonásobi e a pro 4. kanál k emíkové diody. Kyvem zrcátka se
vytvo í p ímo 6 ádk . Kyvem zrcátka se vytvo í p ímo 6 ádk . Aktivní doba
m ení p i jednom cyklu zrcátka je 33 ms, tj. 3300 pixel v ádce. S jediným
idlem by technicky nebylo možné pracovat, nebo ani mechanika, ani
elektronika nebyla schopna vyšší rychlosti. Zá ení je vedeno k detektor m
sv tlovody z ohniskové roviny. Pr m r vlákna tak dává okamžité zorné pole.
Pro sb r dat je využito pouze dop edného chodu zrcátka, oscilujícího s
frekvencí 13,61 Hz. Ode tení všech 24 idel trvá 10 µs. Kódování obrazu je do
6 bit , ší ka záb ru 185 km p i výšce letu 915 km, použit je teleskop f = 825
mm. Analogový signál z idel je veden do A/D p evodníku s taktem
digitalizace signálu 100 000 ode tení za sekundu. Z toho vychází vzdálenost
mezi ode tením 56 m na povrchu Zem a vzorkování signálu na 56 x 79 m.
M ená hodnota je však ode tena z oblasti 79 x 79 m, daná OZP (IFOV Instantaneous Field of View) a udává skute nou geometrickou rozlišovací
schopnost skeneru. Velikost jedné scény je cca 2340 x 3240 pixel . Scéna není
v originále tvercová, ale lichob žníková. Zkosení je zp sobeno zemskou
rotací b hem 25 s, kdy je po izovaná jedna scéna.
Modifikovaný skener MSS byl použit z d vodu zachování kontinuity m ení
stejným za ízením i na Landsatu 4 a 5. Jedinou zm nou je úprava optického
systému, který dává tvercový pixel s rozlišením 82 x 82 m.
TM je nov jší sedmikanálový mechanický skener umíst ný na družicích
Landsat od po adového ísla 4. Kanály snímající ve viditelné ásti spektra (1 4) využívají k emíkových idel, pro kanály 5 a 7 je užito idel InSb a pro
tepelný kanál (6) idel HgCdTe. idla používaná k m ení v infra ervené a
tepelné ásti spektra jsou z d vodu citlivosti umíst na na chlazené desce, kam
se zá ení p enáší speciálním p ídavným optickým systémem. Pro sb r
informací je využito i zp tného chodu skenujícího zrcátka s frekvencí 6,99 Hz,
který ovšem zanáší chybu do geometrie obrazu ( ádky se u kraj p ekrývají
nebo nenavazují). Na odstran ní této vady byla do optického systému p idána
dvojice šikmo rotujících zrcátek s dvojnásobnou frekvencí, které tuto chybu
mechanicky eliminují.
idla TM jsou umíst na v ohniskové rovin , takže byly odstran ny sv tlovody
užité u MSS, které snižovaly ú innost až o 20 %. Vlastní idla jsou uspo ádána
do dvou sloupc po 8 pro každý kanál, tepelný kanál do dvou sloupc po 2
idlech. Odstup mezi sloupci je utvo en tak, že dodržuje návaznost ádk . V
horizontálním sm ru jsou sudá idla posunuta oproti lichým o vzdálenost 2,5
OZP. Ode et všech 100 idel (6x16+4) do bufferu trvá 9,611 µs, z n hož se
postupn ode ítají nap ed liché a potom se zpožd ním 0,5 periody sudé
hodnoty. P i dop edném pohybu zrcátka je posun mezi sudými a lichými ádky
2 pixely ( idla jsou posunuta o 2,5 pixelu - 0,5 periody zpožd ní, tj. 2 pixely),
opa ným sm rem o 3 pixely ( idla jsou posunuta o 2,5 pixelu + 0,5 periody
zpožd ní, tj. 3 pixely). Výsledný obraz je nutno složit a zarovnat.
Ode tená analogová informace je A/D p evodníkem pro každý kanál kódována
na 8 bit . Pro p enos dat slouží bu spojová družice TDRSS (Tracking and
Data Relay Satellite System) nebo p ímé vysílání v X i S pásmu.
- 41 (115) -
Obr. 2-10 Spektrální pásma multispektrálního skeneru Landsat TM
vlnová
pásmo délka
(µm)
název pásma
1
0.450.52
modré
2
0.520.60
zelené
3
0.630.69
4
0.760.90
blízké
infra ervené
5
1.551.75
st ední
infra ervené
6
10.412.5
termální
infra ervené
7
2.082.37
st ední
infra ervené
ervené
základní aplikace
Hodnocení pronikání vodními t lesy.
Mapování pob ežních vod. Odlišování p dy
a vegetace. Mapování lesních porost .
Identifikace kulturních objekt .
M ení odraznosti vegetace pro odlišení a
ohodnocení stupn vývoje. Identifikace
kulturních objekt .
Vzhledem k citlivosti v chlorofylové oblasti
vhodné pro rozlišování rostlinných druh .
Identifikace kulturních objekt .
Ur ování vegeta ních typ a jejich vitality a
množství biomasy. Okonturování vodních
t les. Rozlišování p dní vlhkosti.
Indikace rostlinné a p dní vlhkosti.
Aplikace termálního mapování.
Analýza postižení vegetace. Odlišování
p dní vhkosti. Aplikace termálního
mapování.
Odlišování nerost a hornin. Stanovování
rostlinné vlhkosti.
2.2.1.7 Elektronické skenery
Elektronické skenery používají místo mechanického skenovacího aparátu
ádkové nebo maticové pole detektor umíst né v ohniskové rovin objektivu.
Každé idlo pr b žn registruje zá ení z plochy jednoho pixelu, která plošn
navazuje na území zabrané sousedním idlem. V zorném poli skeneru je
neustále celá ádka, orientovaná kolmo na sm r letu a postupující ve sm ru
letu. Proto se tento typ skeneru ozna uje jako stírací skener.
Velikost pixelu ∆x ve sm ru podél ádky je dána rozm rem jednotlivého idla
d, ohniskovou vzdáleností objektivu f a výškou letu h podle vztahu
∆x = h
d
f
Ší ka záb ru je násobkem po tu použitých idel n:
L = n. ∆x
Podmínka návaznosti pixel je spln na, pokud je ádka budoucího obrazu
tvo ena jednou ádkou detektor . Podmínka návaznosti ádk je dána stejným
vztahem jako u mechanického skeneru. V tomto p ípad však není doba Ts
ur ena žádným mechanickým za ízením, ale je výhradn elektronickou
- 42 (115) -
Po izování dat
záležitostí. Je složená z doby pot ebné na ode tení velikosti náboje vzniklého
ozá ením v každém idlu a z následné aktiva ní doby.
Ode tení se provádí paralelním p enosem velikosti náboje z idla do
pam ového registru, který tvo í s idlem jeden celek. Pam ové registry jsou
mezi sebou spojeny a vytvá ejí tak seriové transportní ady. B hem další doby,
kdy se na výstupu idla tvo í signál další obrazové ady, jsou hodnoty z
pam ových registr seriov transportovány p es p edzesilova jako nap ové
signály. Vlastní expozi ní doba je zakon ena dalším povelovým pulsem k
napln ní pam ových registr a celý cyklus se opakuje. Délka expozice závisí
na použitém materiálu idla, ale v pr m ru iní n kolik milisekund.
Obr. 2-11 P íklady moderních zdroj spektrometrických dat (p evzato)
akronym plný název
Advanced
Airborne
Hyperspectral
Imaging
System
Airborbe
Imaging
AIS-1
Spectrometer
Airborne
Imaging
AISA
Spectrometer
for
Applications
Airborne
Multispectral
AMSS
Scanner MK-II
Airborne Visible/Infrared
AVIRIS
Imaging Spectrometer
DAIS
Digital Airborne Imaging
7915
Spectrometer
Flouresense Line Imagery/
FLI/PMI Programmable
Multispectral Imager
Geophysical
and
GERIS Environmental
Research
Imaging Specrtometer
Image
Multispectral
IMSS
Sensing
MAS
MODIS Airborne Simulator
Multispectral Infrared and
MIVIS Visible
Imaging
Spectrometer
Small Satellite Technology
SSTI
Initiative
Hyperspectral
HSI
Imager
Visible Infrared Mapping
VIMS-V
Spectrometer
AAHIS
výrobce
po et
pásem
spektrální
rozmezí
(nm)
SETS
Technology
288
432-832
128
900-2100
1200-2400
Specim Ltd.
286
450-1000
Geoscan Pty
46
500-12000
NASA, JPL
224
400-2450
GER Corp.
79
400-12000
Daedalus
Enterprises
228
430-805
NASA, JPL
63
400-2500
Pacific Adv.
320
Technology
Daedalus
50
2000-5000
530-14500
Daedalus
Enterprises
102
433-12700
TRW Inc.
384
400-2500
ASI
512
300-1050
- 43 (115) -
Tyto tzv. CCD detektory (detektory se seriovým p enosem náboje) p edstavují
vrchol sou asné technologie výroby detektor . Rozm ry jednotlivých idel
jsou postupn miniaturizovány ( ádov 10 µm x 10 µm), takže jsou pro
praktické využití spojovány do celk obsahujících n kolik set až desítek tisíc
idel. Integrovaný detektor p itom má velikost n kolika centimetr a jeho
hmotnost dosahuje jen n kolika gram .
Elektronické detektory se sériovým p enosem náboje mají ve srovnání s
mechanickými skenery adu praktických p edností. Vedle v tší jednoduchosti a
lepší prostorové rozlišovací schopnosti je to v tší dynamický rozsah a vyšší
radia ní rozlišovací schopnost, vylou ení p ekryvu pixel v ádce a u
maticového uspo ádání i v obou sm rech a snadné po ízení spektroskopických
obrázk . Jediným v tším nedostatkem CCD detektor je pot eba kalibrace
každého idla zvláš , protože jejich citlivost není stejná.
Jinou možností je užít uspo ádání idel do matice. Takový skener obsahuje
matici CCD prvk , které se pravideln naráz ode ítají. Za ízení je prakticky
shodné s digitální fotografickou komorou. Problémem sou asné doby je
p esnost sestavení prvk takovéto matice a jejich sou asné od ítání.
Problematická je též multispektrální sestava p i použití matice CCD.
V sou asné dob se komer n používají CCD matice, oby ejn o rozm ru 256
x 256 prvk , ve videoza ízeních a malých kamerách. Kvalitní matice CCD až o
velikosti 2048 x 2048 prvk se využívají p edevším v astronomických
p ístrojích. Rozlišení velkých matic CCD je srovnatelné s rozlišením
fotografických materiál (150 ar na mm odpovídá 7 µm), nebo velikost
element CCD dosahuje až 10-3 µm. U formátu 35 mm lze docílit
srovnatelných výsledk (nap . digitální 35 mm kamera Kodak Professional
DCS 200, 1524 x 1012 element CCD). Problém nastává práv p i po izování
dat na velký formát. Zatím nebyly konstruovány tak velké matice CCD, aby
vytla ily velkoformátové fotografické komory, jejichž klasické snímky jsou
pro následné zpracování dodate n skenovány. Pro družicové snímkování byly
CCD matice použity vesm s u pokusných poloamatérských družic s malou
rozlišovací schopností konstruovaných na univerzitách (nap . UOSAT,
Uribyol, Posat).
- 44 (115) -
Po izování dat
Obr. 2-12 Elektronické skenery (podle Kolá ,J., 1997)
Ozna ení
Nosi
Stát
Po et
pásem
Spektrální pásma
(v µm)
Rozlišova Perioda
cí
(dní)
schopnost
Výška
Záb r
(v km)
(v km)
830
60(PAN
)
Poznámka
(m)
HRV
SPOT1,2,3 Francie
4
0,5-0,75(PAN) / 0,5-0,59 / 0,610,68
0,79-0,89
MOMS-01
Space
Shuttle
SRN
2
0,575-0,625 / 0,825-0,975
MOMS-02
Space
Shuttle
SRN
7
0,44-0,505 / 0,53-0,57 / 0,6450,68
10(PAN)
20
stereo
60
20
mise
300
140
SPAS,1983,84
0,77-0,81 / 0,52-0,76(PAN)
0,52-0,76(PAN)
MSU-E
Resurs-O1
Rusko
3
0,5-0,6 / 0,6-0,7 / 0,7-0,9
45x33
21
650
45
OPS
JERS-1
Japonsk
o
8
0,52-0,6 / 0,63-0,69 / 0,76-0,86
18x24
44
568
45
VIS+stereo
mimo provoz
50
17
909
2x100
2 skenery
stereo
0,76-0,86(st.) / 1,6-1,71 / 2,012,12
2,13-2,15 / 2,27-2,4
MESSER
MOS-1
Japonsk
o
4
0,51-0,59 / 0,61-0,69 / 0,73-0,80
0,80-1,10
PAN
IRS-1C
Indie
1
0,5-0,75(PAN)
5,8
24(5)
817
70
LISS I
IRS1A,B,P2
Indie
4
0,48-0,52 / 0,52-0,59 / 0,62-0,68
72,5
22
817
148
0,77-0,86
- 45 (115) -
LISS II
IRS1A,B,P2
Indie
4
LIS III
IRS-1C
Indie
4
0,48-0,52 / 0,52-0,59 / 0,62-0,68 36,(32x37 22(24)
)
0,77-0,86
0,52-0,59 / 0,62-0,68
23,6(1-3)
0,77-0,86 / 1,55-1,70(4)
70,8(4)
0,62-0,68 / 0,77-0,86
188
WiFS
IRS-1C,P3
Indie
2
MOS-A
IRS-P3
SRN.Ind
ie
4
MOS-B
IRS-P3
SRN.Ind
ie
13
13 pásem mezi 0,408-1,01 po
0,01
MOS-C
IRS-P3
SRN.Ind
ie
1
AVNIR
ADEOS
Japonsk
o
GEC MA
357
UOSAT
V.Britán
ie
24
817
74
817
142
148(4)
5
817
774
817
195
523
817
200
1,5-1,7
523x644
817
192
5
3xVIS, / 1xNearIR / 1xPAN
16
797
80
1
0,4-0,7
1800
520
480
4 pásma v intervalu 0,755-0,768 1569x139
5
- 46 (115) -
41
vegetace
matice CCD
Po izování dat
Optický systém elektronického systému HRV (High Resolution Visible) má
optickou vzdálenost 108 cm. HRV má záb r 60 km, protože je osazován na
družici SPOT (výška dráhy cca 830 km) ve dvojici je celková ší e jejich záb ru
117 km s 3 km p ekrytím.
Soustava detektor obsahuje ádku celkem 6912 idel (6000 pro obraz) pro
každé spektrální pásmo. Detektory jsou rozd leny na 4 ásti a po 2 umíst ny na
st nách detektorových sk ín k o délce 78 mm. Velikost idel je 13 µm,
p esnost nalepení idel je 1 µm, citlivost idel se neliší o více než 5%. Užívá se
kvantování obrazu na 6 bit p i kompresi dat. HRV jsou p izp sobeny pomocí
p edsazeného zrcadla pro m ení bo ním pohledem až do úhlu 27°. Tím je
umožn n jeden ze zp sob stereoskopického pozorování a výrazn se zlepšuje
termínové rozlišení, které je normáln 26 dní.
Na výstupu z detektoru jsou k dispozici nap ové signály, které reprezentují
ur itý údaj o spektrální zá ivosti zkoumaného objektu. Pro další vyhodnocení
t chto údaj je však nutné signál ur itým zp sobem zpracovat a zaznamenat.
Tento proces p edstavuje složitý technický problém, protože je nutné
zabezpe it co nejmenší degradaci zachycené informace. U n kterých typ
skener se musí data elektronicky upravovat. Pokud je skener umíst n na
letadle, je zpravidla možné po ídit záznam m ených hodnot na vhodné
magnetické medium. U družicových m ení se musí zajistit jejich vysílání
radiovou cestou do pozemní p ijímací stanice. Oba zp soby jsou v zásad
totožné, liší se jen zp sobem p enosu nam ených dat k pozemnímu
zpracování. Jednotlivé ásti systému jsou:
• vícestup ový p edzesilova detektoru
• kalibra ní elektronika
• sm šova m eného a kalibra ního signálu
• záznamové medium
• kontrolní jednotka
V p ípad družicového m ení se v systému musí ješt použít vysíla . Je
umíst n bu p ed záznamovým za ízením v p ípad p ímého vysílání dat a
nebo až za ním, pokud m ení bylo uskute n no mimo dosah p ijímací stanice.
Výstupní signál idla je obvykle slabý, a proto musí být p ed dalším
zpracováním zesílen. Jeho tvar je pro další modifikaci uzp soben bu do
analogové nebo digitální formy.
V p ípad analogového výstupu je signál zpracováván jako asová ada, jejíž
amplituda odpovídá vstupnímu signálu. V této podob je po zesílení a
frekven ní úprav zaznamenán na magnetické medium spole n se signály
všech m ících detektor . Analogový systém je technicky mén náro ný, má
však t i hlavní nedostatky, a to:
1. vyžaduje p esnou znalost p enosových charakteristik všech
záznamovém za ízení
ástí v
2. vzhledem k omezení amplitudového rozsahu je p i záznamu vždy ást
informace ztracena
- 47 (115) -
3. p i dalších záznamech získaného souboru dat a jeho op tovném p ehrávání
se kvalita signálu stále snižuje.
Tyto nevýhody jsou odstran ny digitálním zp sobem záznamu. Digitální signál
se získává p em nou nap ového pulsu v analogo-digitálním konvertoru na
binární íselný výstup. Konvertor ode ítá okamžitou velikost signálu s
dostate nou frekvencí, aby byla zaru ena co nejp esn jší íselná ada na
výstupu. Frekvence ode tu by m la být alespo dvojnásobkem ší ky signálu na
vstupu. V íselné podob mohou být data zaznamenávána, zesilována,
zeslabována nebo vystavena jakémukoli zkreslení, avšak ke ztrát informace
dojde jen v tom p ípad , když rušivé vlivy budou natolik silné, že íselná ada
nebude itelná. íselná ada je v digitálním systému vystavena minimálnímu
zkreslení a celý systém m že sledovat p vodní signál s vysokou v rností. Ve
srovnání s analogovým systémem je digitální systém schopen reprodukovat
signál s vysokou p esností a p enášet v tší rozsah dat. P i další reprodukci
zaznamenaných íselných dat nedochází k žádnému dalšímu snižování jejich
jakosti. Další výhodou tohoto zp sobu je jeho vysoká asová p esnost, která
zaru uje bezchybné zaznamenávání dat z více detektor na jedno záznamové
medium. Sou asný rychlý pokrok elektronického pr myslu dovoluje používat
integrovaných obvod a jiných standardních komplexních produkt , které staví
digitální systém cenov i rozm rov na úrove analogového systému.
Mezi m ená data jsou sm šova em za azovány v ur itých intervalech
kalibra ní údaje. Jejich hodnota je p i pozemním zpracování použita ke korekci
dat. Výkonný skener však po izuje velké množství dat a je proto t eba co
nejvíce omezovat hustotu p enášených dat. Kalibra ní data je proto lepší
používat pro korekci signálu ješt p edtím, než je zaznamenán. Zvýší se tím
produktivita celého systému, nebo není t eba provád t korekci dat a ani
kalibra ní data zaznamenávat.
Kvalita zaznamenaných dat je velice siln závislá na kvalit záznamového
za ízení. Jejich výraznou vlastností musí být vysoká hustota záznamu i velká
celková kapacita. Zvolíme-li p íklad, pak: Multispektrální skener registruje
ádov stovku ádek za sekundu. V jedné ádce je více než tisíc jednotlivých
element . Jeden detektor pak poskytne na výstupu ádov 103 digitálních
hodnot za sekundu. Po et detektor (nemusí souhlasit s po tem spektrálních
pásem) je v pr m ru kolem 20. P evedeme-li každé íslo do osmibitové formy,
pak to znamená, že celková hustota dat na výstupu z našeho skeneru je ádov
16 Mbit.s-1. Tak velkou hustotu dat je možné zaregistrovat pouze za ízením s
vysokými kvalitativními parametry.
Kone ná délka záznamového media m že být limitujícím faktorem pro délku
m ení.
Významnou inovaci radiometru HRV znamenalo zavedení p ístroje HVRIR
[=High Resolution Visible and Infra Red] s velikostí záb ru 2×60 km a
rozlišením 10 m v monochromatickém režimu, resp. 20 m v multispektrálním
režimu (4 kanály B1: 0,50 - 0,59 µm, B2: 0,61 - 0,68 µm, B3: 0,78 - 0,89 µm,
SWIR: 1,58/1,55 to 1,75 µm) na družici SPO-4, resp. skeneru HRG [=High
Resolution Geometric] se stejnými spektrálními vlastnostmi jako HVRIR, ale
díky umíst ní dvou p ístroj vedle sebe nap í letu dává rozlišení 2.5 m v
panchromatickém pásmu, 10 m ve viditelných spektrálních pásmech a 20 m ve
st edním infra erveném pásmu.
- 48 (115) -
Po izování dat
2.2.2
Aktivní p ístroje
Radarové mapování je typem aktivního systému, který umož uje rychle a
nezávisle na po así, denní a ro ní dob získat p esn jší údaje o geomorfologii a
geologické stavb , než nap . p i leteckém snímkování. Tyto systémy vysílají
mikrovlnný signál a m í charakteristiky signálu odraženého od zemského
povrchu (tab.4). Nej ast ji se využívají vlnové délky Ka-pásma (0.8-1.1 cm),
X-pásma (2.2-3.8 cm), C-pásma (3.8-7.5 cm) a L-pásma (15-30 cm). ím delší
je vlnová délka, tím hloub ji pronikají mikrovlny pod zemský povrch.
Podle uspo ádání se rozlišuje stranový radar s reálnou aperturou s 5 – 6 metr
dlouhou anténou, radar se syntetickou aperturou (SAR), který integrací
m ených signál simuluje efektivní anténu o délce 100 i více metr a tím
získává mimo ádn vysokou rozlišovací schopnost ( ádov v metrech) a
inverzní SAR s dvakrát vyšším rozlišením.
Charakter odraženého signálu závisí jednak na vlastnostech radarového
systému, jednak na vlastnostech terénu (polarizace, dielektrická konstanta,
morfologie a hrubost povrchu, úhel dopadu). Na základ toho lze vytvá et
digitální model terénu, studovat vegeta ní pokryv a horninové typy.
- 49 (115) -
Obr. 2-13 Radarové systémy
Název
Nosi
Stát
za ízení
SAR
SAR
ERS (1, 2)
(ESA)
RADARSAT Kanada
Úhel
pohledu
Perioda
(dny)
h
(km)
(°)
Rozlišovací
schopnost
(m)
23
30 - 50
3 - 35
785
20 - 50
25 x 28
20 - 40
48 - 25 x 28
37 - 48
11 x 9
20 - 40
50 x 50
20 - 50
100 x 100
50 - 60
22 - 19 x 28
10 - 20
63 - 28 x 28
SAR
ALMAZ-1
Rusko
30 - 60
10 - 15
SAR
SeaSat
USA
20,26
25
SAR
JERS-1
Japonsk
o
38,5
18
RLSBO
Kosmos
(1500,
1602,1869)
Rusko
35
RBO
Okean
Rusko
SIR A Space Shuttle
USA
47 - 53
3 - 35
800
Záb r
(km)
Pásma
provozu
Poznámka
(vlnová délka)
100 500
C (5,66 cm)
polarizace LV
100
C (5,7 cm)
polarizace HH
Image, Wave,
Wind
150 165
45
300
500
75
170
300
2 x 350
S (10 cm)
polarizace HH
800
100
L(23,5 cm)
polarizace HH
568
75
L (23 cm)
polarizace HH
2000 x 600
650
475
S (10 cm)
1800 x 2000
630
460
X(3 cm)
260
50
L(23,5 cm)
40
5 - 11
44
mise
- 50 (115) -
polarizace HH
Po izování dat
Název
Nosi
Stát
za ízení
SIR B
Space Shuttle
USA
SIR
C/X
Space Shuttle
USA
Úhel
pohledu
Perioda
(dny)
h
(km)
(°)
Rozlišovací
schopnost
(m)
15 - 60
14 - 46
mise
260
mise
- 51 (115) -
Záb r
(km)
25
Pásma
provozu
Poznámka
(vlnová délka)
L(23,5 cm
C,X
stereo
Po izování dat
Radary pracují v oboru krátkých radiových vln (SLAR, SAR se syntetizující
anténou aj.).
P ístroje, ozna ované jako lidary (Light Detection And Ranging), emitují
krátkodobé laserové impulsy (v ádu nanosekund) a m í dobu p íchodu
odražených vln, jejich rozptyl atd. Podle zp sobu innosti se rozlišují t i typy
lidar a to:
•
laserové dálkom ry (výškom ry, hloubkom ry) a skenery,
• diferenciální absorb ní lidary, kterými lze ur ovat koncentraci ozónu,
vodních par a polutant v atmosfé e,
• dopplerovské lidary pro m ení rychlosti pohybu pevných a
atmosférických objekt .
P edm tem m ení jsou charakteristiky laserového paprsku po jeho pr chodu
atmosférou. Lidarové systémy s m ením p ijatého výkonu na nosné frekvenci
nacházejí uplatn ní zejména v:
• m ení hranic obla nosti a zne išt ných oblastí,
• mapování zne išt ných oblastí
• m ení celkové koncentrace zne išt ní atmosféry
• m ení optických charakteristik atmosféry.
Altimetry jsou za ízení ur ená pro radiové m ení výšky. Údaje se používají
pro ur ování tvaru geoidu, dráhy družic a pro ur ování výšky vln, tlouš ky
ledové pokrývky aj.
Skaterometry jsou za ízení pro m ení rozptylu odraženého zá ení od objekt .
Je odvozeno od radiového výškom ru. Vysílá polarizovaný signál ve form
zá ení o vlnové délce do 2 m, jehož rozptyl je siln závislý na terénu. Odezva
vyslaného signálu je ukládána na záznamové za ízení a dále zpracovávána.
Jako p íklad takového za ízení m že sloužit skaterometr v sestav experimentu
S193 RADSCAT (Skylab) s anténou o pr m ru 114 cm nebo za ízení SBUV
na družicích typu TIROS a NIMBUS.
2.2.3
Srovnání snímacích za ízení
Technologie využívající fotografických princip vykazují:
• velkou prostorovou (geometrickou) rozlišovací schopnost,
• spektrální rozlišovací schopnost, která je siln omezena technickými
parametry fotografického materiálu a optických za ízení fotografických
komor,
• obtíže p i doprav exponovaných filmových materiál na Zemi,
• malou operativnost využití.
Technologie využívající skanerových princip vykazují:
• menší geometrické rozlišení ( asto využívaný dynamický režim snímání z
družic p ináší celou adu deformací obrazového záznamu),
- 53 (115) -
• vysoké spektrální rozlišení,
• p enositelnost informací do opera ních st edisek v reálném ase,
•
využitelnost p i monitorování jev a objekt zemského povrchu.
- 54 (115) -
Nosi e
3
Nosi e
K registraci zá ivých tok se p itom využívá p ístroj (detektor ) umíst ných
na:
• speciálních pozemních stavbách (stožáry, je áby, visuté lanové dráhy aj.),
• upoutaných i “ iditelných” balónech a vzducholodích,
• radiem ízených modelech letadel,
• na malých pilotovaných letadlech r zných konstrukcí a nosností od tzv.
“ultralight ” až po dopravní a nákladní letadla typu “aerotaxi”,
• na letadlech st edního a velkého doletu a výškového dostupu
• na raketách (v etn balistických), um lých družicích Zem a kosmických
lodích.
Mnohá snímací za ízení je t eba, již kv li jejich konstruk nímu ešení (nap .
multispektrální skener), umístit na pohyblivém nosi i. Jeho volba je ovšem
závislá na použitém snímacím za ízení a na cílech provád ných snímkovacích
experiment . Nejpoužívan jší druhy nosi jsou letadla a um lé družice Zem ,
pro n které speciální práce, vývojové a ov ovací m ení lze použít i balón a
helikoptér.
3.1.1
Kosmické nosi e
Vyslání prvního um lého satelitu na ob žnou dráhu kolem Zem znamenalo v
krátké dob revoluci v oblasti sb ru dat pro dálkový pr zkum.
Mezi kosmické nosi e adíme:
• rakety (v etn balistických)
• pilotované a nepilotované um lé družice Zem
• orbitální stanice
3.1.1.1 Um lé družice Zem
Dálkový pr zkum Zem je zajiš ována jak státními a nadnárodními
institucemi, tak komer ními firmami. Nap . v USA zajiš uje v letech 19952000 stát kosmický program NOAA, LANDSAT a EOS a komer n jsou
zajišt ny programy GDE, Space Imaging, Orbimage, Earth Watch, Resource
21, TRW Lewis a CTA Clark.
Družice a orbitální stanice poskytují, oproti letadl m, n které významné
výhody, které v tšinou vyplývají z jejich podstatn v tší výšky letu, a to:
• p i pom rn malých úhlech záb ru se do zorného pole snímacích za ízení
dostane mnohem v tší plocha zemského povrchu. Družicová m ení proto
mají komplexn jší pohled na situaci v daném území v jeden okamžik
m ení. Plošná snímací kapacita družicového skeneru je oproti leteckému
skeneru nap .až 5.103 krát v tší. Tato vlastnost je d ležitá zejména pro
možnost porovnání výsledk v r zných ástech m eného území, protože
p i družicovém m ení jsou zaznamenávaná data po ízena p i stejných
- 55 (115) -
meteorologických i sv telných a tepelných podmínkách. Družicové m ení
obsáhne b hem n kolika desítek sekund plochu, jejíž zm ení p i by použití
leteckého nosi e trvalo n kolik dní. Za tak dlouhou dobu se nejen zm ní
sledované fyzikáln -chemické, resp. biologické parametry zemských
objekt , ale zhoršení meteorologické situace m že celé m ení v bec
znemožnit.
• družicové nosi e jsou schopny trvale provád t opakovaná m ení téhož
území. P itom je dosahována termínová rozlišovací schopnost obvykle 15 20 dní, což je pro letecké m ení na v tším území nedosažitelná hodnota.
P i konstantní rychlosti družice, pohybující se v tšinou po kruhové dráze, je
hlavním ur ujícím prvkem, který determinuje termínové rozlišení, výška
dráhy. Výsledná frekvence opakovaného m ení je dále ovlivn na ší kou
záb ru snímacích za ízení. Zna ným omezením v maximálním využití
termínového rozlišení je obla nost, zejména pak pro studium zemského
povrchu ve viditelné a infra ervené ásti spektra.
• družicový dálkový pr zkum
zp ístup uje nam ené údaje
bezprost edn po jejich získání, nebo-li v reálném ase. Data jsou
p enášena radiovou cestou do pozemních p ijímacích stanic, které jsou v
dosahu družice v dob jejich m ení. Každá p ijímací stanice je zam ena na
p íjem jen n kterých typ družic. Pro záznam dat z území ležících mimo
dosah p ijímacích stanic, se používá záznamu na palubní magnetofon, tedy
stejného zp sobu, jaký je používán p i aplikaci leteckého dálkového
pr zkumu Zem . Pokrok v družicové telekomunika ní technice již dovolil
zahájit p edávání dat p es spojové družice, které jsou na geostacionární
dráze a jsou v neustálém spojení s pozemní stanicí. Tímto zp sobem lze
dosáhnou p íjmu m ených dat v reálném ase v kterémkoliv míst na Zemi.
Životnost družic pak závisí p edevším na výšce a typu dráhy a na jejich
materiálním zabezpe ení (palivo, charakter energetických zdroj , chladící
nápln aj.).
Obr. 3-1 Orienta ní životnost družic v závislosti na výšce jejich dráhy
Výška dráhy v km 500
Životnost družice 5 let
200
30 dní
150
3 dny
Pro zajišt ní geometrické kvality nam ených dat musí být družice
stabilizována. Ve srovnání s letadlem jde o mnohem snazší a efektivn jší
proces. Je to p edevším proto, že na družici nep sobí rušivé vlivy atmosféry.
Družice na geostacionární dráze jsou v tšinou stabilizovány rotací kolem své
osy rovnob žné s osou zemské rotace.
Družice na nízkých drahách jsou stabilizovány ve všech t ech osách s
konstantní polohou vzhledem k Zemi (t íosý gyroskopický stabilizátor).
Protože gyroskopy podléhají precesi, nemohou sloužit k absolutní prostorové
orientaci celého systému. Jediným zp sobem, jak udržet p esnou sm rovou
orientaci, je vytý ení n jakého obecného, absolutn nem nného sm ru. K
zachycení tohoto sm ru slouží tzv. hv zdná idla. Jde v podstat o velmi malé
CCD kamery s citlivostí nastavenou na bezchybnou detekci a identifikaci
nejjasn jších hv zd. Jejich úkolem je najít jednu konkrétní hv zdu a udržet ji
- 56 (115) -
Nosi e
ve st edu zorného pole. Každá zm na orientace se projeví tím, že v CCD
kame e bude ozá en jiný detektor snímací matice, než na který bylo idlo
nastaveno. To se stane podn tem, aby palubní po íta vyhodnotil sm r a
velikost výchylky a vydal p íslušné pokyny ke korekcím.
Odchylky od požadované polohy jsou ve srovnání s letadlovými údaji
zanedbatelné. P esto jsou všechny zm ny v orientaci družice registrovány
palubním orienta ním systémem a jako dopl ující údaje jsou p edávány na
Zemi.
Družice jsou vybaveny aktivním motorickým systémem, který se používá ke
korekcím drah družic a ke korekci jejich orientace. etnost užití tohoto
motorického systému m že být i limitujícím faktorem životnosti družic. V
sou asné dob je však tímto limitujícím faktorem spíše
spolehlivost
elektronických systém družic. U sou asných družic pro dálkový pr zkum
Zem se pohybuje jejich životnost od jednoho do sedmi i více let.
Pro ú ely dálkového pr zkumu je navíc nezbytné vybavení satelitu systémem
velmi p esné prostorové orientace.
Základním požadavkem na data dálkového pr zkumu je jejich spolehlivá
porovnatelnost s n jakým etalonem a tedy také vzájemn mezi sebou.
Vzájemná porovnatelnost dat nap . umož uje sledovat asový výskyt ur itého
jevu, chování objekt na zemském povrchu apod. P i volb dráhy budoucího
satelitu je nutno vzít v úvahu t i základní požadavky, a to:
• radiometrickou srovnatelnost dat, vyžadující snímkování za standardního
osv tlení
• geometrickou kvalitu umož ující p esnou lokalizaci objekt ,
• opakovatelnost m ení v ur itém dostate n krátkém cyklu.
Po navedení na ob žnou dráhu se družice pohybuje p evážn setrva ností, bez
vlastního pohonu. Dráha jejího pohybu se ídí zákony nebeské mechaniky.
Protože hmotnost družice je vzhledem k hmotnosti obíhaného t lesa (Zem )
zanedbatelná, platí pro její pohyb Keplerovy zákony. Vlastní družice pak, jako
hmotné t leso, podléhá zákon m všeobecné gravitace, definovaným již v 16.
století Isaacem Newtonem
3.1.1.2 Sou adnicové soustavy
P i praktickém ešení problém pohybu družice se pro vyjad ování její polohy
používají t i základní druhy sou adnicových soustav, z nichž každá má svou
pravoúhlou i sférickou modifikaci.
geocentrická soustava, její po átek M je v hmotném st edu Zem (t žišti),
základní rovinou je rovina rovníku a základním sm rem je sm r osy rotace
Zem . Pravoúhlá soustava má osu X rovnob žnou s rovinou základního
(greenwichského) astronomického poledníku (p ípadn ve sm ru k jarnímu
bodu ν), osu Y sm ující na východ a osu Z v ose rotace Zem . Sférická
(rovníková) geocentrická soustava má sou adnice: geocentrický pr vodi r,
greenwichský hodinový úhel tG, (p ípadn rektascenzi α) a deklinaci δ.
referen ní geodetická soustava, jejíž po átek O je ve st edu referen ního
elipsoidu, základní rovinou je rovina referen ního geodetického rovníku a
- 57 (115) -
základním sm rem je sm r osy rotace referen ního elipsoidu. Pravoúhlá
referen ní soustava má osu Xr rovnob žnou s rovinou základního
(greenwichského) geodetického poledníku, osu Yr sm ující na východ a
osu Zr v ose rotace referen ního elipsoidu. Sférická referen ní soustava má
sou adnice: geodetický pr vodi družice rr, greenwichský hodinový úhel
tGr (p ípadn rektascenzi αr) a deklinaci δr.
topocentrická soustava, jejíž po átek P je v míst pozorování na
zemském povrchu. Osy pravoúhlé topocentrické soustavy mohou být
orientovány bu jako osy soustavy geocentrické (X/, Y/, Z/) nebo jako osy
soustavy referen ní (Xr/, Yr/, Zr/). Analogicky platí pro sférickou
topocentrickou soustavu varianta ρ (topocentrický pr vodi ), tG/, (α/), δ/
nebo ρ, tGr/, (αr/), δr/.
3.1.1.3 Nerušený (ideální) pohyb družice
V idealizovaném p ípad popisuje relativní polohu družice vzhledem ke
geocentru vektorová diferenciální rovnice druhého ádu
r // +
µ
r3
⋅r =0
kde r je geocentrický pr vodi družice. Za gravita ní parametr µ lze v tomto
GM, protože
p ípad brát p ímo centrickou gravita ní konstantu Zem
hmotnost družice m je zanedbatelná vzhledem ke hmotnosti Zem M. Tvar
dráhy družice op t souvisí s její rychlostí podle integrálu energie.
Ur it polohu družice na ideální dráze v prostoru pro libovolný zvolený
okamžik umož uje znalost základních dráhových element .
Obr. 3-2 Základní dráhové elementy
Skupina element
Poloha dráhy v
prostoru
Tvar dráhové
elipsy
Ozna ení
Ω
Slovní popis
délka výstupního uzlu
i
sklon dráhy (úhel roviny ekliptiky s
rovinou dráhy)
velká poloosa dráhy
a
e
Poloha ob žnice
na dráze
tP
íselná excentricita (pom r vzdálenosti
ohniska kuželose ky od st edu a velké
poloosy)
as pr chodu perigeem
ω
argument perihelia (úhel uzlové áry s
p ímkou apsid)
Poznámka: Jako šestý element se n kdy bere místo asu TP st ední anomálie
M0 p íslušející ur itému zvolenému asovému okamžiku T0.
Pr m t dráhy protne sv tový rovník ve výstupném a sestupném uzlu. Spojnice
obou uzl se nazývá uzlová ára. Rektascenze výstupného uzlu Ω je úhlová
vzdálenost výstupného uzlu od jarního bodu ν. Nejbližší bod dráhy vzhledem k
- 58 (115) -
Nosi e
t žišti Zem je perigeum DP, nejvzdálen jší bod je apogeum DA. Jejich
spojnice se nazývá p ímka apsid.
3.1.1.4 Výpo et ideální dráhy um lé družice Zem
2
P i znalosti dráhových element družice je již snadné vypo ítat dobu ob hu a
pravoúhlé geocentrické sou adnice (s p esností na cm) pro konkrétní asový
okamžik.
Výpo et ob žné doby τ:
µ
n=
a3
2π
n
r=
kde
n - st ední úhlová rychlost [s-1]
τ - ob žná doba
µ - GM - centrická gravita ní konstanta (398 600,5.109 m3s-2)
Výpo et st ední anomálie M:
M = n(UTC − t p )
kde UTC je koordinovaný sv tový as.
Výpo et excentrické anomálie E:
Excentrickou anomálii E, formalizuje tzv. Keplerova rovnice
M = E − e ⋅ sin E ,
kterou lze ešit iterací
Ei = M + e ⋅ sin Ei −1
nebo rozvojem v adu.
Výpo et pravé anomálie v:
tg
ν
2
= tg
E 1+ e
2 1− e
Výpo et argumentu deklinace u:
u = ω +ν
Výpo et délky pr vodi e ∆=R:
∆ = R = a(1 − e ⋅ cos E )
2
v = M = E = 0 pro perigeum, v = M = E = 180 pro apogeum, r = R = ∆
pr vodi (m ní se)
- 59 (115) -
∆=R=
(
)
a 1 − e2
1 + e ⋅ cosν
Výpo et pravoúhlých geocentrických sou adnic X, Y, Z v neinerciálním
sou adnicovém systému:
S = S 0 + UT 1(1 + µ )
X = R[cos u cos(Ω − S ) − sin u sin (Ω − S )cos i ]
Y = R[cos u sin (Ω − S ) + sin u cos(Ω − S )cos i ]
Z = R ⋅ sin u sin i
s možností kontroly
R = X 2 +Y2 + Z2,
kde
S - hv zdný as na nultém poledníku
S0 - rozdíl mezi hv zdným a st edním slune ním asem na nultém
poledníku
UT1 - st ední slune ní as na nultém poledníku (UTC = UT1 + DUT1)
1+ µ =
τ +1
, kde τ je délka tropického roku (365,2421954 dní).
τ
Výpo et geocentrických pravoúhlých sou adnic X*, Y* , Z* v inerciálním
sou adnicovém systému:
X * = X cos S − Y sin S
Y * = Y cos S + X sin S
Z* = Z
Tyto záv ry mají za jeden z d sledk formulování kosmických rychlostí:
První kosmická rychlost je rychlost, p i které se p esn vyrovnává gravita ní
p sobení s odst edivou silou. Družice se pak pohybuje po kruhové dráze. Pro
dráhu ve výši 200 km nad povrchem Zem je 7,784 km s-1.
Pokud je rychlost vyšší než kruhová, družice se pohybuje po elipse. Vzroste-li
rychlost tak, že se dráha zm ní na parabolu, mluvíme o únikové rychlosti,
nebo také o druhé kosmické rychlosti. U povrchu Zem iní 11,180 km s-1.
T etí kosmická rychlost je úniková rychlost vzhledem ke Slunci (tedy ze
slune ní soustavy) a u Zem je 16,67 km s-1.
3.1.1.5 Skute ný pohyb um lé družice Zem
Vypo ítat skute nou dráhu poniž letí družice je velmi složité. Na její pohyb má
vliv nejen p itažlivost Zem , M síce, Slunce a ostatních nebeských t les, nýbrž
i odpor zemské atmosféry a tlak slune ního zá ení. Ve výškách p es tisíc
kilometr nad Zemí p evládá p sobení tlaku slune ních paprsk , ve výškách
nižších zase atmosféra. Zatímco gravita ní vlivy nebeských t les se dají
spo ítat bez v tších obtíží, s vlivy negravita ními to je složit jší - Slunce, které
ovliv uje veškerý meziplanetární prostor pracuje dost nepravideln . Velmi
p esná p edpov
polohy družice ve výškách pod 600-800 km je tak ka
- 60 (115) -
Nosi e
nemožná. Tento záv r vede k vývoji metod ur ení vlivu atmosféry na
dynamiku již b hem letu).
Skute ná dráha družice se tedy ú inkem mnoha rušivých vliv odchyluje od
ideální keplerovské dráhy. Elementy dráhy v reálných podmínkách nejsou
stálé, neustále se m ní s asem. Podle povahy je možné rušivé vlivy d lit na
gravita ní a negravita ní.
Gravita ní poruchy dráhy mají p í inu v rozdílu skute ného a idealizovaného
tvaru Zem (pólovém zplošt ní, nehomogenním rozložení hmot v zemském
t lese a pod.) a v gravita ním p sobení dalších t les, zejména M síce a Slunce
(tzv. lunisolární poruchy).
Mezi negravita ní poruchy dráhy pat í p edevším bržd ní družice o atmosféru,
vliv tlaku slune ního zá ení (p ímého i odraženého od Zem ), ale i PoyntingRobertson v efekt, Jarkovského efekt, Schach v jev, tlak meziplanetární
hmoty, slune ní vítr, ovlivn ní magnetickým polem Zem , relativistický efekt.
Podle
asového pr b hu se dráhové poruchy d lí
(krátkoperiodické a dlouhoperiodické) a sekulární (obr. 4).
na
periodické
D sledky p sobení rušivých vliv jsou stá ení uzlové áry, stá ení p ímky
apsid, zm ny sklonu roviny dráhy, zm ny tvaru a velikosti dráhové elipsy,
zm ny okamžiku pr chodu družice perigeem resp. zm ny st ední anomálie MO.
Teoreticky lze tyto asové zm ny dráhových element vyjád it nap .
Lagrangeovými planetárními rovnicemi.
Z výpo tu (dosazení parciálních derivací do Lagrangeových rovnic) vyplývá,
že pólové zplošt ní Zem vyvolává sekulární poruchy pouze u element Ω, ω,
MO. Dále se dá dokázat, že uzlová ára se stá í tím rychleji, ím menší je sklon
dráhy i. Pro i > 90O je pohyb uzlové áry p ímý (direktní), pro i < 90O zp tný
(retrográdní). Pro polární dráhu (i = 90O) je precese roviny dráhy nulová.
Zm na argumentu perigea je nulová pro sklony i1 = 63,4O a
i2 = 116,6O.
O
Extrémních hodnot nabývá pro i = 0 (záporné maximum) a pro i = 90O
(kladné maximum). Zm na ob žné doby družice op t závisí na velikosti sklonu
dráhy i.
Rušivé vlivy p itažlivosti M síce a Slunce mají závažn jší význam pouze u
vysokých a excentrických drah. Vyvolávají sekulární poruchy element Ω, ω a
dlouhoperiodické poruchy ostatních element s výjimkou velké poloosy dráhy
a.
Pro vyjád ení negravita ních poruch (vyvolaných silami nekonzervativními) se
používá modifikovaných Lagrangeových planetárních rovnic, v nichž namísto
derivací poruchového potenciálu vystupují složky rušivé sily ve sm ru
pr vodi e, binormály a transversály. Nazývají se Gausovy planetární rovnice).
Z negravita ních poruch mají nejv tší význam bržd ní o atmosféru a vliv tlaku
slune ního zá ení. Spole ným rysem je však nep esná znalost jejich velikosti a
z toho vyplývající potíže p i jejich matematickém ur eni, viz. zmínka v úvodu
odstavce.
Odpor atmosféry m ní tvar dráhy družice. Dráha se stává kruhovou, její
polom r se zmenšuje a rychlost pohybu družice se zv tšuje, až družice zaniká
v hustých vrstvách atmosféry (kritická výška je asi 150 km).
- 61 (115) -
Tlak atmosféry vyvolává sekulární a dlouhoperiodické zm ny tvaru dráhy
družice a rovn ž menší zm ny element Ω, i. Nutno ješt poznamenat, že
krom p ímého slune ního zá ení se rušiv projevuje i zá ení odražené od
povrchu Zem . Jak již bylo uvedeno, ú inek tlaku slune ního zá ení p evládá
nad brzdícím efektem atmosféry p i v tších výškách ob žné dráhy družice (nad
1000 km).
3.1.1.6 Ur ování skute ných drah družic
Pro ur ení šesti element dráhy družice je t eba mít šest nezávislých podmínek.
Existuje celá ada metod ur ení dráhy v závislosti na r zných výchozích
podmínkách, které jsou v daném p ípad k dispozici.
Ur ování skute né dráhy družice probíhá nej ast ji ve dvou fázích:
o ur ení p ibližných (p edb žných) hodnot dráhových element
o jejich zp esn ní (výpo et oprav p edb žných element ).
V první fázi se zpravidla po ítají elementy nerušené (keplerovské) dráhy, v
druhé se již uvažují rušivé vlivy. Protože dráhové elementy se s asem m ní,
jde prakticky o neustále se opakující proces.
Vypo tené elementy dráhy proto platí pouze pro ur itý asový okamžik a
nazývají se oskula ní elementy. Tyto elementy ur ují tzv. oskula ní dráhu,
která je keplerovská, dotýká se skute né dráhy družice v jediném bod a má
zde totožný vektor rychlosti s touto družicí. Kdyby v okamžiku oskulace
p estaly p sobit rušivé vlivy, družice by se pohybovala dále po ideální dráze
dané oskula ními parametry.
3.1.1.7 Typy drah um lých družic Zem
Pokud se jedná ist o kosmické nosi e snímacích aparatur, pak se mohou
pohybovat na:
•
polární, resp. subpolární dráze
•
sklon né (šikmé) dráze,
•
synchronní (nap . geostacionární, nebo-li rovníkové) dráze.
Podle tvaru dráhy satelitu rozlišujeme:
• kruhovou dráhu (cirkulární),
• parabolickou dráhu,
• hyperbolickou dráhu.
Polární dráhy mají sklon k rovníku i =90°, rovníkové dráhy mají i = 0°. Dráhy
s obecným sklonem i bývají nazývány jako dráhy šikmé.
Synchronní dráha je taková, kdy družice ob hne Zemi práv za dobu jedné
oto ky kolem osy. Zvláštním p ípadem synchronní dráhy je dráha stacionární,
kdy družice zdánliv visí nad jedním bodem rovníku.
Požadavky na parametry drah družic závisí na zp sobu, jakým jsou družice
využívány.
- 62 (115) -
Nosi e
3.1.1.8 Družice na subpolárních a polárních drahách
Základním požadavkem je, aby byla spln na podmínka geometrické i
radiometrické srovnatelnosti po ízených snímk . Proto je pot eba volit dráhu
družice tak, aby se co nejmén m nily geometrické a sv telné podmínky p i
snímání obrazu zemského povrchu. K dodržení geometrické stability obrazu
nejlépe poslouží kruhová (cirkulární). dráha, na níž se nem ní vzdálenost
družice od zemského povrchu (lze si dovolit ur itou malou nep esnost, cca 2 3 km, vzhledem k nep íliš ideálnímu tvaru zemského t lesa). Vedle toho je
samoz ejmou snahou zajistit, aby bylo možno p ístrojovým vybavením
pozorovat pokud možno jakékoliv místo na zemském povrchu. Jediným
zp sobem, jak to zajistit, je navést družici na tzv. polární dráhu, tzn. že tato
dráha by m la protínat rovník zhruba pod pravým úhlem a míjet oba zemské
póly.
Aby byla zajišt na opakovatelnost m ení, je nutno ob h satelitu
synchronizovat s rotací Zem . Do zorného pole aparatury se vejde jen úzký pás
zemského povrchu a p i dalším obletu se satelit pohybuje již nad jinými místy,
protože minule p elétnutý povrch se vlivem zemské rotace posune o stovky
kilometr sm rem na východ. Volbou vhodné výšky lze však ovlivnit ob žnou
dráhu satelitu tak, aby se v ur itém cyklu v zorném poli nesených aparatur
objevil povrch celé zemské polokoule, Tento cyklus se nazývá opakovatelnost
m ení a je udáván jako jeden z parametr družicového snímkování. Po
uplynutí doby opakovatelnosti m ení nastávají p esn stejné geometrické
podmínky snímání v dalším cyklu.
K zajišt ní co nejp esn jších podmínek osv tlení je t eba vhodn využít
precese a vybrat vhodný úhel dráhy satelitu v i sm ru ke Slunci tak, aby úhel
a intenzita osv tlení zemského povrchu vyhovovaly technickým možnostem
použitých aparatur.
Vzhledem k tomu, že Zem obíhá kolem Slunce, m ní se její prostorová poloha
v i st edu slune ní soustavy, který je zárove zdrojem osv tlení zemského
povrchu. Družice na p esn polární dráze by za t chto podmínek nemohla
možná až 6 m síc v roce plnit své poslání, nebo by se pohybovala v blízkosti
tzv. terminátoru, tj. p echodu mezi denní a no ní stranou zemského t lesa.
ešení tohoto problému nabízí práv výše zmín ná precese, jejíž podstatou je
stá ení rota ní osy ur itého t lesa vlivem p sobení vnit ních a vn jších
silových moment (viz nap . precese zemské osy).
Podobnou precesi m žeme vystopovat nejen u rotace t les, ale i u jejich
ob žných drah. Precesní stá ení ob žné dráhy satelitu je zp sobené mimo jiné
rozdílnou velikostí gravita ní síly, kterou na družici p sobí Slunce a M síc v
r zných jejich úsecích. Nad denní stranou naší planety je satelit blíže Slunci,
než ve druhé p li svého obletu nad no ní stranou Zem . Rozdíl silového
p sobení Slunce na družici v obou polohách není sice nijak velký, ve sv t
setrva ných a gravita ních sil však pln posta í k ovlivn ní dráhy satelitu.
Obdobným mechanismem ovliv uje významn dráhu satelitu i M síc,
vzhledem k jeho vlastnímu ob hu kolem Zem však má toto ovlivn ní jiný
cyklus. Dráha satelitu je dále ovlivn na dalšími silovými momenty jako nap .
gravita ním p sobením ostatních planet slune ní soustavy a velkých hmot
uvnit Zem , bržd ní družice o horní vrstvy atmosféry apod. Tyto jevy však již
zahrnujeme mezi rušivé prvky.
- 63 (115) -
Míru uplatn ní precesního momentu lze ovlivnit vhodnou volbou parametr
dráhy satelitu. Tím vzniká ízená nestabilita ob žné dráhy. T leso na nestabilní
dráze má snahu dostat se na kruhovou dráhu nad rovníkem centrálního t lesa,
kde dochází k nejmenšímu tzv. gravita nímu t ení, a tato snaha usm r uje
precesní pohyb. Zvolíme-li dráhu v tom správném sklonu v i rovníku, ve
správné orientaci v i Slunci a ve správné výšce nad zemským povrchem, bude
vyvolaný precesní pohyb vyrovnávat zm nu orientace prostorové spojnice
Zem - Slunce, vyvolanou pohybem Zem po své dráze kolem Slunce. Po
dostate n dlouhou dobu pak dráha družice díky precesi vydrží ve stabilní
orientaci v i Slunci.
Významnou specifikou této družicové dráhy je možnost výb ru takové dráhy, z
níž bude stejné území m eno vždy za stejných podmínek osv tlení Sluncem,
tedy p i stejném úhlu Slunce nad místním horizontem. Taková situace nastane,
jestliže precesní rotace dráhy družice bude rovna úhlové rychlosti pohybu
Zem kolem Slunce, tj. 1° za den. Velikost precese je ur ena výškou dráhy a
jejím sklonem k rovin rovníku.
Výb r vhodného úhlu dráhy satelitu v i sm ru ke Slunci vychází ze zjišt ní,
že nejvhodn jší pro zpracování dat je, aby byly maximáln omezeny stíny
objekt na zemském povrchu, nebo p sobí rušiv p i analýze dat. Z tohoto
d vodu se dráha satelitu vždy volí tak, aby na své denní polovin procházela co
nejblíž spojnici Zem - Slunce. Satelit pak bude p i snímání p elétat nad
oblastmi s místním asem zhruba kolem 10 hodiny dopolední. V tuto dubu jsou
stíny relativn krátké a atmosféra ješt dostate n pr zra ná, takže jejich rušivé
vlivy v obraze krajiny budou minimální.
Po spln ní všech uvedených požadavk bude dráha satelitu p esn
synchronizována s denním a ro ním pohybem Zem kolem Slunce. Proto se
nazývá heliosynchronní cirkulární kvazipolární drahou.
Navedení družice na heliosynchronní dráhu je naviga n velmi obtížné a
p edpokládá práci s centimetrovou p esností. Každý nesprávný impuls daný
družici m že vést k závažným až nenapravitelným škodám, v etn ztráty
satelitu. Satelity DPZ na polárních, resp. subpolárních drahách létají vzhledem
k rovin rovníku pod úhlem cca 80 – 110° ve výškách ádov 600 - 1000 km
s dobou ob hu cca 2 hodiny.
Družice na subpolární, resp. polární dráze se pohybují zhruba severojižním
sm rem (více i mén kopírují pr b h poledník ) a vlivem otá ení Zem pod
družicí je umož ují postupné snímání prakticky celého zemského povrchu.
Jejich ob h po polednících je synchronizován s kulminací Slunce, a proto je
zemský povrch snímán t mito družicemi vždy v tutéž denní dobu. Využívají se
p edevším pro pr zkum p írodních zdroj .
3.1.1.9 Družice na sklon ných drahách
Družice se sklon nou drahou mohou snímat pouze ší kový pruh území, který
zhruba odpovídá sklonu družice. Obvykle se jedná o sklon 30° – 65°, n kdy jen
50° - 60° k rovníku. Družice jsou obvykle vysílány na dráhy v nižších letových
hladinách (obvykle stovky km). Jsou využívány p ednostn i pro lety družic
s lidskou posádkou.
- 64 (115) -
Nosi e
Obr. 3-3 P ehled družic a sond úsp šn vypušt ných v roce 2006
(http://www.lib.cas.cz/knav/space.40/INDEX1.HTM)
Start Stát Nosná raketa
Název objektu
19.1. USA Atlas 5 551/Star New Horizons (PKB) Planetární sonda (Pluto)
48
24.1. JPN H-2A
Daichi (ALOS)
DPZ (1) - kartografie
15.2. USA Zenit-3SL
EchoStar 10
Telekomunika ní družice
18.2. JPN H-2A Model 2024 MTSat-2
Meteorologická
a
telekomunika ní družice
(2)
21.2. JPN M-V
Akari (IRIS)
Astrofyzikální m ení
SSP-1
Technologický model
Studentská technologická
CUTE-1.7
družice
28.2. RUS Proton-M/Briz-M Badr 1 (Arabsat 4A) Telekomunika ní družice
11.3. FRA Ariane 5 ECA
Spainsat
Hot Bird 7A
22.3. USA Pegasus-XL/L- ST-5A (NCT 1)
1011
ST-5B (NCT 2)
ST-5C (NCT 3)
30.3. RUS Sojuz-FG
Sojuz-TMA 8
Pilotovaná transportní lo
k ISS
12.4. USA Zenit-3SL
JCSat-9
15.4. USA Minotaur 1
Formosat 3A
(COSMIC A)
Formosat 3B
(COSMIC B)
Formosat 3C
(COSMIC C)
Formosat 3D
V decká družice (3)
(COSMIC D)
Formosat 3E
(COSMIC E)
Formosat 3F
(COSMIC F)
20.4. USA Atlas 5 Model 411 Astra 1KR
24.4. RUS Sojuz-U
Progress-M 56
Nákladní lo pro ISS
25.4. RUS Start-1
EROS-B
DPZ (4)
26.4. CHN chang eng CZ- YW-1
(Yaogan 1, DPZ (5) - kartografie
4B
JB-5A, JB-5 1)
28.4. USA Delta 7420-10
CloudSat
CALIPSO
3.5. RUS Sojuz-U
Kosmos 2420
Špionážní družice (8)
24.5. USA Delta 4M+(4, 2) GOES-13
Meteorologická družice
(9)
- 65 (115) -
26.5. RUS Štil'
Název objektu
COMPASS-2
Satmex 6
Thaicom 5
15.6. RUS Sojuz-U
Resurs-DK1
17.6. RUS Proton-K/DM-3 KazSat 1
18.6. USA Zenit-3SL
Galaxy 16
21.6. USA Delta 7925-9.5
USA 187
USA 188
USA 189
24.6. RUS Sojuz-U
Progress-M 57
25.6. RUS Ciklon-2
Kosmos 2421
28.6. USA Delta 4M+(4,2) USA 184
4.7. USA Discovery
STS 121
12.7. RUS Dnepr 1
Genesis 1
21.7. RUS Molnija-M
Kosmos 2422
28.7. RUS Rokot/Briz-KM Arirang 2
(KOMPSAT-2)
4.8. RUS Proton-M/Briz-M Hot Bird 8
JCSat-10
Syracuse 3B
22.8. USA Zenit-3SL
Mugunghwa 5
9.9. CHN chang eng CZ- SJ-8
2C
9.9. USA Atlantis
STS 115
11.9. JPN H-2A
IGS-3A
12.9. CHN chang eng CZ- Zhongxing 22 hao A
3A
14.9. RUS Sojuz-U
Kosmos 2423
18.9. RUS Sojuz-FG
Sojuz-TMA 9
DPZ (11)
Technologický modul
Nákladní lo k ISS
Vojenská družice
Vojenská družice
Raketoplán
Technologická družice
Vojenská družice
DPZ (12)
V decká družice
Raketoplán
Špionážní družice
Pilotovaná transportní lo
k ISS
22.9. JPN M-V
Hinode
V decká družice
SSP-2
Camatai
Studentská technologická
družice
25.9. USA Delta 7925-9.5
USA 190
Vojenská družice (GPS)
DirecTV-9S
Optus D1
LDREX-2
19.10. RUS Sojuz-2.1a/Fregat MetOp-A (MetOp-1) Meteorologická družice
(13)
23.10. RUS Sojuz-U
Progress-M 58
Nákladní lo k ISS
23.10. CHN chang eng CZ- SJ-6-02A
V decká družice (?)
4B
SJ-6-02B
V decká družice (?)
- 66 (115) -
Nosi e
26.10. USA Delta 7925-10L
Název objektu
STEREO-A
STEREO-B
28.10. CHN chang eng CZ- XN-2
3B
30.10. USA Zenit-3SL
XM-4
4.11. USA Delta 4M
USA 191
8.11. RUS Proton-M/Briz-M
17.11. USA Delta 7925-9.5
8.12. CHN chang eng CZ3A
10.12. USA Discovery
Badr 4
USA 192
FY-2D
WildBlue 1
Americom 18
STS 116
MEPSI-2A/2B
RAFT-1
NMARS
ANDE-2
ANDE-1
11.12. RUS Proton-M/Briz-M Measat 3
14.12. USA Delta 7920
USA 193
16.12. USA Minotaur 1
TacSat-2
GeneSat-1
18.12. JPN H-2A Model 204 Kiku 8
19.12. RUS Kosmos-3M
SAR-Lupe 1
24.12. RUS Sojuz-2.1a/Fregat Meridian 1
25.12. RUS Proton-K/DM-2 Kosmos 2425
Kosmos 2426
Kosmos 2424
27.12. RUS Sojuz-2.1b/Fregat CoRoT
V decká družice
V decká družice
(14)
Vojenská družice (GPS)
(15)
Raketoplán
Studentský technologický
modul
modul
modul
Vojenská družice
Vojenská družice
Vojenská
družice
(GLONASS)
Vojenská
družice
(GLONASS)
Vojenská
družice
(GLONASS)
V decká družice
3.1.1.10 Družice na geostacionárních drahách
Geostacionární družice létají v rovin rovníku ve výšce cca 36 000 km
synchronn s rotací Zem , nebo-li jeden jejich ob h kolem Zem trvá p esn
jeden den. V praxi to znamená, že družice jsou umíst ny na kruhové dráze stále
nad stejným bodem nad rovníkem. Vzhledem k její unikátnosti se na ní vejde
jen omezený po et družic. Již 3 pravideln umíst né družice pak mohou
- 67 (115) -
vytvo it celosv tovou sí . Protože se družice pohybují pouze v rovin
zemského rovníku, jsou obrazy území ležící ve v tších zem pisných ší kách
po izovány pod v tším i menším úhlem bo ního pohledu. Se zem pisnou
ší kou se tak zhoršuje jejich prostorového rozlišení. Geostacionární družice za
to skýtají velké výhody p i monitorování zemského povrchu, a tak není divu,
že se p ednostn využívají v meteorologii.
V rámci programu GARP (Global Atmospheric Research Program) jsou
geostacionární meteorologické družice spojeny v celosv tovou sí a jejich
záb ry lze pro libovolný as a pro libovolnou oblast získat prost ednictvím sít
INTERNET.
Pro snímání obrazu se využívá p esné rotace družice (Spin Scanning), která
zaru uje i stabilizaci družice na její ob žné dráze. Rovnob žn s rota ní osou
bývá umíst na i št rbina skaneru s pohyblivými idly. Rotací družice, posunem
idel vertikálním sm rem a vhodnou periodou ode ítání idel je obraz Zem
rozkládán na ádky a sloupce,kdy velikost pixelu je dána ve vertikálním sm ru
posunem idla a v horizontálním sm ru rychlostí rotace a ode tení idla.
Specialitou snímk z geostacionární družice je, že data jsou p ijímána ve stále
stejné geometrické podob . Jedná se prakticky o azimutální projekci v
normální poloze ze vzdálenosti geostacionární dráhy, kdy jediný nezkreslený
pixel je na spojnici družice - t žišt Zem , tj. nap . pro Meteosat 0°, 0°.
Všechny ostatní pixely m ní svou velikost na Zemi v závislosti na vzdálenosti
od kartografického pólu. V okraji snímk proto dochází ke zna nému
zkreslení. Použitelnost dat je omezena zhruba rovnob žkou 65°.
3.1.1.11 Typy družic
Družicové systémy mohou být prioritn ur eny pro jeden druh innosti (nap .
meteorologické, pro výzkum p írodních zdroj , telekomunika ní aj., ast ji
však mají komplexn jší úkoly a integrují adu funkcí.
Pro dálkový pr zkum Zem s využívají jednak speciální družice, jednak
pilotované kosmické lety, meteorologické družice i kosmická za ízení, která
jsou prioritn ur eny k jiným ú el m (nap . telekomnika ní družice).
Rozlišovací schopnost systém , které jsou na jejich palubách (spektrální,
geometrická, termínová, radiometrická) je velmi rozmanitá.
3.1.1.12 Vybavení družic
Satelity pro dálkový pr zkum Zem jsou vybaveny:
•
ídícím systémem, jenž zabezpe uje komunikaci s ídícími st edisky, tj.
p ijímá povely a p edává data, dále zabezpe uje koordinaci innosti
jednotlivých subsystém a kontrolu technického stavu veškerého vybavení
staelitu (diagnostikuje závady a eliminuje je programovými prost edky nebo
pomocí povel z hlavní ídící stanice.
• energetický a orienta ní systém, který zajiš uje prostorovou orientaci
satelitu, resp. jeho ástí jak pro pot eby p ístrojové ásti (orientace ke
st edu Zem ) tak pro pot eby energetické ásti satelitu (orientace panel
slune ních baterií ke Slunci).
- 68 (115) -
Nosi e
• klimatiza ní systém, který zajiš uje optimální teplotní podmínky pro práci
palubních za ízení, jež jsou bez n j potenciáln vystaveny teplotním
zm nám p ibližn v rozmezí -140 až +180°C b hem jednoho obletu družice.
• naviga ní a korek ní systém, který se musí vypo ádat se skute ností, že celý
satelit se v beztížném stavu prom ní v inerciální systém bez zjevné vazby
na okolní sv t. Sou asné navigace satelit pro dálkový pr zkum jsou
v tšinou jen drobné korekce dráhy vyrovnávající nep edvídatelné odchylky.
Ty vznikají v tšinou vlivem t ení o vrchní vrstvy zemské atmosféry, která
se chová dosti nevyzpytateln . Hlavním naviga ním úkolem je navést
snímací aparatury na cíle zadané z pozemních ídících stanic. P i navigaci se
postupuje standardn ve t ech etapách, a to:
1.zjišt ní aktuální pozice a údaj o pohybu na základ dat pozemních
stanic a palubního naviga ního systému (v posledních letech se s úsp chem
využívá GPS)
2.výpo et vzájemné polohy satelitu a cíl , ur ení prvk a oprav prostorové
orientace satelitu podle údaj navigace, hv zdných idel, výpo et as za átku
a konce pln ní jednotlivých úkol , geometrického nastavení p ístroj a také
výpo et prostorové odchylky od správné polohy satelitu a vektoru dráhových
korekcí.
3.realizace jednotlivých operací ve stanovených asech
• komunika ní systém, který slouží k odesílání po ízených dat na zem. Ke
komunika nímu systému lze p ipo ítat i palubní záznamové za ízení, které
slouží k záznamu dat p i snímkování oblastí, které nejsou pokryté sítí
pozemních p ijímacích stanic. Palubní záznam se pak odvysílá p i p eletu
stanovené p ijímací stanice spolu s dalšími práv po izovanými daty.
Nároky na komunika ní systém jsou velmi vysoké. Vedle absolutní
spolehlivosti se požaduje rovn ž mimo ádn vysoká p enosová rychlost.
Objem p enesených dat p i p eletu pozemní stanice se po ítá až na desítky
gigabyt b hem n kolika minut.Krom toho musí být satelit schopen
zárove ješt p ijmout ídící povely ke korekci dráhy, pracovní program na
nejbližší 2 - 3 dny, dopln né nebo p epracované verze programového
vybavení, programová nebo technická ešení p ípadných problém apod.
Korektní komunikace je veden pomocí orientovaných úzce sm rovaných
parabolických antén o pr m ru kolem 10 m. Ke komunikace se satelitem
musí mít pozemní stanice zajišt nu p ímou viditelnost, tzn. že satelit musí
být nad místním horizontem. Oblast dosahu pozemní stanice p edstavuje na
zemském povrchu kruh o polom ru asi 2500 km, což pro ideální p ípad
znamená asi 10 minut asu pro p edávání dat. Samotné p edávání dat je
záležitostí zcela automatizovanou.
• p ístrojová sekce, která obsahuje sadu p ístroj ur ených k pln ní v deckotechnických experiment , k monitorování zemského povrchu apod.
• pozemní sí
ídících stanic je reprezentovaná:
4. ídící st edisko kosmodromu, z n hož je satelit vypoušt n po dobu, po
kterou je satelit naveden na ob žnou dráhu a uveden do provozu. Následn pak
p ebírají ízení celého letu jiná pracovišt .
- 69 (115) -
5.hlavní centrum pro ízení celého systému je obvykle umíst no na p d
vlastníka systému a koordinuje innost celého systému, udržuje technický stav
satelitu, sleduje parametry dráhy apod.
6.pomocné stanice, které slouží p edevším k p íjmu dat v oblastech mimo
dosah hlavní stanice. N které z nich pomáhají v neustálém up es ování dráhy
satelitu.
3.1.2
Meteorologické družice
Použití um lých družic Zem pro meteorologii bylo jednou z prvních
praktických aplikací dálkového pr zkumu.
V tšina prvních meteorologických družic m la dráhu blízkou pólu (sklon 100°)
a p ibližn stejnou ob žnou dobu (100 –115 min). Jednalo se p edevším o
družice TIROS, NIMBUS, ITOS, NOAA, METEOR aj.
3.1.2.1 TIROS (Television and Infra-Red Observation Satellite)
Družice TIROS 1 byla vypušt na 1.4.1960 na tém kruhovou dráhu do výšky
cca 720 km s dobou ob hu kolem Zem 100 minut. V letech 1960 - 1965 byly
vypušt ny stejnojmenné družice s po adovými ísly 2 - 10, které m ly obdobné
parametry jako družice TIROS 1. Družice se vzájemn lišily úhlem sklonu k
rovin rovníku. Družice TIROS 1 - 4 obíhaly Zemi se sklonem 48° v i rovin
rovníku a sloužily ke studiu po así tropických oblastí, družice TIROS 5 - 8 se
sklonem 58° sloužily ke studiu po así tropických a subtropických oblastí a
družice TIROS 9 a 10 byly vyslány již na kvazipolární dráhu se sklonem 80° k
rovin rovníku. Výška ob žných drah družic TIROS kolísala od 590 do 2 578
km nad povrchem Zem .
Družice TIROS nesly v základní sestav dv nezávislé vidikonové televizní
kamery o pr m ru 1.27 cm pro po izování snímk obla nosti, pracující
rychlostí 2 expozice za minutu, širokoúhlou kameru (zorný úhel 104°, f/1.5,
rozm r území na snímku 1280×1280 km, rozlišení 2.5-3 km na ádek) a
úzkoúhlou kameru (zorný úhel 13°, f/1.8, rozm r území na snímku
130×130 km, rozlišení 0.3-0.8 km na ádek). Kamery byly nastaveny ve stálém
sm ru, takže zemský povrch z stával v záb ru jen omezenou dobu. Teprve
posledn dv
družice byly vybaveny systémy, které zabezpe ovaly
konstantní úhel sklonu optické soustavy k Zemi. Systém televizní kamery
VIDIKON sestával z televizní kamery, za ízení pro magnetický záznam
nasnímaného obrazu a vysíla e. Pracoval na principu radiofaksimile (telefoto)
tak, že snímal a vysílal ádek po ádku. Data byla ukládána na magnetickou
pásku a vysílána ze záznamu. TIROS 8 (1963) poprvé použil p enosu ATP
(Automatic Picture Transmission) pro p ímé analogové vysílání dat, ur ené pro
malé stanice. U n kterých družic byly instalovány i skanující radiometry (Tiros
2, 3, 4, 7 p tikanálový skanující radiometr se st edním rozlišením a
dvoukanálový neskanující radiometr s nízkým rozlišením pro detekci
zemského tepelného a odraženého slune ního zá ení:
Zkušeností z provozu družic ady Tiros bylo dále využito u družic ady Nimbus
a ESSA alias TOS [=Tiros Operational System].
- 70 (115) -
Nosi e
3.1.2.2 NIMBUS
Družice NIMBUS I byla vypušt na v roce 1964 na eliptickou ob žnou dráhu o
sklonu 98,7° k rovin rovníku do výšky 400 - 600 km nad zemským povrchem.
Její ob žná doba kolem Zem trvala 100 minut. Byla vybavena 3 kamerami
AVCS (Advanced Vidicon Camera Systém) s ohniskovou vzdáleností 16,5 m a
rozlišovací schopností 2 km tak, že prost ední kamera byla orientována kolmo
a ostatní dv pod úhlem 35°. V 91 sekundových intervalech pak byly
po izovány triplety s p ekrytem. Družice byla dále vybavena p ijíma em
infra erveného zá ení HRIRR (High Resolution IR Radiometer) s rozlišovací
schopností 3 - 8 km ve vlnových délkách 3,4 - 4,2 µm, tedy ve vlnových
délkách, v nichž lze m it teplotu zemského povrchu, resp. teplotu horní
hranice obla nosti. Družice byly vybaveny také systémem APT, na rozdíl od
starších systém TIROS však již tyto radiofaksimile (telefoto) snímala a
vysílala bod po bodu. Obdobné vybavení m la i družice Nimbus 2, další
družice byly vybaveny jinými radiometry pro monitorování Zem . Výška letu
se od družice Nimbus 2 ustálila asi na 1070 -–1180 km. Do roku 1978 bylo na
ob žnou dráhu vypušt no 7 experimentálních meteorologických družic ze série
NIMBUS.
3.1.2.3 ESSA
Družice ESSA [=Environmental Sciences and Services Administration) alias
TOS [=Tiros Operational System) byly prvním americkým opera ním
systémem meteorologických družic. Družice ESSA 1 - 9 (Tiros 11 - 19, 1966 1969) a obíhaly Zemi po dráze sklon né 100° vzhledem k rovin rovníku ve
výšce asi 1 500 km nad zemským povrchem. Tyto družice rotovaly kolem
vlastních os. Družice byly obdobn jako družice NIMBUS (a následn všechny
další meteorologické družice) vybaveny kamerami AVCS s rozlišovací
schopností 2 – 3 km p i ohniskové vzdálenosti 25 mm (doba snímání jednoho
snímku inila 352 s) a sníma em pro infra ervené zá ení LRIR (Low
Resolution IR Radiometer), takže mohly zjiš ovat teplotní pom ry aktivního
povrchu, resp. obla nosti. Vysílání APT umož ovalo snímkovat i odvrácenou
stranu zem koule. S pomocí družic ESSA byla vytvo ena první velká
mezinárodní sledovací sí , obsahující 400 pozemních stanoviš ve 46 zemích
sv ta a 26 univerzitních pracoviš .
3.1.2.4 NOAA
Program meteorologických družic NOAA (National Oceanic and Atmospheric
Administration, USA) obsahuje starší družice, ozna ované jako první generace
(odvozené z družic TIROS a ESSA) a nov jší družice typu TIROS-N,
odvozené od vojenských družic DMSP, ozna ované jako druhá generace, nebo
n kdy též „družice série TIROS-N“.
První generace družic NOAA byla sou ástí programu ITOS [=Improved Tiros
[=Television and Infra Red Observation Satellite] Observation Satellite], v
po adí již t etího systému amerických meteorologických družic (druhého
opera ního). ITOS-1 (TIROS M) byl vypušt n v roce 1970. Po p evzetí celého
systému Národním ú adem pro oceány a atmosféru (NOAA) byly družice
p ejmenovány a ješt v roce 1970 byla vypušt na družice NOAA-1 (ITOS A).
Družice byly vybaveny t íosou stabilizací a byly vypoušt ny na kvazipolární
heliosynchronní dráhu o výšce 1430 - 1450 km. Družice ITOS-1 a NOAA-1
- 71 (115) -
byly vybaveny televizním systémem AVCS s ohniskovou vzdáleností 20 mm
s rozlišením 3,7 km pro viditelnou ást spektra a dále skenujícím radiometrem
SR (Scanning Radiometer) s rozlišovací schopností 4 km pro viditelnou ást
spektra a 8 km pro po izování snímk obla nosti a m ení teplotních profil
v atmosfé e.
NOAA 2 (ITOS D) byl vyveden na svoji dráhu v roce 1972, NOAA 3 (ITOS F)
v roce 1973, NOAA 4 (ITOS G) v roce 1974 a NOAA 5 (ITOS H) v roce 1976.
Obrazová data z družic NOAA 2-5 byla p enášena systémem APT (Automatic
Picture Transmision) v reálném ase nebo ze záznamu systémem AVCS.
Po ínaje družicí NOAA 6 vypušt nou v roce 1978 se dostává do
meteorologické praxe druhá generace družic NOAA
Druhá generace družic NOAA zapo ala startem prototypové družice Tiros-N
(= Television and Infra Red Observation Satellite) v roce 1978 a v roce 1979
startem první opera ní družice NOAA 6. Jednalo se o nový typ družic na
heliosynchronní kruhové subpolární dráze o výšce h = 810 - 870 km, sklon 98 99°, ob žná doba cca 102 min. Posun dráhy mezi dv ma sousedními oblety
iní na rovníku p ibližn 25,5° (na západ). Hlavním za ízením družice je
rastrující radiometr AVHRR (v roce 1991 AVHRR/2, od roku 1993
AVHRR/3), pro snímkování povrchu Zem a obla nosti ve viditelné a
infra ervené ásti spektra (vlnová délka 0.5-12.5 µm, rozlišení 1-4 km);
dopln n byl o:
•
•
•
•
•
rastrující radiometr AVHRR [=Advanced Very High-Resolution
Radiometer] pro snímkování povrchu Zem a obla nosti ve viditelné a
infra ervené ásti spektra);
za ízení pro sondáž atmosféry TOVS [=TIROS Operational Vertical
Sounder] pro stanovení teplotního profilu a koncentrace oxidu
uhli itého, ozónu a vodní páry, které tvo í:
o za ízení pro sondáž troposféry v infra erveném oboru HIRS
[=High-Resolution Infrared Sounder];
o za ízení pro sondáž troposféry v mikrovlnném oboru
Microwave Sounding Unit];
o za ízení pro sondáž stratosféry SSU [=Stratosphere Sounding
Unit];
spektrometr SBUV/2 [=Solar Backscatter Ultraviolet] pro m ení
koncentrace ozónu (vlnová délka 160-400 nm);
monitor korpuskulárního slune ního zá ení SEM/2 [=Space
Environment Monitor], jehož sou ástí je detektor MEPED [=Medium
Energy Proton and Electron Detector] pro detekci korpuskulárního
zá ení ze slune ních erupcí;
systém ARGOS (CNES, Francie) alias DCS [=Data Collection System]
pro sb r dat z automatických meteorologických stanic na pevnin , na
bójích a balónech.
Krom po izování synoptických snímk družice m í:
•
•
•
výškový profil teploty a vlhkosti atmosféry;
teplotu hladiny mo e;
teplotu povrchu pevniny;
- 72 (115) -
Nosi e
•
•
•
•
obla nost a její výšku;
celkovou vlhkost atmosféry;
celkové množství atmosférického ozónu;
množství dopadajícího a odraženého zá ení.
Originální data jsou z družice vysílána s vysokým rozlišením 1100x1100 m na
1 pixel digitáln p ímo v ádcích o délce 2048 pixel p enosem HRPT (High
Resolution Picture Transmission) s rychlostí 360 ádek za minutu. Data jsou
p ijímána bu v reálném ase nejbližší p ijímací stanicí nebo jsou nahrávána
na palubní záznamová za ízení a p ehrávána pozd ji v p ípad , že v dosahu
není p ijímací stanice (nap . nad póly nebo nad oceánem). Data jsou nahrávána
a dostupná ve dvojí podob , a to jako LAC (Local Area Coverage) v plném
rozlišení 1100 m a GAC (Global Area Coverage), která vznikají pr m rováním
4 vedlejších pixel pro každý pátý pixel v ádce a výb rem každé t etí ádky.
Pro menší, p ípadn amatérské sledovací stanice se používá signálu APT
(Automatic Picture Transmission). Signál APT je pro družici NOAA odvozen z
HRPT tak, že se vysílá na frekvenci 137,50 nebo 137,62 MHz pouze každá
t etí ádka (tj. 120 ádek za minutu o délce 600 pixel ) a pouze 2 spektrální
pásma (ve dne 1 viditelné a infra ervené pásmo, v noci 2 infra ervená pásma).
Rozlišovací schopnost takovýchto dat je cca 4x4 km na 1 pixel. P i snímání a
p enosu analogových dat APT obraz získaný skenujícím radiometrem vysílán
p ímo ádek po ádce analogov v VHF pásmu 137 - 138 MHz z ob žné dráhy.
První opera ní družici nové generace následovala v roce 1980 neúsp šná
NOAA B3 a dále NOAA 7 (1981), NOAA 8 (1983), NOAA 9 (1984), která je
první americkou družicí nesoucí systém SARSAT [SARSAT 2 = Search And
Rescue Satellite], NOAA 10 (SARSAT 3, 1986), NOAA 11 (NOAA H,
SARSAT 4, 1988), NOAA 12 (1991), NOAA 13 (NOAA I, 1993), NOAA 14
(NOAA J, 1994), NOAA 15 (NOAA K, 1998), NOAA 16 (NOAA L, 2000),
NOAA 17 (NOAA M, 2002), NOAA 18 (NOAA N, 2005).
Frekvence p elet je dvakrát denn nad stejným územím. Data z družic lze
zachytit až 6x denn (2x denn zenitový, východní a západní p elet). V
opera ním nasazení jsou obvykle 2 družice vzájemn posunuté na dráze tak
dodávají informace cca každých 6 hodin.
V testovacím provozu jsou EUMETCastem distribuovány snímky snímk z
družic NOAA-15 až 18, v budoucnu také evropského satelitu MetOp. Tyto
družice v reálném ase vysílají snímky digitálním systémem HRPT (High
Resolution Picture Transmission) v pásmu 1,7 GHz a analogov pomocí APT
(Automatic Picture Transmission) v pásmu 137 MHz. Pro HRPT je nutný
relativn složitý p ijímací systém a b hem p eletu je nutno sm ovat anténu
p ímo na družici, p enos je digitální rychlostí 665,4 kbit/s a používá se
modulace PSK.
3
Než je družice vypušt na na ob žnou dráhu, nese po adové ozna ení písmenem, teprve po
dosažení plánované dráhy je p ejmenována s po adovou íslicí. Nap . zatím poslední z t chto
družic, NOAA-M, byla ozna ena po startu jako NOAA 17. Z d vodu ur ité konstruk ní
odlišnosti se pro nejnov jší sérii t chto družic též používá ozna ení "série NOAA-KLM"
(NOAA 15, 16 a 17).
- 73 (115) -
Data z orbitálních satelit jsou sbírána v n kolika pozemních stanicích, odkud
jsou p edávána družicovému centru k následné distribuci. Prozatím jsou
dostupné snímky pouze ze stanice v Maspalomas na Kanárských ostrovech,
zejména východní Sahary, Atlantiku a p i p íhodných p eletech i jižní Evropy.
Družice NOAA na palub nesou radiometr AVHRR (Advanced Very High
Resolution Radiometer) a snímají 5 spektrálních kanál . Snímky mají v nadiru
rozlišení 1,1 km a b hem p eletu je snímán pás Zem široký asi 3000 km.
EUMETCast odvysílá data asi 30 minut po p eletu.
3.1.2.5 MetOp
Družice ze série MetOp jsou první evropské meteorologické družice na polární
dráze. Jsou výsledkem úzké spolupráce EUMETSATu – jejich
provozovatelem, jeho lenských stát a americké organizace NOAA.
Ozna ení družice na polární družice (n kdy též "polární družice") nazna uje
typ ob žné dráhy: ta má sklon v i rovin zemského rovníku 98 stup , výška
dráhy je kolem 850 km, emuž odpovídá ob žná doba p ibližn 100 minut.
Posun dráhy mezi dv ma sousedními oblety iní na rovníku p ibližn
25.5 stupn (na západ). Dráha je héliosynchronní, tj. družice p elétá ur itou
zem pisnou ší ku vždy ve stejném místním ase.
Hlavním meteorologickým p ístrojem družic MetOp je skenující radiometr,
ozna ovaný AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer). Jedná se
o stejný p ístroj, jako je na palub amerických družic NOAA
Krom tohoto p ístroje nese družice na palub další p ístroje:
IASI (Infrared Atmospheric Sounding Interferometer) – tento p ístroj
poskytuje vertikální profily teploty (v troposfé e a spodních ástí stratosféry)
a vlhkosti (v troposfé e).
GOME–2 (Global Ozone Monitoring Experiment–2) – jak již název napovídá,
data z tohoto p ístroje poskytují informace o stratosférickém ozónu, ale také
dalších složek atmosféry, nap . NO2 nebo vodní páry.
MHS (Microwave Humidity Sounder) – tento p ístroj snímá mikrovlnné
zá ení, tedy shromaž uje informace o vlhkosti v r zných hladinách atmosféry.
Je tedy velice ú inným nástrojem pro odhad obsahu srážkové vody v
obla nosti. P estože nenahradí radarová m ení, m že velmi pomáhat v
neprostupných oblastech, nap íklad v tropických deštných pralesích.
ASCAT (Advanced Scatteromete) – p ístroj ASCAT už létá na ob žné dráze
na palub dvou Evropských družic, ERS-1 a ERS-2. P ístroj poskytuje data v
oblastech monitorování mo ského ledu, p dní vlhkosti, kvality sn hu v
kvalitn jším rozlišení než jeho p edch dce.
GRAS (Global navigation satellite systes radio occultation GNSS Receiver for
Atmospheric Sounding) – toto je GPS p ijíma , který zárove zajiš uje m ení
zvrstvení atmosféry (zajiš uje profil teploty a vlhkosti). Poskytuje minimáln
500 atmosférických profil denn . Zárove je využíván k zajišt ní navigace
družice MetOp. Práv profily atmosféry z tohoto p ístroje budou asimilovány
do numerických model .
AMSU–A1 a A2 (Advanced Microwave Sounding Units) – stejn jako hlavní
meteorologický p ístroj AVHRR i tento p ístroj je už na palub amerických
- 74 (115) -
Nosi e
družicích NOAA. M í odrazivost v mikrovlnném spektru. Používá se spole n
s dalším p ístrojem HIRS k výpo t m profil teploty a vlhkosti od zemského
povrchu až do horní stratosféry. T chto dat se využívá k m ení srážek a
vlastností povrchu; v etn sn hové pokrývky, oceánského ledu a p dní
vlhkosti.
HIRS/4 (High Resolution Infrared Sounder) – i tento p ístroj pochází z dílny
NOAA, po ítá se s ním ovšem pouze na první 2 družice MetOp, na t etí družici
už by být nem l. HIRS m í ve 20 kanálech v oblasti infra erveného zá ení.
Krom využití spole ných výsledk s p edchozími p ístroji AMSU se užívá
také k m ení teploty povrchu oceán , hodnot celkového amtosférického
ozónu, srážkové vody, výšky a pokrytí obla ností a také pro ur ování albeda.
Krom výše zmín ných meteorologických p ístroj jsou na družici neseny i
další p ístroje, které slouží k pon kud jiným ú el m, A–DCS (Advanced Data
Collection System) slouží k p enosu nam ených dat z v tšinou nep ístupných
míst po ízení do zejména metrorologických center k následnému zpracování.
Další p ístroj SEM–2se zabývá kosmickým po asím. A poslední dvojice
p ístroj SARP–3 a SARR p ijímají a dále p edávají tís ové signály lodí a
letadel v nouzi.
Systém polárních družic obsahuje vždy dv primární družice, jejichž roviny
ob žných drah jsou v i sob sto eny o 90 stup . Tím je docíleno snímání
libovolného místa na Zemi nejmén 4x za 24 hodin. V sou asnosti jsou jimi
NOAA 17 a NOAA 18, ale práv s družicemi MetOp se po ítá na kooperativní
provoz amerických družic NOAA a evropských MetOp, což znamená, že
družice MetOp by m ly p evzít dopolední dráhu, zatímco americké NOAA
budou dále zajiš ovat operativní provoz na odpolední dráze.
3.1.2.6 DMSP/AMS
První úsp šný start vojenské meteorologické družice ady DMSP [=Defense
Meteorological Satellite Program] operujících na subpolárních drahách (sklon
cca 98°) ve výškách cca 600 – 900 km a pat ících americkému vojenskému
letectvu se uskute nil v roce 1962 (DMSP-2) a ve velmi rychlém sledu pak
následovaly starty mnoha dalších družic této ady. Družice nesly televizní
systém pro po izování meteorologických snímk s vidikonovou kamerou
(ohnisková délka 12.5 mm, ší e záb ru 1480 km, rozlišení 5.5 až 7.5 km) a
infra ervený radiometr pro m ení teplotního profilu atmosféry a obsahu vodní
páry. Snímky byly vysílány ze záznamu na palubním magnetofonu na povel z
pozemních sledovacích stanic. Od satelitu DMSP-16 (1966) zahrnuje
p ístrojová sestava televizní systém pro po izování meteorologických snímk
se 2 vidikonovými kamerami (ohnisková délka 25.4 mm, ší e záb ru obou
kamer 2780 km, rozlišení 1.5 km ve st edu a 5.5 km na okraji záb ru),
infra ervený radiometr pro m ení teplotního profilu atmosféry a obsahu vodní
páry a vysokorozlišující radiometr pro m ení výškového profilu horní hranice
obla nosti. DMSP-23 (1970) a nov jší družice nesly kamerový systém OLS
[=Operational Linescan System] pro po izování snímk obla nosti ve
viditelném a infra erveném oboru (rozlišení ve viditelné oblasti 0.55 km ve dne
resp. 3.7 km v noci, v infra ervené oblasti 3.7 km) a od startu DMSP 26 (1971)
navíc i detektor gama zá ení.
- 75 (115) -
V roce 1976 je pro objekty programu DMSP používán název AMS
[=Advanced Meteorological Satellite]. Družice AMS-1 (alias DMSP
Block 5D-1 F-1) nesla kamerový systém OLS, tvo ený teleskopem, pro
zobrazování obla nosti (pásma 400 až 1100 nm a 12.25 až 12.9 µm, rozlišení
0.55 km, na palub snížena pro cizí uživatele na 2.7 km) a teleskopem pro
m ení teploty horní hranice mrak (pásmo 470 až 950 nm). P ístrojová sestava
byla od AMS-5 (1982) dopln na o sedmikanálový mikrovlnný radiometr
SSM/I [=Special Sensor Microwave/Imager] pro stanovení srážek, obsahu
vodních par v atmosfé e, rychlosti proud ní, sn hové pokrývky a ledu (pásma
19, 22, 37 a 85 GHz) a o sedmikanálový radiometr SSM/T [=Special Sensor
Microwave/Temperature] pro ur ování povrchové teploty, vertikálního
proud ní a teplotních profil v atmosfé e (pásmo 50 až 60 GHz) a od AMS-11
(1994)ješt o p tikanálový skanující radiometr SSM/T-2 [=Special Sensor
Microwave/Temperature] pro ur ování profilu koncentrace vodní páry v
atmosfé e.
V roce 1999 byla p edán odborná stránka vojenského meteorologického
programu civilnímu Národnímu ú adu pro oceán a atmosféru NOAA. Tento
krok je sou ástí dohody, že NOAA bude poskytovat meteorologické údaje jak
civilnímu i vojenskému sektoru. Zatím poslední zaregistrovaná družice této
ady, AMS-16 (DMSP Block 5D-3 F-17) byla vypušt na v roce 2006 a nesla
krom kamerového systému OLS (stejných vlastností jako výše uvedeno) i
kombinovaný radiometr SSMIS [=Special Sensor Microwave Imager
Sounder], za ízení SSJ/4 pro m ení p enosu energie v magnetosfé e Zem ,
detektor rentgenového a gama zá ení SSB/X-2 aj.
Ruské družice Meteor obíhající Zemi ve výšce 1200 km vysílají APT signál na
frekvencích 137,30 a 137,85 MHz. Vysílá se pouze 1 pásmo, ve dne viditelné a
v noci infra ervené. Vysílá se 120 ádek za minutu, avšak pouze 1 pásmo o
délce ádky 1200 pixel s rozlišením 2x2 km.
3.1.2.7 TRMM
Klimatologická a meteorologická družice TRMM [=Tropical Rainfall
Measuring Mission] postavená a provozovaná NASA byla vyslána na šikmou
dráhu o sklonu cca 35° v roce 1997 (v atmosfé e sho ela v roce 2005).
Nese p ístroje pro klimatologické a meteorologické studie, zejména pro
sledování intenzity deš ových srážek v oblasti trop (tropických deštných
les ):
• mikrovlnný skanující radiometr TMI [=TRMM Microwave Imager] pro
mapování intenzity dešt p es obla nou pokrývkou (NASA, Hughes Space
and Communications), pracující na frekvencích 10.65, 19.35, 21.3 a
85.5 GHz;
• detektor bou kových výboj LIS [=Lightning Imaging Sensor],
pracující na vlnové délce 777.65 nm;
• skanující radiometr pro viditelnou a infra ervenou oblast VIRS
[=Visible and Infrared Scanner], pracující v pásmech 630, 1610, 3750,
10 800 a 12 000 nm;
- 76 (115) -
Nosi e
• detektor energie vyza ované mraky a povrchem Zem CERES
[=Cloud/Earth Radiant Energy System], pracující v pásmech 0.3-5, 8-12 a
0.3-50 µm;
• meteorologický radar PR [=Precipitation Radar] pracující s výkonem
250 W v pásmu Ku na frekvencích 13.896 a 13.802 GHz.
3.1.2.8 METEOSAT
Družice typu METEOSAT jsou ur eny k monitorování celé polokoule, jsou
"zav šeny" nad Guinejským zálivem, odkud jsou schopny zobrazit celou
Evropu a Afriku, západní Asii, ást Jižní Ameriky a v tšinu Atlantského
oceánu.
Hlavním za ízením na palub družic s po adovým íslem 1 - 7 je t íkanálový
skanující radiometr VISSR (Visible and Infrared Spin Scan Radimeter).
Obraz je tvo en pro 1. kanál 5000x5000 pixel , pro ostatní kanály 2500x2500
pixel . Družice rotuje rychlostí 100 otá ek za minutu. 1 pixel se ode te za 6µs
(1. kanál), resp. za 12 µs (2. a 3. kanál).
Obr. 3-4 Spektrální kanály VISSR družic Meteosat 1 - 7
Ozna ení Pásmo
Vlnový rozsah
VIS
viditelné pásmo
0.4 až 1.0 µm
IR
tepelné pásmo
10.5 až 12.5 µm
WV
pásmo absorpce vodní parou
5.7 až 7.1 µm
Rozlišení radiometru v nadiru (poddružicovém bod ) je 5 km pro kanály IR
a WV, resp. 2.5 km pro kanál VIS. V d sledku šikmého pohledu a v tší
vzdálenosti je rozlišení pro oblast st ední Evropy pon kud horší - p ibližn
6x9 km pro WV a IR kanály, resp. 3x4.5 km pro VIS kanál.
Obr. 3-5 Meteosat - 7 (p evzato)
- 77 (115) -
Družice snímá celý zemský disk každých 30 minut (za átky snímání jsou vždy
ve 30. a 60. minut , snímání trvá 25 minut, dalších 5 minut má družice
na návrat do výchozí pozice). Družice snímá zemský disk postupn od jihu
k severu, což znamená, že oblast eské republiky je snímána vždy ve 22.
a 52. minut , snímku je pak p i azen as nejbližší následující 30., resp.
60. minuty (to znamená, že R byla vždy nasnímána o osm minut d íve než je
as uvedený v hlavi ce snímku). Všechna obrazová data jsou nejprve p edána
k p edzpracování do centra v Darmstadtu, odkud jsou op t p es METEOSAT
vysílána podle pevného rozvrhu koncovým uživatel m. Pro distribuci se
používá jednak digitální p enos (ozna ovaný HRI = High Resolution Imagery)
pro p ijímací stanice kategorie PDUS (Primary Data User's Station), jednak
analogový p enos (WEFAX = Weather Facsimile) pro p ijímací stanice
kategorie SDUS (Secondary Data User's Station). Oba typy p enosu probíhají v
pásmu 1.7 GHz. Digitální data (HRI) nejsou p enosem nijak deformována, jsou
v podstat totožná s daty nam enými družicí. Analogová data (WEFAX),
vysílaná ve form amplitudov modulovaného signálu, mohou být siln
ovlivn na kvalitou p enosu a jsou proto nevhodná pro jakékoliv kvantitativní
využití.
Obr. 3-6 Snímek Meteosat 6 ( HMÚ)
Družice Meteosat-1 až Meteosat-7 nesly anebo nesou p ístroj MVIRI
(METEOSAT Visible and Infrared Imager), což je p ístroj pro snímkování ve
viditelném a infra erveném zá ení.
- 78 (115) -
Nosi e
Obr. 3-7 P ehled let družic Meteosat
Název
Meteosat 1
Meteosat 2
Meteosat 3
Meteosat 4
Program
MOP-1
[=Meteosat
Operational
Programme]
MOP-2
Meteosat 5
Rok vypušt ní
1977
1981
1988 - 1995
1989 - 1995
Provozovatel Poznámka
ESA
ESA
ESA
ESA, od roku
1995
Eumetsat
1991
METEOSAT
M-6
MOP 3
1993
METEOSAT
M-7 (MTP 1)
Meteosat
Transition
Programme
1997
ESA, od roku v roce 1998
1995
umíst na na
63°v.d.
Eumetsat
ESA, od roku
1995
Eumetsat
Eumetsat
8
2002
Eumetsat
9
2005
Eumetsat
Meteosat
(MSG 1)
Meteosat
(MSG 2)
SEVIRI,
GERB
Následník starších typ , satelit MSG-1 Meteosat Second Generation (Meteosat
8), byl na ob žnou dráhu vypušt n 28. srpna 2002 nad rovník do obvyklé
vzdálenosti pro umíst ní geostacionárních družic, tedy 35 786 km. Družice je
na ob žné dráze stabilizována vlastní rotací 100 ot./min. Po uvedení do
provozu byla p eparkována na 3,3° východn (v budoucnu 0°), kde nahrazuje
Meteosat 7, který by m l být p esunut na pozici 63° východn nad Indický
oceán.
Meteosat 8 je plánován jako záložní systém, jehož funkci by m la p evzít
družice Meteosat 9, která byla dopravena na ob žnou dráhu 21. prosince 2005.
Eumetsat chystá vypušt ní ješt dvou družic, a to Meteosat 10 v období
2007/2008 a Meteosat 11 na rok 2012.
Družice MSG (Meteosat Second Generation) jsou vybaveny p edevším
novým radiometrem SEVIRI (Spinning Enhanced Visible and IR Radiometer).
Do idel radiometru je zá ení p ivád no pomocí skenovacího zrcátka, které se
p i každé otá ce mírn vychýlí, a tak je snímán povrch Zem ádek po ádku.
Radiometr poskytuje snímky v 11 kanálech o rozlišení 3 kilometry na obrazový
bod a v jednom kanále (HRV – High Resolution Visible channel) s obrazovou
informací ve viditelném spektru o rozlišení 1 km, i když vzhledem k šikmé
projekci povrchu Zem je t eba pro Evropu a okraje glóbu rozlišení trochu
horší. Obrazová data (High Rate SEVIRI) mají standardn velikost 3712 ×
3712 bod a ve velkém rozlišení 5568 × 11136 bod . Data jsou z družice
nejprve odeslána primární stanici v n meckém Darmstadtu, kde se provede
jejich zpracování a poté následná distribuce uživatel m.
- 79 (115) -
Kanál je 10 bitový, takže je možno rozlišit 1024 úrovní. Snímky jsou posílány
rozd lené v segmentech od jižního pólu k severnímu a všech 12 kanál je po
ástech odesláno každých 15 minut.
Kanál 12, ve velkém rozlišení, nelze p enést kv li omezené ší ce p enosového
pásma kompletní, a tak je odvysílán vý ez Evropy a jižní ást glóbu práv
osv tlená Sluncem.
Obr. 3-8 Seznam spektrálních kanál p ístroje SEVIRI
íslo kanálu
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
ozna ení kanálu
VIS0.6
VIS0.8
NIR1.6
IR3.9
WV6.2
WV7.3
IR8.7
IR9.7
IR10.8
IR12.0
IR13.4
HRV
poznámka
solární kanály
atmosférické okno
absorpce vodní páry
atmosférické okno
absorpce ozónu
atmosférické okno
absorpce CO2
solární kanál, vysoké rozlišení
Data Low Rate SEVIRI jsou posílána každých 30 minut, pro uložení snímk s
menším rozlišením je použit formát JPEG se ztrátovou kompresí a jsou
posílány pouze kanály 1, 3, 4, 5, 9.
Meteosat 8 a 9 nesou též radiometr GERB [=Geostationary Earth Radiation
Budget] pro studium radia ní rovnováhy Zem .
Z dalších dat jsou EUMETCastem distribuovány snímky Rapid Scanning
Service (RSS) z Meteosatu 6 (pozice 10° východn ). Zde jsou v intervalech 10
minut odesílány snímky Evropy ve t ech kanálech (viditelný, infra ervený a
vodních par [VIS, IR, WV]). Použitý je obrazový formát GIF, JPEG nebo
OpenMTP (Meteosat Transition Programme).
Ke sledování vývoje po así nad Indickým oceánem slouží Meteosat 5 (pozice
63° východn ). Snímky HRI (High Resolution Image) používají 8 bitový
obrazový kanál. Každých 30 minut jsou dostupné snímky zemského glóbu ve
t ech kanálech (VIS, IR, WV).
Z ostatních meteorologických družic jsou každé t i hodiny odvysílány snímky
v kanálech VIS, IR, WV z GOES-E (GOES-10, pozice 135° západn [západní
pob eží USA a Tichý oceán]), GOES-W (GOES-12, pozice 75° západn
[severní a jižní Amerika]) a dále z japonské družice MTSAT-1R (pozice 140°
východn [Austrálie, východní Asie]).
Krom snímk jsou distribuována zpracovaná data SAF (Satellite Application
Facilities) jako nap íklad diagramy sm ru v tru, analýza teploty mo e, odhady
srážek a analýza obla nosti a další.
- 80 (115) -
Nosi e
Obr. 3-9 Spektrální kanály HRI
(http://bruxy.regnet.cz/ok2mnm/MSG-1/)
Kanál Ozna ení
Spektrum
[µm]
Absorp ní pásmo Obrazové informace
1.
VIS006
0,56 .. 0,71
viditelné a blízké zobrazení oblak a zemského
infra ervené
povrchu v denním sv tle
2.
VIS008
0,74 .. 0,88
viditelné a blízké zobrazení oblak a zemského
infra ervené
povrchu v denním sv tle
3.
IR_016
1,50 .. 1,78
blízké
infra ervené
rozlišení mezi obla ností a
sn hem
4.
IR_039
krátkovlnné
3,48 .. 4,36
infra ervené
rozlišení mezi deš ovými a
sn hovými
oblaky
a
rozpoznání mlhy
5.
WV_062
5,35 .. 7,15 vodní páry
zobrazení vodních
troposfé e
par
v
6.
WV_073
6,85 .. 7,85 vodní páry
zobrazení vodních
troposfé e
par
v
7.
IR_087
8,30 .. 9,10
8.
IR_097
9,38 .. 9,94 ozon
celkový obsah ozonu ve
nižších vrstvách stratosféry
9.
IR_108
9,80
11,80
.. dlouhovlnné
infra ervené
teploty na zemském povrchu
10.
IR_120
11,00
13,00
.. dlouhovlnné
infra ervené
teploty na zemském povrchu
11.
IR_134
12,40
14,40
..
12.
HRV
0,60 .. 0,90 viditelné
infra ervené
pásmo
oxid uhli itý
rozlišení mezi sn hovými
oblaky a zemským povrchem
teploty v atmosfé e
B snímek
rozlišení
ve
velkém
Na polovinu roku 2006 bylo ohlášeno ukon ení provozu analogového vysílání
Meteosatu 7 ve formátu WEFAX (Weather Facsimile) na kmito tu 1,6 GHz.
Tento historický analogový p enos je dnes pln nahrazen digitálním systémem
druhé generace.
Pro starý analogový systém se používal p ijíma s konvertorem a analogová
data se snadno demodulovala nap . pomocí zvukové karty. Nový digitální
systém, ovšem vyžaduje zcela jiné vybavení. Meteorologická data jsou
v novém digitálním systému v zakódované form distribuována systémem
EUMETCast pomocí DVB-S p es komer ní televizní družici HotBird 6.
Ovšem místo proudu televizního obrazu MPEG2 jsou vysílány soubory s
meteorologickými daty.
- 81 (115) -
Pomocí EUMETCastu je každou hodinu odesláno více než 500 MB dat. S
plnou licencí získáte p ístup ke snímk m z n kolika geostacionárních družic a
dále k dat m z družic NOAA obíhajících Zemi na nízkých orbitálních drahách.
Dostupné je následující:
•
Hight Rate SEVIRI Image Data (Meteosat 8)
•
Low Rate SEVIRI Image Data (Meteosat 8)
•
Rapid Scanning Service (RSS) (Meteosat 6)
•
High Resolution Image (HRI) (Meteosat 7)
•
Indian Ocean Data Coverage (IODC) (Meteosat 5)
•
Data z družic GOES E/W a MTSAT
•
Meteorologocal Data Dissemination (MDD)
•
EUMETSAT ATOVS Retransmission Service (EARS)
•
nov zkušební retransmise HRPT snímk (EARS-AVHRR) a MSG-2
Prost ednictvím EUMETCastu jsou voln (po registraci a zpalacení ur itých
poplatk ) ší ena i data tzv. základní služby. V jejím rámci distribuovány
snímky z družic Meteosat a GEOS.
Obr. 3-10 Data základní služby (http://bruxy.regnet.cz/ok2mnm/MSG-1/)
Družice
Interval
as vysílání [UTC]
Meteosat 8
HRIT/LRIT
6 hodin
05:45, 11:45, 17:45, 23:45
Meteosat 5 a 7
6 hodin
00:00, 06:00, 12:00, 18:00
GEOS 9, 10, 12
(FSD)
3 hodiny
00:00, 03:00, 06:00, 09:00, 12:00, 15:00,
18:00,21:00
3.1.2.9 GOES
První opera ní geostacionární družice typu GOES-1 (Geostationary
Operational Environmental Satellite), vzlétla 16. íjna 1975 z floridského
kosmodromu a zpo átku byla umíst na nad Indickým oceánem.
GOES-8 (GOES I, GOES Next) vypušt ný v roce 1994 je stacionární
meteorologická družice druhé generace, jejímž operativním provozovatelem je
NOAA. Na její palub je:
•
•
zobrazující rastrující radiometr (Imager) s dalekohledem Cassegrainova
uspo ádání s aperturou o pr m ru 0.311 m a se zrcadlovým rozkladem
obrazu na pruhy o ší ce 8 km pracující v 5 spektrálních kanálech (0.520.72, 3.78-4.03, 6.47-7.02, 10.20-11.20 a 11.50-12.50 µm, 1024 stup
šedi) s rozlišením 1 km (viditelná oblast), 4 km (infra ervená oblast) až
8 km (oblast 6 µm);
radiometr pro sondáž atmosféry (Sounder) pro m ení vertikálního
profilu teploty, obsahu vodní páry a ozónu, teploty obla nosti a
zemského povrchu pracující v 1 kanálu viditelného a 18 kanálech v
- 82 (115) -
Nosi e
•
•
•
infra ervené oblasti spektra s rozlišením 1 resp. 2 km (8192 stup
šedi);
soubor p ístroj pro monitorování kosmického prost edí SEMS [=Space
Environment Monitor System], který tvo í:
o magnetometr;
o detektor slune ních energetických ástic EPS [=Energetic
Particle Sensor];
o detektor proton a ástic HEPAD [=High Energy Proton and
Alpha Detector];
o rentgenový slune ní dalekohled XRS [=X-Ray Sensor];
p evad pro sb r dat z automatických meteorologických stanic DCS
[=Data Collection System];
p evad
záchranného systému SARSAT [=Search and Rescue
Satellite].
Hlavní pozemní stanice CDA [=Command and Data Acquisition] se nachází v
areálu st ediska NASA Wallops Flight Facility, Wallops Island, VA (USA).
Plánovaný bod zav šení je nad 90° z.d., nyní nad 75° z.d. P edpokládaná
aktivní životnost je 5 rok .
P edch dce družice GOES-8, družice GOES-7 (H) pracovala v letech 1987 –
1999 postupn na cca 113°, 1351, 94° a 111°západní délky. V roce 1999 byla
družice p esunuta nad Tichý oceán a p edána k využívání pro program
PanPacific Education and Communications Experiment by Satellite
(PEACESAT), kde bude zajiš ovat data pro pot eby státních, oblastních a
školských institucí tichomo ských ostrov .
Program stacionárních družic GOES pokra oval starty GOES 9(J) v roce 1994
s plánovaným zav šením na 91° západní délky, GOES 10 (K) v roce 1997
s plánovaným zav šením na 135°západní délky (v roce 1999 p evzala úkoly
družice GOES 9), která je ozna ována také jako GOES E (East), GOES 11(L)
v roce 2000 (104°), u n hož se již objevuje jiný výklad zkratky jako podnázev
ve tvaru Geostationary Operational Environmental Satellite a GOES 12 (M)
v roce 2001 usazená na 75°západní délky, ozna ovaná také jako GOEST W
(west).
Data z družic GOES 10 a 12 se vzájemn dopl ují, a proto se v literatu e
objevuje ozna ení družice GOES E/W.
Družice GOES 13(N), která odstartovala v roce 2006 již má výrazn ji jiné
p ístrojové osazení, které sestává z:
•
•
•
p tikanálové multispektrální kamery (spektrální obor 0.520.71 µm/rozlišení 1 km; 3.73-4.07 µm/4 km; 5.80-7.30 µm/4 km;
10.20-11.20 µm/4 km; 13.00-13.70 µm/8 km);
devatenáctikanálový radiometr pro sondáž atmosféry (spektrální obory
14.71, 14.37, 14.06, 13.64, 13.37, 12.66, 12.02, 11.03, 9.71, 7.43, 7.02,
6.51, 4.57, 4.52, 4.45, 4.13, 3.98, 3.70 a 0.70 µm);
soubor p ístroj pro pr zkum kosmického prostoru SEM [=Space
Environment Monitor], který tvo í:
o souprava detektor energetických ástic (elektron , proton a
ástic alfa) EPS [=Energetic Particle Sensor], kterou tvo í:
- 83 (115) -
•
•
detektor
elektron
v
magnetosfé e
MAGED
[=Magnetospheric Electron Detector];
detektor
proton
v
magnetosfé e
MAGPD
[=Magnetospheric Proton Detector];
detektor energetických elektron , proton a ástic alfa
EPEAD [=Energetic Proton, Electron, and Alpha
Detector];
detektor vysoce energetických proton a ástic alfa
HEPAD [=High Energetic Proton, and Alpha Detector];
2 magnetometry na výsuvné ty i;
p ístroje pro pr zkum Slunce:
o dvoukanálový rentgenový dalekohled XRS [=X-Ray Sensor]
(spektrální rozsah 0.05-0.3 a 0.1-0.8 nm);
o p tikanálový dalekohled pro extrémní ultrafialovou oblast EUV
[=Extreme Ultraviolet] (celkový spektrální rozsah 10-126 nm);
o dalekohled pro snímkování Slunce v rentgenové oblasti SXI
[=Solar X-Ray Imager] (spketrální obor 0.6-6.0 nm);
3.1.2.10 GMS (Himawari)
GMS 5[=Geostationary Meteorological Satellite] byla vypušt na v roce 1995
na geostacionární dráhu Japonskem (NASDA). Byla zav šena na
140°východní délky.
Jejími p edch dci byly družice GMS 1 (1977), GMS 2 (1981, GMS – 3(1984 –
1995, 120°) a GMS 4(1989, 120°).
3.1.2.11 MTSat
MTSat-1R [=Multifunctional Transport Satellite] je japonská geostacionární a
telekomunika ní družice vyslaná na ob žnou dráhu v roce 2005 a je zav šena
na 140°východní délky. Její meteorologický systém tvo í:
•
•
p tikanálový skener JAMI [=Japanese Advanced Meteorological
Imager] (optická pásma 0.55-0.90, 3.5-4.0, 6.5-7.0 , 10.3-11.3, 11.512.5 µm, pr m r objektivu 200 mm, ohnisková dálka 894.8 mm,
rozm r snímkované oblasti 21.4° (sever-jih)×23.6° (východ-západ),
prostorové rozlišení 0.5 km ve viditelné a 4 km v infra ervené oblasti,
doba po ízení jednoho snímku 21 min, opakovací perioda 24 min);
systém sb ru dat DCS [=Data Collection System] z automatických
pozemních a námo ních meteorologických stanic se 2 podsystémy:
o pro sb r dat ze stanic s pevným asovým programem vysílání
typu IDCP [International Data Collection Platform] umíst ných
na pohyblivých stanicích na lodích, letadlech a balónech
(vysílací frekvence 402.0-402.1 MHz);
o pro sb r dat ze stanic s výzvovým systémem vysílání typu
RDCP [Regional Data Collection Platform] umíst ných na
pevnin , ostrovech a zakotvených bójích (vysílací frekvence
402.1-402.4 MHz).
Následující družice této ady byla vypušt na v roce 2006. Z hlediska
meteorologického navazuje systém MTSat na meteorologickou družici
- 84 (115) -
Nosi e
Himawari 5 {=Slune nice}, alias GMS-5 [=Geostationary Meteorological
Satellite].
3.1.2.12 GOMS
Program GOMS (Geostationary Operational Meteorological Satellite) se datuje
již od roku 1975, ale stavba letového exemplá e se zna n zpozdila. Ruská
družice Elektro-1 nakonec opustila na nosné raket Proton kosmodrom
Bajkonur v Kazachstánu až 31. íjna 1994 a pracovala nad 76° v. d. p ibližn
ty i roky. Obsahovala televizní kamery a radiometry (v optickém oboru
rozlišení 1.25 km, v infra erveném 6.5 km). Další obdobné t leso Rusko zatím
nevypustilo.
3.1.2.13 INSAT [=Indian National Satellite)
Geostacionární telekomunika ní a meteorologická družice Insat 3A byla
vypušt na v roce 2003 (93,5° v.d.). Pro meteorologická pozorování je
vybavena:
•
•
•
vysokorozlišující radiometr VHRR [=Very High Resolution
Radiometer] pracující ve viditelné oblasti spektra (rozlišení 2×2 km) a
ve dvou pásmech infra ervené oblasti (rozlišení 8×8 km);
kameru CCD [=Charge Coupled Device] pro po izování snímk
obla nosti ve viditelné a infra ervené oblasti spektra s rozlišením
1×1 km;
p evad
pro p enos meteorologických údaj z automatických
pozemních a námo ních stanic.
Na palub je též p evad lokaliza ního a záchranného systému SARSAT
[=Search and Rescue Satellite].
V programu INSAT p evládají spíše telekomunika ní družice. Družice, které
má i meteorologický program a p edcházela INSATU 3E má ozna ení Insat 2E
a byla vypušt na v roce 1999, Insat 2C z roku 1995, Insat 2B z roku 1993,
INSAT 2A z roku 1992, Insat 1D z roku 1990, Insat 1C z roku 1988, Insat 1B
z roku 1983 a Insat 1A z roku 1982.
Hlavní pozemní stanice se nachází u m sta Hassan ve stát Karnataka (Indie).
3.1.2.14 Feng Yun
ínské družice na geostacionární dráze.
FY-2D [=Feng Yun-2 {=Vítr a Mrak}] byla vypušt na v roce 2006. Na palub
je pro meteorologické ú ely umíst n:
•
p tikanálový radiometr VISSR [=Visible and Infrared Spin Scan
Radiometer] (kanál VIS [=visual] ve viditelné ásti spektra, 0.550.99 µm, po et úrovní 64, rozlišení 1.25 km; kanál IR1 [=infrared],
10.3-11.3 µm, po et úrovní 1024, rozlišení 5 km; kanál IR2, 11.512.5 µm, po et úrovní 1024, rozlišení 5 km; kanál IR3, 3.5-4.0 µm,
- 85 (115) -
•
po et úrovní 1024, rozlišení 5 km; kanál WV [=water vapour], 6.27.6 µm, po et úrovní 256, rozlišení 5 km
retransla ní za ízení pro sb r meteorologických dat z automatických
stanic;
ídicí st edisko se nachází v m st Xi'an /=Si-an/ ( ína). ínské pozemní
stanice se nacházejí u m st Beijing /=Peking/, Guangzhou /=Kanton/ a Urumqi
/=Urum i/. Další se nachází u Melbourne (Austrálie).
Plánovaný bod zav šení je nad 86.5 v.d.
P edcházející družice: FY-2C (2004), FY 2B (2000), FY 2A (1997).
3.1.3
Družice pro dálkový pr zkum zemského povrchu
3.1.3.1 Landsat
Družice typu LANDSAT (USA) pat í mezi nejznám jší a nejvyužívan jší pro
dálkový pr zkum Zem . Je ur ena k monitorování životního prost edí a
globálních zm n na planet Zem . (Joint venture NASA, NOAA a U.S.
Geologocal Survey.) Konstrukce družic LANDSAT první generace
(LANDSAT1,2,3) byla p evzata z družice NIMBUS. P vodní název ERTS
(Earth Resource Technology Satellite) byl zm n n na LANDSAT (jako
protiváha plánované série družic SEASAT). Družice se pohybují na heliosynchronní dráze ve výšce 915 km (LANDSAT1,2,3) s periodicitou stejných
p elet 16 dní nebo 705 km (LANDSAT,5) s periodou 18 dní.
Obr. 3-11Vybavení jednotlivých typ
(1997)
LANDSAT
1,2
3
4,5
6
7
družic LANDSAT podle Kolá ,J.
Start
RBV
MSS
TM
1972-78, 1975- 3
x
1
82
multispektrální
2
x 1+5, tepelný
1978-83
panchromatický kanál
1982-85, 19841
TM
sou .
1993 (havárie)
ETM
1999
ETM+
LANDSAT-7 byl vypušt n 15.4.1999 ve 20:32 hod letního st edoevropského
asu. Nosná raketa Delta 2 vynesla družici Landsat 7 na ob žnou dráhu
z kalifornské letecké základny Vandenberg. Družice byla umíst na na
plánovanou dráhu ve výšce 705 km.
LANDSAT 7 má oproti svým p edch dc m adu zlepšení, daných nasazením
nového radiometru ETM+ (Enhanced Thematic Mapper Plus) - 8 spektrálních
kanál , z toho 1 PAN s rozlišením 15 m, 6 VNIR a SWIR s rozlišením 30 m a
1 TIR s rozlišením 60 m (185x170 km), bude pracovat s jinou korekcí dat (0R,
korekce pouze ze sm ru skenování a pásmové vyrovnání, bez radiometrické a
geometrické korekce, která bude záležet na zákazníkov výb ru), 5% absolutní
radiometrickou kalibrací na palub , kódování lepších 8 z 9 bit aj. Po izuje
data ve sm ru nadiru. Provoz skeneru je plánován dop edu, na rozdíl od
p edcházejících družic Landsat nebudou již po izována data nep etržit . Po ítá
- 86 (115) -
Nosi e
se s tím, že b hem 16-ti denního cyklu bude nasnímána asi jedna tvrtina
plochy kontinent .
Dosavadní data v programu Landsat zajiš ovala družice Landsat 5, která svým
patnáctiletým p sobením mnohonásobn p esáhla plánovanou životnost.
V tšina jejich zásob je již vy erpána, takže m že p estat pracovat každým
dnem. Nyní budou ob družice pracovat sou asn a p es dané území budou
p elétávat s odstupem 8 dní.
Provoz družice bude do 1.10.2000 zajiš ovat Goddardovo st edisko
kosmických let NASA, a pak se této funkce ujme Geologický pr zkum
(USGS). Cena scény, která bude mít tradi ní velikost 183 km x 170 km se bude
pohybovat mezi 20 000 až 25 000 K .
Informace
o
jednotlivých
Landsatech
http://geo.arc.nasa.gov/sge/landsat/landsat.html
3.1.3.2
na
adrese:
SPOT
Družice SPOT [=Systéme Probatoire d'observation de la Terre] konstruuje
francouzsko-britská spole nost Matra Marconi Space pro francouzské Národní
centrum kosmických studií (CNES), které ídí program Spot Image, jenž je
funk ní od roku 1986. Do programu se krom Francie od po átku zapojily i
Belgie a Švédsko.
Obr. 3-12 Vybrané údaje drah družic SPOT podle r zných zdroj
Název
Rok startu
Inklinace
SPOT-1
SPOT-2
SPOT-3
SPOT-4
SPOT-5
1986
1990
1993
1998
2002
98,8°
98,8°
98,8°
98,8°
98,8°
Výška letu
(cca km)
780 - 830
830
820 - 845
825
800 - 825
Základní parametry dráhy družic SPOT 1 - 4 i velikosti snímaných obrazových
záznam jsou stejné (heliosynchronní dráha, scéna velikosti 60 x 60 km,
možnost snímání systémem p edsazených kyvných zrcadel pod úhlem až 27°,
tzn. snímání stejného místa ( asové rozlišení) 1 x za 26 dní, díky náklonu
radiometr ale 1 x za 5 dní na rovníku, 1 x za 3 dny na 45° a denn nad 70° s.š.
Výška jejich drah se pohybuje okolo 830 km.
Družice SPOT-1 až 3 nesly pro pot eby snímkování zemského povrchu dvojici
elektronických skener HRV (High Resolution Visible) s optickým systémem
o ohniskové vzdálenosti 108 cm, které p edstavovaly CCD multispektrální
kameru (rozlišení 20 m, 3 kanály, a to B1: 0,50 - 0,59 µm, B2: 0,61 - 0,68 µm,
B3: 0,78 - 0,89 µm) a panchromatickou kameru (rozlišení 10 m, spektrální
pásmo 0,51/0,50 - 0,75/0,73 µm).
Družice SPOT 3 nesla navíc oproti dv ma p edcházejícím družicím systém pro
p esné ur ení parametr dráhy DORIS [=Doppler Orbitography and
Radiopositioning Integrated by Satellite] a za ízení POAM-2 [=Polar Ozone
and Aerosol Measurement] pro m ení koncentrace ozonu a aerosol na
zemskými póly (Naval Research Laboratory).
- 87 (115) -
Na palub družice SPOT-4 jsou následující p ístroje:
• multispektrální kamera HVRIR [=High Resolution Visible and Infra
Red] s velikostí záb ru 2×60 km a rozlišením 10 m v monochromatickém
režimu, resp. 20 m v multispektrálním režimu (4 kanály B1: 0,50 - 0,59 µm,
B2: 0,61 - 0,68 µm, B3: 0,78 - 0,89 µm, SWIR: 1,58/1,55 to 1,75 µm);
• za ízení Vegetation pro sledování rostlinného pokryvu Zem
v globálním m ítku (Vegetation Very Wide Angle) s rozlišovací
schopností 1,1 km p i ší ce záb ru 2200/2700 km; (4 spektrální pásma 0.430.47 µm, 0.61-0.68 µm, 0.78-0.89 µm, 1.58-1.75 µm, globální pokrytí za 24
hodin)
• experimentální za ízení pro optickou komunikaci PASTEL/SILEX
[=Passager SPOT de Télécommunications par Laser/Semiconductor laser
Intersatellite Link Experiment] (ESA) p es chystanou družici Artemis
(vlnová délka 800-860 nm, pr m r dalekohledu 0.25 m,;
•
experimentální za ízení PASTEC pro studium okolí družice;
• naviga ní
systém
DORIS
[=Doppler
Orbitography
Radiopositioning Integrated by Satellite] pro p esné stanovení dráhy;
and
• experiment POAM-3 [=Polar Ozone and Aerosol Measurement] pro
m ení koncentrace ozónu (Naval Research Laboratory, USA).
Hlavními p ednostmi družic SPOT jsou kombinace panchromatických a
multispektrálních dat, relativn vysoké rozlišení a schopnost po izovat
stereopáry snímk , které lze používat k výpo tu model terénu.
Plánovaná životnost družice je p t let.
•
Na palub SPOT-5 jsou umíst ny následující p ístroje:
• 2 ádkové skenery HRG [=High Resolution Geometric] umíst né vedle
sebe nap í letu (rozlišení 2.5 m v panchromatickém pásmu interpolací ze
dvou scén po ízených s pixelem 5 m posunutých navzájem o p l detektoru,
10 m ve t ech spektrálních pásmech (0.50-0.59 µm, 0.61-0.68 µm a 0.790.89 µm), 20 m ve st edním infra erveném pásmu 1.58-1.75 µm, ší e
záb ru 60 km, možnost výb ru scény v pásmu širokém 900 km kolem stopy
dráhy a tím i po ízení stereodvojic z r zných oblet a možnost
opakovaného m ení stejného místa za 2-3 dny na zem písné ší ce 45°);
• stereoskopický systém s vysokým rozlišením HRS [=High Resolution
Stereoscopic] tvo ený dv ma totožnými ádkovými skenery naklon nými
20° dop edu, resp. 20° dozadu od normály (panchromatické pásmo,
rozlišení 10 m×5 m, ší e záb ru 120 km, délka stereo záb ru max. 600 km,
termínové rozlišení 26 dní);
•
za ízení Vegetation;
•
naviga ní systém;
•
hv zdný sledova pro p esné ur ení orientace družice v prostoru.
Informace: www.spotimage.fr, www.cnes.fr,
- 88 (115) -
Nosi e
3.1.3.3 IKONOS
Družice IKONOS postavila pro dálkový pr zkum firma Lockheed Martin
Commercial Space Systems, Sunnyvale, CA (USA). Jejím provozovatelem je
spole nost Space Imaging (od roku 2006 GeoEye - Spole nost Orbimage
zakoupila firmu Space Imaging a p ejmenovala se na GeoEye).
Kamerový systém pro dálkový pr zkum Zem pracuje ve dvou režimech:
• panchromatický režim (rozlišení 0,82 m, spektrální obor 292 až 445 nm,
intenzitní škála 11 bit/px, ší e záb ru 11,3 km);
• multispektrální režim (rozlišení 3,2 m, spektrální obory 445 až 516 nm,
505 až 592 nm, 632 až 698 nm, 757 až 853 nm, intenzitní škála 11 bit/px,
ší e záb ru 11,3 km).
Družice se pohybuje ve výšce cca 680 km po heliosynchronní dráze s p eletem
rovníku v 10,30 hodin místního asu a s opakováním p elet po 3 dnech.
P edpokládaná doba aktivní životnosti nejmén 9 rok (byla vypušt na v roce
1999).
3.1.3.4 CBERS
CBERS - Ziyuan, ZY-1A, ZY-1B [=China-Brasil Earth Resources Satellite]
p edstavuje ínsko-brazilský projekt pro dálkový pr zkum Zem . První družice
byla vypušt na v roce 1999, druhá v roce 2003 (jejich plánovaná životnost je 2
roky). Družice jsou vybavené p ístroji s r znou rozlišovací schopností, které
slouží p edevším pro monitorování ekosystému s orientací na povodí
Amazonky. Výška letu je cca 778 km a sklon dráhy cca 98,5°. Na palub jsou
tato za ízení:
• širokoúhlý dvoukanálový skaner WFI [=Wide Field Imager] (630-690 a
770-890 nm, zorný úhel 60°, rozlišení 260 m, ší e záb ru 890 km) pro
monitorování vegetace
• High Resolution CCD Camera s p ti spektrálními kanály (510-730
/panchromatický mód/, 450-520, 520-590, 630-390 a 770-890 nm) s
rozlišovací schopností 20 m a záb rem 113 km, možnost po ízení
stereoskopických snímk , kamera vychylovateln ukotvená (±32° od
vertikály)
• IR-MSS (Infrared Multispectral Scanner) se ty mi kanály pracující ve 4
spektrálních pásmech (0.50-1.10 /panchromatický mód/, 1.55-1.75, 2.082.35 a 10.40-12.50 µm, zorný úhel 8.8°, rozlišení 80 m /v tepelném pásmu
160 m/, ší e záb ru 120 km);
3.1.3.5 IRS
První indický satelit pro dálkový pr zkum Zem IRS-1A byl vypušt n
17.3.1988. S multispektrálními skenery LISS-1 a LISS-2A&B dosahoval
rozlišení 72,5 a 36,25 metru. O t i roky pozd ji ho následoval IRS-1B s
prakticky stejným p ístrojovým vybavením. Ob družice byly vyneseny na
ob žnou dráhu ruskou raketou Vostok, od roku 1993 se vedle nich používalo i
vlastních indických raket PSLV. Tak tomu bylo i v p ípad IRS-1E, který
skon il ve vlnách oceánu. Krom satelit ady IRS-1X spat ily sv tlo sv ta
experimentální družice IRS-P, které testovaly instrumenty MOS (Multispectral
- 89 (115) -
Optoelectronic Scanner) a WiFS (Wide Field Sensor) se zam ením na
vegetaci, geologické mapování a monitoring sn hové pokrývky.
Zatímco jsou výše uvedené družice považovány za první generaci, sou
následující družice azeny ke generaci druhé. Družice IRS-1C byla vypušt na
na ob žnou dráhu ruskou raketou 28. prosince 1995. Na palub nese t i
odd len pracující senzory. Hlavním je skener po izující panchromatická data s
rozlišením 5,8 m a ší kou záb ru 70 km. Skener má možnost bo ního pohledu
do stran až o úhel 26° na ob strany a tím i po ízení stereodvojic. Druhým
p ístrojem je multispektrální skener LISS III, který pracuje v p ti spektrálních
pásmech – t ech ve viditelné, jednom v blízké I a jednom v krátkovlnné I
oblasti spektra. Rozlišení v p ípad prvních ty ech pásem je 23,5 m, pátého 70
m. Velikost scény je 141 km x 141 km. T etím p ístrojem je širokoúhlý skener
WiFS, který po izuje data s rozlišením 188,3 m a ší kou záb ru 810 km.
Družice IRS-1D se pohybuje na ob žnou dráze od 29. zá í 1997. Její
p ístrojové vybavení je totožné s IRS-1C, což umož uje po izování
stereodvojic snímk a dat ve vysoké termínové frekvenci.
Data IRS si svým rozlišením 5,6 m za pom rn krátkou dobu dobyla své místo
na sv tovém trhu. Jsou p ijímána pro evropské uživatele v pozemních stanicích
v Neustrelitz, Fucinu a Kirun .
17. íjna 2003 vynesla indická raketa PSLV-C5 z kosmodromu Satish Dhawan
Space Centre-SHAR na ob žnou dráhu nejmodern jší družici dálkového
pr zkumu postavenou Indickou organizací pro kosmický výzkum (ISRO) s
ozna ením IRS-P6 nazvanou ResourceSat-1. Jedná se o desátou družice ISRO
v ad družic IRS (Indian Remote Sensing Satellite), která má nejen zajistit
trvalou dodávku dat poskytovaných dosud družicemi IRS-1C a IRS-1D, jež
p ekra ují svoji plánovanou dobu životnosti, ale také po izovat data s mnohem
lepší kvalitou. Družice se pohybuje na heliosynchronní dráze ve výšce 817 km.
ResourceSat-1 nese t i p ístroje:
Elektronický skener LISS-IV se t emi spektrálními pásmy ve viditelném a
blízkém infra erveném spektru (VNIR): 0,52 – 0,59 um, 0,62 – 0,68 um, 0,77 –
0,86 um s prostorovým rozlišením 5,8 m. Pracuje ve dvou režimech: v
multispektrálním je ší ka záb ru 23 km a v panchromatickém 70 km. Je
schopen m it šikmo pod úhlem až 26° po obou stranách dráhy, a tak po izovat
stereoskopické dvojice a dosáhnout až p tidenní termínové rozlišení.
Elektronický skener LISS-3 má oproti LISS-IV navíc tvrté spektrální pásmo
1,55 – 1,70 um. M í ve všech pásmech s prostorovým rozlišením 23,5 m a
ší kou záb ru 141 km
Širokoúhlový skener AWiFS s prostorovým rozlišením 56 m p i ší ce záb ru
740 km a spektrálním rozlišením jako u LISS-3. Skener má radiometrické
rozlišení 10 bit, zatímco ostatní dva p edešlé jen 7 bit. Na palub družice je
záznamové za ízení s kapacitou 120 Gb, kam se ukládají data nam ená mimo
dosah pozemních stanic.
Speciální mise pro oceánografické aplikace je plánována na konec roku 1996
pod názvem IRS-P4 (nosi PSLV-C1). Na palub budou dv za ízení MDSMR
(Multifrequency Dual-polarised Scanning Microwave Radiometer) a OCS
(Ocean Colour Sensor) obsahující 5 spektrálních pásem ve viditelném a
infra erveném pásmu spektra.
- 90 (115) -
Nosi e
Informace: www.isro.org
3.1.3.6
Lewis
Lewis p edstavuje projekt malé družice pro dálkový pr zkum Zem typu SSTI
(Small Spacecraft Technology Iniciative) se snímacími za ízeními o vysoké
rozlišovací schopnosti p i velmi nízké cen dat.
Družice LEWIS pobyla ve vesmíru jen 36 dní, když se ji nepoda ilo navést na
plánovanou dráhu. Unikátní bylo její p ístrojové vybavení, které zahrnovalo
dva hyperspektrální radiometry, a to:
• radiometr HI [=Hyperspectral Imager] pracující ve 384 pásmech od 400
do 2500 nm s rozlišením 4.9 m v panchromatickém a 30 m v
hyperspektrálním režimu;
• radiometr LEISA [=Linear Etalon Imaging Spectral Array] pracující ve
256 pásmech od 1.2 do 2.5 µm s rozlišením 300 m;
3.1.3.7 JERS (FUYO)
Družice JERS 1[=Japan Earth Resources Satellite] byla navedena na
subpolární dráhu o sklonu cca 97,5° v roce 1992. Její mise pro pot eby
dálkového pr zkumu Zem však nebyla úsp šná. V roce 2001 zanikla
v atmosfé e.
3.1.3.8 EO
Družice je vypušt na do výška cca 705 km Cílem družice EO-1 je ov it nové
technologie, které by umožnily stav t p ístroje s prostorovou i spektrální
rozlišovací schopností srovnatelnou s parametry družice Landsat, p itom však
podstatn leh í, menší a levn jší. Družice je vybavena t emi elektronickými
skenery, a to: Advanced Land Imager (ALI), Hyperion a Linear Etalon
Imaging Spectrometer Array Atmospheric Corrector (LEISA a LAC).
ALI je vybavený panchromatickým a šesti multispektrálními pásmy jako má
Landsat. K nim jsou p idány t i další kanály pro intervaly 0,433-0,453 0,8450,890 a 1,20-1,30 µm. V ohniskové rovin jsou pro m ení v celkem 10
kanálech umíst ny ty i ipy s detektory, které celkem zabírají zorné pole 3° x
1,625° a poskytují prostorové rozlišení 10 m pro panchromatické a 30 m pro
multispektrální pásma. Je to jen ást z celkového zorného pole 15° x 1.625°,
které poskytuje širokoúhlá optika. Ší ka záb ru je proto jen 37 km. Skener je
prvním p ístrojem dálkového pr zkumu, který NASA postavila v rámci svého
Programu nového tisíciletí (New Millennium Program – NMP).
Spektrometr Hyperion po izuje novou kategorii dat dálkového pr zkumu, jež
umožní získat d kladn jší informace o zemském povrchu. Jde o v decká data
nam ená spolu s kalibra ními údaji s využitím zkušeností z používání
hyperspektrálního skeneru (Hyperspectral Imaging Instrument – HSI).
Hyperion je hyperspektrální skener vybavený 220-ti spektrálními pásmy (v
intervalu od 0,4 do 2,5 µm, tj. v 10 m širokých a na sebe navazujících
spektrálních kanálech) s prostorovým rozlišením ve všech pásmech 30 m.
Jedna scéna Hyperionu má ší ku 7,7 km a délku 100 km s daty po ízenými ve
všech 220-ti kanálech a s vysokou radiometrickou rozlišovací schopností.
Hlavním rysem spektrometru je optický systém založený na konstrukci použité
- 91 (115) -
u skeneru Electro Optical Camera (EOC) na korejské družici KOMPSAT.
Teleskop dovoluje použít dva samostatné m ížkové zobrazující spektrometry, a
tím dosáhnout lepšího pom ru signál/šum. Soustava detektor v ohniskové
rovin , která má odd lené detektory pro st ední infra ervené (SWIR) a
viditelné a blízké infra ervené zá ení (VNIR) s použitím záložního hardware ze
skeneru HSI. Kryogenní chladi detektor SWIR je p evzatý z konstrukce HSI.
LAC je zobrazující spektrometr, který je ale omezen spektrálním rozp tím od
900 do 1600 m. Jeho údaje byly využity hlavn v prvním roce funkce pro
m ení absorp ních pás
vody v atmosfé e a následné korekci
multispektrálních dat na vliv atmosféry. V sou asné dob se však data ze
spektrometru LAC již nepo izují a ani nejsou dostupná. Je možné získat data
jen ze skeneru ALI a spektrometru Hyperion.
3.1.3.9 FORMOSAT
Hlavním úkolem programu FORMOSAT-2 bylo vyvinout družici pro dálkový
pr zkum Zem a pro pozorování osv tlení vysoké atmosféry (ur ena prioritn
pro oblast Tchaj-wanu). Družice FORMOSAT-2 byla vynesena raketou Taurus
z letecké vojenské základny Vandenberg v Kalifornii.
3.1.3.10 OrbView
Po úsp šném vyzkoušení experimentální družice OrbView 1 (Microlab 1)
v roce 1995 s detektorem prom nných optických jev v atmosfé e OTD
[=Optical Transient Detector], tj. prototypem za ízení LIS pro družici TRMM
byla vypušt na družice OrbView-2 (OrbImage 2, Seastar). Družice
provozovaná spole ností OrbImage (od roku 2006 GeoEye), byla vypušt ná na
ob žnou dráhu v roce 1997 (98,2°, 690 km) poskytuje záb ry o ší ce 2 800 km
s prostorovým rozlišením cca 1,1 km. Denní periodicita, široký pás snímání a
nízké rozlišení iní OrbView-2 vhodným nástrojem pro adu aplikací. Nap .
komer ní rybá ské lodi používají mapy z dat OrbView-2 pro ur ení
oceánografických podmínek vhodných pro rybolov. Vhodné oblasti aplikací
dále p edstavují zem d lství, námo nictví a environmentální monitoring.
Na její palub je širokoúhlá multispektrální kamera SeaWiFS [=Sea-viewing
Wide Field Sensor] (6 pásem ve viditelné oblasti, 402 až 422 nm, 433 až
453 nm, 480 až 500 nm, 500 až 520 nm, 545 až 565 nm a 660 až 680 nm, a
2 pásma v blízké infra ervené oblasti, 745 až 785 nm a 845 až 885 nm, úhlové
rozišení 1.6 mrad, prostorové rozlišení 1.1 km, ší e záb ru 2800 km). Tento
p ístroj m l být p vodn použit na družici Landsat 6. Úkolem družice je
zjiš ovat barvu oceán a z t chto m ení odvozovat biologické a jiné vlastnosti
vody. Tato pozorování mají p isp t k lepšímu pochopení role oceán p i tvorb
globálního klimatu.
V sou asné dob jsou nabízeny dva základní datové soubory, p i emž každý
zahrnuje oblast 1 500×2 800 km s prostorovým rozlišením 1,13 km v
nadhlavníku, a snímací informace ze všech osmi kanál . Tato data nejsou
geograficky korigována ani mapov projektována, ale obsahují informace,
které to umož ují. Data se rozlišují na data úrovn 1 a 2. Úrove 1A
p edstavuje rekonstruovaná, nezpracovaná data v plném rozlišení, v etn
radiometrických a geometrických kalibra ních koeficient a georeferen ních
parametr . Na úrovni 1B je hustota zá ení odvozena aplikací senzorové
- 92 (115) -
Nosi e
kalibrace na úrovni 1A. Na úrovni 2 jsou aplikovány atmosférické korekce pro
odvození geofyzikálních prom nných ve stejném rozlišení a lokaci jako data
úrovn 1.
Družice OrbView-3 pat í k prvním komer n využívaným družicím s vysokým
rozlišením na sv t . Po izuje snímky v ernobílém formátu (Pan) s rozlišením
1 m a v barevném formátu (MS) s rozlišením 4 m p i ší ce scény v nadiru 8
km. Družice je posazena na ob žnou dráhu o pr m rné výšce 470 km. V roce
2004 Orbimage p edstavila digitální data terénu zajímavá pro uživatele
zabývající se 3D daty a pokro ilými produkty jako jsou tématické a reliéfové
mapy pro specifické kone né uživatele. Mezi hlavní oblast aplikace dat z
OrbView-3 pat í m stské plánování, hodnocení zdravotního stavu úrody,
pr zkumy pro geologické firmy, monitorování stanoviš pro environmentální
analýzy, i pr zkumy nutné pro vojenské a bezpe nostní opat ení.
3.1.3.11 EROS
EROS [=Earth Remote Observation Satellite ] je spole ná družice USA a
Izraele. EROS-A1 startovala v roce 2000 a pracuje na subpolární dráze o
sklonu 97,3° ve výšce cca 475 - 500 km. Na palub je umíst n jediný p ístroj
pro dálkový pr zkum Zem , a to:
•
kamera PIC [=Panchromatic Imaging Camera] s prvky CCD [=Charge
Coupled Device] (spektrální rozsah 500-900 nm, rozlišení 1.9 m, ší e
záb ru 14 km) spojená s dalekohledem Cassegrainova uspo ádání
(pr m r apertury 0.30 m, ohnisková vzdálenost 3.45 m, zorný úhel
1.5°).
V roce 2006 odstartovala další družice této ady, družice EROS B s
multispektrální (?) CCD-TDL kamerou (spektrální obor 500-900 nm, rozlišení
0.87 v panchromatickém režimu z výšky 600 km, ší e záb ru 13 km).
3.1.3.12 RESURS
RESURS F15 (1992 82,3°, 230 km) nesl kamery komplexu Priroda pro
snímkování zemského povrchu vyvinuté v AN SSSR, Moskva (SSSR) a to:
•
•
topografická kamera KFA-200 s ohniskovou dálkou 200 mm, formátem
180×180 mm a rozlišením 10-25 m pracující se t ech spektrálních
pásmech mezi 510 a 850 nm;
kamera KFA-1000 s ohniskovou dálkou 1000 mm, formátem
300×300 mm a rozlišením 5-8 m.
Kosmos 1484 (1983, 97,6°, 510 km) byla prototypová družice, která
odstartovala série družic pro dálkový pr zkum Zem (navázala na experimenty
družice Meteor 1 30, vypušt né v roce 1980). První opera ní družicí této ady
byl Kosmos 1689 (1985, 97,5°, 480 km) s vybavením viz RESURS O1 3, dále
Kosmos 1870 (1987) vybavený radiolokátorem se syntetickou aperturou s
rozlišením 25-30 m a ší kou záb ru 200-300 km a infra erveným radiometrem
s rozlišením 10-30 m, Kosmos 1939 (1988, 97,5°, 550 km) s vybavením viz
RESURS O1 3 a kone n RESURS 01 3.
- 93 (115) -
RESURS 01 3 (1994, 97,7°, 650 km). V ose válce jsou umíst ny
multispektrální optickomechanické a fototelevizní p ístroje pro snímkování
Zem :
•
•
skener s vysokým rozlišením MSU-E [=multispktral'noje
skanirujuš eje ustrojstvo-ekstrennoje] (3 spektrální rozsahy: 500600 nm, 600-700 nm, 800-900 nm; rozlišení 45 m; ší ka záb ru 45 km);
skener se st edním rozlišením MSU-SK [=multispktral'noje
skanirujuš eje ustrojstvo-srednego ka estva] (5 spektrálních rozsah :
540-600 nm, 600-720 nm, 720-820 nm; rozlišení 150 m; 810-1000 nm;
rozlišení 600 m).
Resurs-DK1, vypušt ná v roce
družice pro dálkový pr zkum.
2006
(69,9°,
350
–
580
km),
je
Krom ady dalších za ízení nese multispektrální optoelektronickou kameru
ESI [=Earth Surface Imager] (rychlost sb ru dat 75, 150 nebo 300 Mbit/s, ší ka
záb ru 28.3 km v nadiru z výšky 350 km, možnost vychýlení od vertikály
±30°, tj. 448 km), pracující ve dvou režimech:
•
•
3.1.4
panchromatický módus (spektrální rozsah 580 až 800 nm, prostorové
rozlišení 1 m);
t íkanálový multispektrální módus (spektrální pásma 500 až 600, 600 až
700 a 700 až 800 nm, prostorové rozlišení 2.5 až 3.5 m);
Družice pro radarový pr zkum zemského povrchu
3.1.4.1 ENVISAT (Environmental Satellite)
(http://www.eurimage.com/, http://www.arcdata.cz/data/druzicova/envisat)
Kosmická raketa Ariane-5G vynesla z KOUROU (Francouzská Guyana)
1.b ezna 2002 v 1.07 nejv tší družici ESA dálkového pr zkumu Zem jménem
ENVISAT na ob žnou dráhu.
Obíhá kolem Zem ve výšce cca 800 kilometr (sklon 98,6°, ob žný cyklus –
35 dní). Jejím úkolem je studium zm n v životním prost edí, v etn globálního
oteplování a tání ledovc .
- 94 (115) -
Nosi e
Obr. 3-13 Ší e záb ru senzor Envisatu
Na ENVISASTu jsou tyto základní p ístrojové sestavy:
• Radar ASAR (Advanced Synthetic Aperture Radar) pracuje na
frekvenci 5,33 GHz (tj. v pásmu C; 3,5–7,5 cm) a je schopen získávat
snímky pevnin a oceán s rozlišením menším než 30 m. ASAR by m l
zajistit návaznost na SAR, senzor je ale vylepšený ve smyslu pokryvu
území, rozsahu úhl dopadu, polarizace a opera ních mód . ASAR m že
snímat jako SAR - konven ní pásové mapy (Stripmap) nebo jako ScanSAR.
B hem p sobení v módu Stripmap SAR si m že ASAR vybrat snímaný pás
m n ním úhlu dopadu paprsku a ší ky paprsku. V obrazovém módu (Image
mode) pracuje ASAR v jedné ze sedmi p edvolených ší í pásu vertikáln
nebo horizontáln polarizovaného zá ení, pro výdej i p íjem je používána
stejná polarizace (p . HH nebo VV). Ší e pásu se pohybují od 56 km (swath
7) po 100 km (swath 1). Prostorové rozlišení je 30 m. P i p sobení v módu
ScanSAR se m že ší ka snímaného pásu zv tšovat použitím signálu
z antény, který je iditelný. Ší ka tak m že být až 400 km, což dává snímek
400 x 400 km. Prostorové rozlišení je cca 150 m, polarizace VV nebo HH.
Poslední mód ASARu – Alternating Polarisation (St ídavá polarizace)
umož uje získávat data mezi polarizacemi HH a VV. Získají se tak b hem
jednoho snímání dva snímky, polariza ní páry HH/VV, HH/HV nebo
VV/VH. Prostorové rozlišení je zhruba 30 m.
• P ístroj GOMOS (Global Ozone Monitoring by Occultation of Stars)
m í ozón a další stopové prvky ve výškách 20-100 km. Teleskop p ístroje
se m že zam it na jednu z 25 vybraných hv zd tak, aby hv zda byla vid t i
p es hustou atmosféru. S rozlišením 1,7 km se pak m í profil hustoty
ozónu, vodní páry a teploty.
• MIPAS (Michelson Interferometer for Passive Atmospheric Sounding)
je fourierovský interferometr pro sledování 20 stopových prvk v atmosfé e
v etn NO-skupin.
- 95 (115) -
• MERIS (Medium Resolution Imaging Spectrometer) je idlo pro
sledování pigmentace oceán , vegetace a obla nosti. Jde o spektrometer
m ící odražené slune ní zá ení v rozlišení 260 m (v nadiru), v 15
spektrálních pásmech viditelného a blízkého infra erveného spektra v pásu
1150 km. MERIS umož uje po ízení snímk celého povrchu Zem každé
t i dny.
• RA-2 (Radar Altimeter 2) pracující na dvou frekvencích 3,2 GHz a
13,57 GHz je p ístroj ur ující p evýšení terénu a povrchu mo í s p esností 4
cm.
• MWR (MicroWave Radiometer) monitoruje atmosférickou vlhkost.
Používá se ke korekcí zpožd ní signálu z RA-2 v d sledku p ítomnosti
vodních par v atmosfé e.
• AATSR (Advanced Along Track Scanning Radiometer) m í
povrchovou teplotu oceán s p esností 0,5 K.
• LRR (Laser Retro-Refleclor) je laserový odráže , který odráží laserové
pulzy vyslané ke družici z pozemních stanic Používá se k aktuálnímu
m ení výšky družice.
• DORIS (Doppler Orbitography and Radio-positioning Integrated by
Satellite) slouží k p esnému ur ování dráhy družice z dopplerovského
posunu frekvence signál vysílaných z pozemních stanic. Lze tak ur it
dráhu s p esností 1 m a rychlost s p esností 2,5 mm/s.
• P ístroj SCIAMACHY (SCanning Image Absorption spectroMeter for
Atmospheric CartograpHY) je ur en k analýze vyza ovaného a
rozptýleného zá ení ze stratosféry a troposféry na 8 frekven ních kanálech.
Rozptyl je zp sobován adou stopových plyn , aerosol í mlhou.
Envisat navazuje na mise dvou jiných pr zkumných družic ESA, a to ERS-1
(1991-2000) a ERS-2 (1995).
Evropská kosmická agentura (ESA) spustila za átkem roku 2007 projekt s
názvem
MIRAVI
(MERIS
Images
RApid
Visualisation)
http://miravi.eo.esa.int/en/. Portál umož uje on-line p ístup k aktuálním
snímk m po ízeným optickým senzorem MERIS z družice Envisat. Snímky
jsou v MIRAVI generovány p ímo z originálních dat MERIS (Level 0 data) v
plném rozlišení kolem 260 m (Full Resolution [FR] mode). Snímky jsou
po izovány systematicky pro Evropu, Afriku a Asii a nesystematicky pro
uzemí Severní a Jižní Ameriky. K aktualizaci snímk na portálu MIRAVI
dochází p ibližn každé dv hodiny.
3.1.4.2 RADARSAT
(kanadský)
3.1.4.3 COSMO-SkyMed
Italská družice COSMO-SkyMed byla úsp šn vynesena na ob žnou dráhu.
COSMO-SkyMed (Constellation of Small Satellites for Mediterranean basin
Observation) je spole ný program italské kosmické agentury a italského
- 96 (115) -
Nosi e
ministerstva obrany zahrnující sestavu ty družic s radarovou aparaturou
SAR-2000 (Synthetic Aperture Radar-2000). Družice budou provozovány v
duálním režimu, umož ujícím po izování dat pro civilní i vojenské ú ely.
První ze ady družic COSMO-SkyMed úsp šn odstartovala 6. ervna 2007 ze
základny Vandenberg Air Force Base v Kalifornii s využitím nosné rakety
Delta II americké spole nosti Boeing. Tato družice bude po izovat radarová
data ve frekven ním pásmu X v n kolika režimech s prom nným prostorovým
rozlišením
1m
–
100m.
Pro další družice jsou p ipravovány multifrekven ní radarové aparatury (X-, CL- and P-band). Podobn jako u n meckého programu TerraSAR-X je
plánován provoz dvou družic ve speciální tandemové konfiguraci umož ující
pr b žné po izování interferometrických dat (interferometric orbital
configuration).
3.1.4.4 TerraSAR-X
Družice TerraSAR-X byla vypušt na na ob žnou dráhu 15. ervna 2007.
N mecká spole nost Infoterra sple n s n meckou kosmickou agenturou
(DLR) oznámily, že start družice TerraSAR-X prob hl úsp šn v pátek 15.
ervna 2007 v 04:14h z kosmodromu Baikonur v Kazachstánu.
TerraSAR-X p edstavuje první radarovou družici, která bude po izovat
družicová data s velmi vysokým rozlišením. V režimu SpotLight se bude jednat
o snímky s prostorovým rozlišením 1 m.
TerraSAR-X je první n meckou družicí, která je výsledkem spolupráce DLR a
spole nosti EADS Astrium v rámci projektu public-private partnership (PPP).
3.1.4.5 ALMAZ-1
ALMAZ-1 (1991 – 1992) je první ruská družice ur ená pro komer ní využití,
která snímala zemský povrch pomocí SAR (radiolokátoru s bo ní vlnou) s
rozlišením 10-15 m (ší ka záb ru 200-350 km). Krom n j nesl velký
infra ervený radiometr s rozlišením pod 30 m (ší ka pásu 150 km).
3.1.4.6 ERS
Družice ERS provozované spole ností ESA (European Space Agency) se staly
první satelitní adou po izující radarová data pro komer ní ú ely. Družice byly
postaveny v konsorciu s Deutche Aerospace. ERS-1 byl vynesen na ob žnou
dráhu v ervenci 1991 raketou Ariane z kosmodromu v Kourou. ERS-2 ho
následoval v dubnu 1995. Hlavním p ístrojem na palub je SAR, ili radar se
syntetickou aperturou, který umož uje získat data bez ohledu na sv tlo i
obla nost. Tomu odpovídají cíle mise zam ené na aplikace v životním
prost edí a mapování.
Ob družice ERS se pohybují na heliosynchronní dráze s inklinací 98° 52’ a
výškou mezi 782 až 785 kilometry. Termínové rozlišení je 35 dn . B hem
„tandemové fáze” ERS-2 následuje s jednodenním zpožd ním za ERS-1, což
- 97 (115) -
umož uje po izování stereo dvojic snímk . Dráha obou družic je udržována
stabilní s odchylkou nejvíce 1 km od ur ené trasy.
SAR fungující v Image modu získává data bez ohledu na sv tlo i režim
po así, v tzv. Wave modu se stává p ístrojem pro m ení výšky vln a jejich
frekvence. Spolu s Wind Scatterometerem pro m ení sm ru a rychlosti v tru
pak tvo í soubor p ístroj nazývaných Active Microwave Instrument (AMI).
Obr. 3-14 Základní parametry AMI
Senzor
SAR Image Mode
SAR Wave Mode
Wind Scatterometer
Vlnová délka
Cd
C
C
Frekvence
5.3 GHz
5.3 GHz
5.3 GHz
Polarizace
VV
VV
VV
Rozlišení
10-30 m
30 m
5 0m
Pozemní sí tvo í 6 velkých p ijímacích stanic – Kiruna (Švédsko), Fucino
(Itálie), Maspalomas (Kanárské ostrovy), Tromso (Norsko), Gatineau a Prince
Albert (Kanada).
3.1.5
Družice pro mapování
3.1.5.1 Cartosat
CartoSat-1 [=Cartographic Satellite], nebo-li IRS-P5 [=Indian Remote
Sensing] vypušt ný v roce 2005 (98°, 620 km) nesla 2 panchromatické kamery
s optickými osami svírajícími úhel 31° (spektrální obor 500 až 850 nm, ší e
záb ru 30 km, prostorové rozlišení pod 2.5 m, tok dat 106 Mbit/s na kameru).
Kamery slouží p edevším k po izování stereoskopických pár snímk
kartografickým ú el m pro stanovení trojrozm rného profilu terénu.
ke
Indická družice Cartosat-2 (IRS-P7) byla úsp šn vypušt na na ob žnou dráhu
10. ledna 2007 (98°, 620 km).
Kamerový systém pro snímkování zemského povrchu zejména ke
kartografickým ú el m tvo í:
•
•
zrcadlový dalekohled se 2 souosými zrcadly;
vlastní panchromatická kamera PAN s detek ním prvkem typu CCD
[=Charge-Coupled Device] (spektrální obor 500-850 nm, ší e záb ru
9.6 km, rozlišení lepší než 1 m, rychlost p enosu dat 336 Mbit/s).
Jedná se o již dvanáctou z ady družic indického kosmického programu IRS
(Indian Remote Sensing Satellite). Cartosat-2 bude po izovat snímky s
prostorovým rozlišením 1 m v panchromatickém ( ernobílém) režimu. Družice
byla vynesena na ob žnou dráhu pomocí nosné rakety PSLV-C7 startující z
indické základny Satish Dhawan Space Centre (SDSC) u m sta Sriharikota.
- 98 (115) -
Nosi e
3.1.5.2 Kompsat-2
Korejská družice Kompsat-2 (KOrean MultiPurpose SATellite) byla vypušt na
na ob žnou dráhu 28. ervence 2006. Po izuje snímky v ernobílém formátu
(Pan) s rozlišením 1 m a v barevném formátu (MS) 4 pásma ve viditelném
( ervená, zelená, modrá) a blízkém infra erveném spektru s rozlišením 4 m.
Kompsat-2 je schopen po ídit 7500 snímk p i ší ce záb ru 15×15 km každý
den (tj. ekvivalent k ploše o velikosti 1,7 mil. km2).
Kompsat-2 je schopen lokalizovat, rozeznávat a m it prvky a objekty na
zemském povrchu p edevším podle fyzického vzhledu. Je schopen mapovat
m lké vody, kde rozeznává p du od vegetace. U vegetace satelit rozlišuje
jednotlivé druhy i její zdravotní stav. Kompsat-2 je ur en pro uspokojení
detailních mapovacích prací v m ítcích 1:50000 až 1:5 000. Má ideální
vybavení i pro zpravodajské ú ely – podporuje identifikaci a charakterizaci
citlivých oblastí a civilních i vojenských systém . V m ítku do 1:5 000
(rozlišení 1 m) je možné pro ú ely podrobných map a technických zpráv
detekovat nap . vozidla, vojenskou techniku, letadla, radary, raketová sila,
silnice, minová pole, mosty apod.
Korejský vesmírný výzkumný ústav má ambiciózní plán: po sérii mikrosatelit
KITSAT 1-4 a družicích KOMPSAT 1 a 2, jsou nyní vyvíjeny další družice pro
dálkový pr zkum Zem KOMPSAT 3 a 5. Krom toho se pracuje na družici
COMS-1, která bude sloužit pro pot eby komunikace, meteorologie a
oceánografického výzkumu.
3.1.5.3 ALOS
ALOS (Advanced Land Observing Satellite). Pro pot eby revize
topografických map v m ítku 1:25 000, monitorování životního prost edí a
ohrožených oblastí se po ítá v roce 2002 s vypušt ním družice (raketou H-II).
Na své palub ponese:
• AVNIR-2 (Advanced Visible and Near-Infrared Radiometer type 2) s
rozlišovací schopností 2,5 m p i záb ru 35 km (stereo, PAN), resp. 10 m se
záb rem 70 km (multispektrální, 4 kanály),
• VSAR (Variable Off-Nadir Angle SAR) s rozlišovací schopností 10 m pro
použití dat p i obla nosti.
P enos se bude z d vodu velkého množství dat (AVNIR-2 cca 1Gbps)
uskute ovat pomocí spojových družic, po ítá se s orientací pomocí GPS s
chybou 1 pixelu (2,5 m) na 1000 km letu cca 700 km. Termínové rozlišení 45
dní lze zlepšit možnými náklony snímacích za ízení.
3.1.5.4 QuickBird
Spole nost EarthWatch, Inc. (nyní DigitalGlobe), Longmont, CO (USA)
vypustila v roce 1997 komer ní družici EarlyBird 1 pro dálkový pr zkum
Zem . Na ob žné dráze nevydržela ani jeden rok.
Nesla panchromatický senzor pracující v rozsahu vlnových délek 445-650 nm s
rozlišením 3 m (velikost záb ru 6×6 km, mozaika 4 CCD, každý po 3×3 km);
a multispektrální skaner s rozlišením 15 m, pracující ve t ech pásmech ve
- 99 (115) -
viditelné a blízké infra ervené oblasti (490-600, 615-670 a 790-875 nm) s
velikostí záb ru 15×15 km.
Obdobn nep íznivý osud m la družice QuickBird 1, která krátce po vypušt ní
v roce 2000 sho ela v atmosfé e. Úsp šn jší již byl start QuickBird 2 v roce
2001. Je vybavena multispektrální kamerou BHRC 60 [=Ball High-resolution
Camera] s rozlišením v monochromatickém režimu 0.61 m a 2.5 m v
multispektrálním režimu. Pracuje na heliosynchronní dráze (97,2°, cca 450
km).
Družice QuickBird 2 byla vynesena na ob žnou heliosynchronní dráhu ve
výšce cca 450 km dne 18. íjna 2001 po neúsp šném pokusu navést v roce
2000 na ob žnou dráhu družici QuicBird 1.
Je schopna snímat zemský povrch s dosud nejvyšším prostorovým rozlišením,
(nebereme-li v úvahu vojenské prost edky, jejichž produkty jsou v civilní sfé e
nedostupné). Vyvinula a uvedla ji do provozu spole nost DigitalGlobe
(Colorado, USA, d íve EarthWatch), která je významným poskytovatelem
digitálních geografických dat.
Senzory na družici QuickBird umož ují snímat zemský povrch nejen v nadiru,
ale díky možnosti jejich vychýlení až o 25° lze snímat i oblasti, které se
nachází v širší oblasti pod družicí, ímž je zvýšena operabilita p i snímání
požadovaných oblastí. Ší ka snímaného pásu iní 16,5 km (p i snímání
v nadiru), v p ípad snímání v bo ním sm ru je ší ka snímaného území v tší,
p i emž se úm rn snižuje rozlišení. P i maximálním náklonu senzoru do
strany (25 stup ) je velikost pixelu nikoliv 61 cm, jako je tomu p i snímáni
v nadiru, ale 72 cm.
Na družici QuickBird operuje multispektrální kamera BHRC 60 [=Ball Highresolution Camera] se dv ma senzory. Jeden je panchromatický a poskytuje
ernobílé snímky o rozlišení 61-72 cm, a jeden multispektrální, který snímá
zemský povrch sice s menším prostorovým rozlišením (244 - 288 cm, podle
míry vychýlení senzoru), ale zato ve ty ech spektrálních pásmech (modré,
zelené, ervené, blízké infra ervené). Snímky z obou senzor bude možno
kombinovat tak, aby výsledný snímek získal vysoké prostorové rozlišení
z panchromatického snímku i spektrální kontrast z multispektrálního snímku.
Firma DigitalGlobe plánuje start dalších družic. Koncem roku 2007 by m la
být vynešena na ob žnou dráhu družice WorldView I. Rozlišení v
panchromatickém módu by m lo být 45cm, výška letu bude 450km, perioda
snímání 1.7 dne – družice bude mít schopnost po ídit za jeden den 750 000km²
s p lmetrovým rozlišením. Vybavena bude nejmodern jším systémem na
ur ování vlastní polohy, možnost po izovat stereodvojice z stane.
WorldView II – start této družice se o ekává v roce 2008. Výška letu by m la
být 770km, WorldView II umožní DigitalGlobe nabízet panchromatická data s
rozlišením 45cm a multispektrální s rozlišením 1,8m. Perioda snímání bude 1
den s možností pokrýt v pr b hu jednoho dne území o velikosti 975 000km².
Družice bude mít standardn ty i multispektrální pásma ( ervené, modré,
zelené a blízké infra ervené) a sou asn ty i nová pásma (krátkovlnné modré,
žluté, okraj erveného pásma a blízké infra ervené 2).
- 100 (115) -
Nosi e
3.1.6
Zpravodajské družice
Offeq 7 {=Horizont} Izraelská vojenská pr zkumná družice (2007, 141,7°, 380
– 570 km). Pohybuje se po siln retrográdní dráze. P edpokládaná doba aktivní
životnosti jsou minimáln 4 roky.
Kosmos 2410 (2004 – 2005, 67,1°, 200 – 300 km), KOSMOS 2420 (2006,
67,1°, 180 – 300 km), KOSMOS 2427 (2007, 67,1°, 180 – 300 km) p edstavují
p íklady ruských vojenských fotopr zkumných družic typu Kobal't-M (alias
Jantar).
Podrobnosti o jejich konstrukci nebyly dosud zve ejn ny, ale p edpokládá se,
že jsou vybaveny jedním velkým návratovým pouzdrem, kterým se dopravuje
na Zemi v tšina aparatury po ukon ení její mise a nejmén dv ma menšími
návratovými pouzdry pro dopravu exponovaného filmu v pr b hu mise. Pro
p ípad nezda eného p istání je družice z ejm jako p edchozí typy vybavena
autodestruk ní náloží. Maximální aktivní životnost t chto družic je 64 dní.
IGS 4A (2007, 97,3°, 490 km) je japonská pr zkumná družice. T íose
stabilizovaná družice typu IGS-O1 [=Information-Gathering Satellite-Optical]
s t lem tvaru kvádru o p ibližných rozm rech 1.7×1.6×1.3 m je vybavena
párem fotovoltaických baterií o rozp tí p ibližn 16.5 m dodávajících asi 3 kW
elektrické energie a dobíjejících palubní akumuklátorové baterie. Je sou ástí
systému MIGS [=Multipurpose Information-Gathering Satellites]. Nese
multispektrální kameru pravd podobn odvozenou od kamery PRISM
[=Panchromatic Remote-sensing Instrument for Stereo Mapping] vyvíjenou
pro družici ALOS (2006) pro po izování ernobílých panchromatických
snímk zemského povrchu s rozlišením okolo 1 m a multispektrálních snímk
s rozlišením 4.5 m. Ší ka záb ru s maximálním rozlišením je p ibližn 10 km.
Další informace nebyly oznámeny. Získané informace jsou využívány jak k
vojenským (rozv dka), tak k civilním ú el m (monitorování p írodních
katastrof). V sou asné dob vyvíjí Japonsko družici radioloka ního pr zkumu
nové generace, která má být podle p edpoklad vynesena na ob žnou dráhu v
roce 2011. Údajn se jedná o jedine nou technologii pro napln ní
perspektivních požadavk japonských obranných sil.
Vojenské pr zkumné družice provozuje ve Spojených státech Národní ú ad pro
pr zkum (National Reconnaissance Office - NRO). Ten v sou asnosti
disponuje šesti družicemi: t emi optickými KH11/12 a t emi radarovými
Lacrosse. Družice KH11/12 jsou vybaveny optickými teleskopy s velkou
ohniskovou vzdáleností, o nichž se tvrdí, že poskytují snímky s rozlišením 10 15 cm. Radarové družice Lacrosse dodávají dopl kové snímky s rozlišením 1
až 3 m, nezávislé na po así a denní dob . V tšina z t chto družic je relativn
stará. O tom, jakého typu je družice vypušt ná v srpnu 2003, se spekuluje m že jít o další Lacrosse nebo také o elektronický odposlech.
USA 182 (Lacrosse 5, Onyx 5, NROL-16 [=National Reconnaisance Office
Launch], E-300 F-3, Prometheus) je vojenská pr zkumná družice.
Pravd podobn ji vyrobila firma Lockheed Martin Astronautics (LMA),
Denver, CO (USA). Provozovateli jsou organizace National Reconnaisance
- 101 (115) -
Office (NRO), Chantilly, VA (USA) a Central Intelligence Agency (CIA),
Washington, DC (USA).
Z ejm se jedná o družici pro radioloka ní pr zkum typu Lacrosse alias Onyx
o délce 12 m a max. pr m ru 4.4 m. Její radioloka ní za ízení m že po izovat
záb ry terénu bez ohledu na po así s rozlišením 3 až 1 m. Je vybavena
pohonným systémem pro korekce ob žné dráhy. Po ízená radioloka ní data
jsou p edávána na hlavní pozemní stanici ve White Sands, NM (USA)
prost ednictvím systému družic TDRSS [=Tracking and Data Relay Satellite
System] (dráha 57°, 710 km, 2005). P edpokládaná aktivní životnost je 8 až 10
rok .
3.1.7
Programy dálkového pr zkumu Zem
3.1.7.1 EOS (Earth Observing System)
Jde o základní ást programu NASA “Mission to Planet Earth - MTPE” a
klí ovou sou ást amerického výzkumného programu Global Change. Jeho
zahájení bylo p vodn plánováno na rok 1998 a p edpokládá se jeho trvání po
dobu asi 15 let (výzkum atmosféry, oceánu a zemského povrchu). Do systému
EOS je logicky za azen i LANDSAT.
Terra (alias EOS AM-1, start 1999, 98,2°, cca 690 - 705 km s opakovaným
snímkováním stejného území po 16 dnech) se pohybuje na heliosynchronní
ob žné dráze 30 minut za družicí Landsat 7. Rovník p echází asi v 10,30 hod.
místního slune ního asu, kdy je minimální zakrytí povrchu obla ností.
Nam ené údaje z pás jednotlivých p elet mohou být sestaveny do celkového
globálního obrazu. Je ur ena speciáln pro výzkum životního prost edí.
Na družici Terra jsou umíst ny tyto p ístroje:
• komplex CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) tvo í dva
identické p ístroje, které m í celkovou radiaci Zem a vlastnosti obla ných
systém , tzn. že jsou ur eny p edevším pro studium tepelné rovnováhy
Zem .
• MISR (Multiangle Imaging Spectral Radiometer) - sledování atmosféry a
zemského povrchu. Jedná se i nový typ za ízení navržený pro konkrétní
úkol – prom it sm rové charakteristiky odrazu slune ního zá ení od
zemského povrchu. Je vybaven devíti kamerami nastavenými v r zných
pozorovacích úhlech. Jedna kamera je na ízena sm rem k nadiru, a další
poskytují pohledy pod úhly 26.1°, 45.6°, 60.0° a 70.5° dop edu i dozadu ve
sm ru pohybu. P i letu družice je každá oblast na zemském povrchu
postupn snímána všemi devíti kamerami ve ty ech vlnových délkách
(modrá, zelená, ervená a blízké infra).
• MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) se ší kou záb ru
2230 km m í každé místo na Zemi opakovan po 1-2 dnech ve 36-ti
spektrálních pásmech v oboru 0.4 až 14.5 µm. Jeho prostorové rozlišení se
pohybuje od 250 m (2 spektrální pásma), p es 500 m (5 spektrálních
pásem) po 1 km (29 spektrálních pásem). MODIS je zdokonaleným
nástupcem radiometru NOAA s vysokým rozlišením (AVHRR). Díky
vysoké frekvenci m ení se výborn hodí pro zkoumání významu r zného
- 102 (115) -
Nosi e
typu obla nosti a aerosol v klimatickém systému Zem . Je také skv lým
pomocníkem p i studiích uhlíkového cyklu, celkové dynamiky atmosféry a
monitorování vegetace.
• MOPITT (Measurements of Pollution in the Troposphere) je za ízení
sloužící ke studiu spodních vrstev atmosféry, chemického složení atmosféry
a obzvlášt interakcí zem a oceánu.
• ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection
Radiometer) je multispektrální skener, který byl vyvinut ve spolupráci
japonských a amerických v dc . Poskytuje data s vysokou prostorovou
rozlišovací schopností (pixely zabírají plochu od 15 do 90 m2) ve 14-ti
r zných vlnových délkách z viditelné a infra ervené ásti spektra. Jedná se
14 kanálový detektor (3 VNIR s rozlišením 15 m, 6 kanál SWIR s
rozlišením 30 m a 5 kanál TIR s rozlišením 90 m). Bude využíván k
dlouhodobému pozorování zemského povrchu, vodstva, ledové pokrývky a
obla nosti, jakož i pro geologické ú ely. ASTER nepo izuje data
nep etržit , ale v pr m ru jen 8 minut na jeden p elet. Navíc má skener
prom nný úhel záb ru, takže z podrobných stereoskopických dat ASTERu
je možné vytvá et i detailní výškové modely terénu.
Plánovaná životnost družice TERRA je šest let. Poté bude nahrazena další
družicí, která bude zdokonalena o nové technologie.
Družice AQUA (alias EOS PM-1, tj. Earth Observing System Post Meridiem,
98°, cca 690 km) je klimatologická družice s hlavním zamn ením na studium
obsahu vodních par v atmosfé e. Byla vypušt na v roce 2002 ve spolupráci
s Japonskou agenturou NASDA. Na její palub pracuje:
• p ístroj AIRS [=Atmospheric Infrared Sounder] pro infra ervenou
sondáž atmosféry ke stanovení teploty povrchu Zem a atmosféry a její
tepelné rovnováhy, sledování obla nosti, m ení obsahu vodní páry, ozónu
a skleníkových plyn (prostorové rozlišení 50 km), který tvo í:
o
spektrometr AIRS-HRS [=Atmospheric Infrared Sounder-HighResolution Spectrometer] s polovodi ovými detektory HgCdTe
(2378 m icích kanál v rozsahu 3.75 až 15.4 µm, ší ka zám ru
13.5 km);
o
fotometr pro viditelnou a blízkou infra ervenou oblast AIRSVNIP [=Atmospheric Infrared Sounder-Visible/Near Infrared
Photometer] (4 pásma v rozsahu 400 až 1000 nm);
• p ístroj AMSU [=Advanced Microwave Sounding Unit] pro
mikrovlnnou sondáž atmosféry k ur ení teplotního profilu do výšky 40 km
(15 spektrálních kanál , p esnost ur ení teploty ±1 K, výškové rozlišení
1 km, prostorové rozlišení 40.5 km), který tvo í samostatné jednotky
AMSU-A1 a AMSU-A2;
• p ístroj HSB [=Humidity Sounder for Brazil] pro m ení výškového
profilu obsahu vodní páry v atmosfé e (4 kanály, prostorové rozlišení
13.5 km) (Brazílie);
•
CERES
- 103 (115) -
• mikrovlnný skanující radiometr AMSR-E [=Advanced Microwave
Scanning Radiometer for Earth Observing Satellite] (spektrální pásmo
6.9 GHz) pro studium množství vodních srážek nad oceány a nad
pevninami a pro m ení teploty hladiny mo e (Japonsko);
•
zobrazující spektroradiometr MODIS.
V roce 2004 byla vypušt na v decká družice AURA (EOS-CHEM
[=Earth Observing System Chemistry]. Pro aeronomická
pozorování je
vybavena:
• vysokorozlišující infra ervený radiometr skenující ve vzdálené
infra ervené oblasti (21 kanál v pásmu 6.12 až 17.76 µm) okraj zemského
disku HIRDLS [=High Resolution Dynamics Limb Sounder] pro stanovení
koncentrace chlorofluorouhlovodík (freon , CFC), N2O, NO2, N2O5,
HNO3, O3, H2O, ClONO2, CO2 a množství a typy aerosol v horní
troposfé e a dolní stratosfé e (USA, Velká Británie);
• mikrovlnný radiometr skenující zá ení v milimetrovém a
submilimetrovém pásmu (118, 190, 24 a 640 GHz a 2.5 THz) okraje
zemského disku MLS [=Microwave Limb Sounder] pro stanovení
koncentrace radikál OH, OOH, BrO, ClO a slou enin O3, CO, N2O,
HNO3, HCN, H2O a HCl ve stratosfé e a troposfé e (USA);
• hyperspektrální spektrometr OMI [=Ozone Monitoring Instrument]
m ící v viditelné a ultrafialové oblasti spektra pro globální mapování
koncentrace O3 ve stratosfé e a troposfé e a dalších látek (NO2, ClO2, SO2,
formaldehyd) a aerosol (Nizozemsko, Finsko);
• zobrazující Fourier v infra ervený spektrometr TES [=Tropospheric
Emission Spectrometer] pracující v infra ervené oblasti (3.2 až 15.4 µm)
pro m ení výškového profilu koncentrace ozónu a dalších látek (USA).
3.1.7.2 Projekt Triana
Vicepresident Spojených stát Al Gore dal podn t k p íprav projektu
televizního vysílání planety Zem v p ímém p enosu. Základem projektu je
vyslání um lé družice s hmotností 170 kg na dráhu ve vzdálenosti 1,6 milion
km do tzv. Lagrangeova bodu, kde se vyrovnává gravita ní síla Zem
s p itažlivostí Slunce. Z tohoto místa by družice po izovala televizní záb ry
p ivrácené polokoule Zem . Televizní vysílání by m lo být nep etržité 24
hodin denn a p ístupné obyvatel m planety jak prost ednictvím pozemního
televizního vysílání, tak na Internetu. Projekt dostal název Triana podle
námo níka Kolumbovy flotily, který první spat il novou zemi a jehož jméno je
Juan Rodriguez Bermejo de Triana.
3.1.7.3 New Millennium Program – NMP
Program nového tisíciletí (New Millennium Program – NMP) je programem
NASA.
3.1.7.4 Saljut (DOS, OPS)
Saljut je sov tský program kosmických stanic a také název jednotlivých stanic
tohoto programu (Saljut 1 – 7).
- 104 (115) -
Nosi e
Saljut 3 a Saljut 5 m ly návratové pouzdro, které dopravilo vzorky výzkum na
Zemi. Stanice Saljut 6 a Saljut 7 byly vybaveny dv ma spojovacími uzly, které
umož ovaly, aby stanice hostila dv transportní lod Sojuz nebo byla
zásobována nákladními lod mi Progress.
Ve skute nosti nešlo o jeden, nýbrž o dva na sob tém nezávislé programy,
civilní a vojenský, jehož pravý charakter m l z stat utajen. Ruské civilní
stanice nesly ozna ení DOS (Dolgovremennaja orbitalnaja stancija, p vodne
Zarja).
Pod plášt m stanic Saljut byly vypušt ny rovn ž t i stanice (Saljut 2, 3 a 5)
vojenského programu Almaz (Diamant). Program byl schválen v roce 1967,
rychle se rozvíjel a do kal se i p evedení do letové fáze. Koncem 70. let 20.
století však byl zrušen a ást hotové techniky byla využívána v mírovém
programu. Všechny složky programu využívaly ke start m raketu Proton.
Komplex Almaaz zahrnoval orbitální pilotovanou stanici OPS (Orbitalnaja
pilotirujemaja stancija) a transportní lo
TKS (Transportnyj korabl
snabženija), do níž pat il funk n -nákladový blok FGB a návratový modul VA.
Byla schopna dopravit na stanici OPS t i kosmonauty, materiál a zásoby a osm
nákladních návratových pouzder KSI o nosnosti 100 kg. Hlavní systémy
komplexu Almaz byly pozd ji využity v programech Mir a ISS. Šlo p edevším
o modifikované TKS, u nichž byl návratový modul VA nahrazen výzkumným
modulem.
Program Almaz byl prioritn ur en k mapování povrchu Zem . Ve své dob
sov tské autority nepotvrdily jeho vojenské zam ení.
3.1.7.5 Další družice
Realizace ady projekt dálkového pr zkumu Zem z družicových nosi v
sou asné dob vázne p edevším na nedostatku finan ních zdroj . Mnohé
projekty uvázly ve fázi p íprav a mnohé projekty ohlašují zna né zpožd ní.
Nap .: RockSat 1 (Chunghua 1, Chunghwa 1, Zhongguo 1, Zhonghua weixing
1, Formosat 1) [=Republic Of China Satellite] plánovaná Taiwanem jako
družice pro dálkový pr zkum Zem ke startu již v roce 1998 odstartovala jako
v decká družice až v roce 1999 (35°, 600 km). Z p ístroj dálkového
pr zkumu nesla kameru OCI [=Ocean Color Imaging] snímkující v 6 kanálech
viditelné a blízké infra ervené oblasti (443, 490, 510, 555, 670 a 865 nm),
ur ená pro dálkový pr zkum oceán se zam ením na fytoplankton, zne išt ní
mo e sedimenty z í ních tok a studium efekt aerosol v atmosfé e na
dálkový pr zkum; Až v roce 2004 (99°, 890 km) byla vypušt na na ob žnou
dráhu její verze ist pro dálkový pr zkum Zem , a to RockSat 2 (Formosat 2
aj.) s multispektrální kamerou pro snímkování povrchu Zem (spektrální
pásma v panchromatickém režimu 450 až 900 nm, v multispektrálním 450-520,
520-600, 630-690 a 760-900 nm, prostorové rozlišení 2 resp. 8 m, ší e záb ru
24 km, 12 kpx/ ádka) a kamerou pro snímkování bou kových výboj v
atmosfé e. Následující družice Formosat ady 3 (COSMIC) mají op t spíše
v decký program.
Cich - ukrajinský projekt t í družice pro dálkový pr zkum Zem , které m ly
být vybaveny skenery MSU-M a MSU-S, skenujícím mikrovlnným
radiometrem RM-08, radarem RLSBO a radarem SAR (L-pásmo, záb r 85 122 km s rozlišovací schopností 50 m a se záb rem 36 - 57 km s rozlišovací
- 105 (115) -
schopností 10 m) a mikrovlnným radiometrem se m l uskute nit v letech 1995
– 1997.
Spole nost GDE Systems hodlá vypustit mapovací družici GDE s rozlišovací
schopností 0,85 m v panchromatickém oboru 0,5 - 0,9 µm s možnostmi
náklon podél i nap í stopy ± 45° (=700 km) a tvorbou stereozáb r . Za ízení
má být vybaveno lineární ádkou CCD s 13 000 prvky a dalekohledem o
ekvivalentní ohniskové délce cca 10 m. Záb r družice bude asi 15 km v
závislosti na náklonu snímacího za ízení. Výška dráhy družice bude 704 km,
perioda p elet 16 dní, revize území 1,5 - 1,8 dne. Maximální palubní kapacita
30 Gb (15 x 1600 nebo 120 x 120 km).
Resource 21 (Information for the 21st Century) je americko-kanadská
spole nost zabývající se informa ním servisem p edevším v oblasti
zem d lství, životního prost edí, lesnictví a národní bezpe nosti. Spole nost
plánovala pro rok 1999 vypustit 4 totožné družice se snímacím za ízením v
multispektrálním provedení s rozlišovací schopností 10 m (0,45 - 0,52 µm,
0,53 - 0,59 µm, 0,63 - 0,69 µm a 0,76 - 0,90 µm), resp. 20 m (1,55 - 1,65 µm) a
100 m (1,23 - 1,53 µm). Záb r 205 km, termínové rozlišení 7 dní, revize
území 2 - 3 x denn , možnost náklon ± 45° (tj. cca 1270 km) a ± 30° podél
stopy družice. Kapacita palubního zapisovacího za ízení je 17+ Gb (205 x 4000
km). Zaregistrováno bylo pouze snímkování této spole nosti z letadlových
nosi .
Spole nost plánuje postupné vypoušt ní družic CRSS (CARTERRA) se
snímacím za ízením o rozlišovací schopnosti 1 m (panchromatický obor s
rozsahem 0,45 - 0,90 µm), resp. 4 m (multispektrální s rozsahem 0,45 - 0,52
µm, 0,52 - 0,60 µm, 0,63 - 0,69 µm a 0,76 - 0,90 µm) p vodn od roku 1997
na dráhu o výšce 680 km. Pro trh jsou plánovány montáže PAN-Multi v
m ítkách 1:2400 (za použití pozemního m ení) a 1:24 000 (bez pozemního
m ení), dále ortorektifikované NDVI scény a automatická extrakce prvk z
obrazu. P esnost snímk se bude pohybovat v rozmezí 1 - 2 m, užito bude
kódování na 11 bit . Družice má být vybavena lineární ádkou CCD o délce
157 mm s 13000 prvky o velikosti 12 µm a celkovým zorným polem menším
než 1° a dále dalekohledem o ekvivalentní ohniskové délce 10 m. Záb r
družice bude cca 11 km v pruhu o maximální ší ce 100 km (s možností náklonu
do stran do vzdálenosti 100 km. Nabízet se bude scéna 60 x 60 km. Náklon
snímacího za ízení umož uje také stereozáb ry z jediného p eletu náklonem
komory vp ed a vzad nebo náklonem komory do strany (stereo in- and cross
track, ± 45° náklon skeneru, dosah 680 km). Kapacita pam ti 64 Gb (=72 x 140
km). K dodání dat z libovolného místa na Zemi by m lo dojít nejpozd ji za 24
- 48 hodin po jejich po ízení. Revize území lze provést za 1 - 3 dny, perioda
p elet je 14 dní. V USA se p edpokládá využití dat, po ízených z tohoto
systému, k novému katastrálnímu mapování.
Kalifornská firma RDL Space se stala prvním soukromým subjektem, který
získal od vlády licenci na stavbu, vypušt ní a provoz komer ní družice se
zobrazovacím radarem SAR. Družice Radar 1 poskytne data s rozlišením 1 m
pro vojenské použití a o n co horším i pro civilní sféru. Družice má být
vypušt na na nízkou ob žnou dráhu v roce 2001.
- 106 (115) -
Nosi e
3.1.8
Orbitální stanice
Za orbitální (družicové, kosmické) stanice se považují taková technická
za ízení (obvykle komplexy tvo ené ú elov specifikovanými moduly)
vypoušt ná do volného vesmíru, která nejsou primárn ur ena k návratu, nýbrž
slouží jako p edsunutá pracovišt na ob žné dráze pro st ídající se posádky.
Krom hermetizovaných modul , které slouží pro vlastní pobyt posádky, musí
být sou ástí komplexu i technické úseky, pohonné jednotky, vn jší
manipulátory a pochopiteln i záchranné, transportní a návratové, p íp.
výsadkové moduly aj.
Jako orbitální stanici lze ozna it již první modulov uspo ádané kosmické lod ,
na nichž se st ídaly posádky. V roce 1969 Sov tský svaz sice prohlásil za
„první orbitální stanici" spojení pilotovaných lodí Sojuz 4 a 5, avšak toto
ozna ení bylo pouze propaga ní záležitostí. Za první orbitální stanici tak
považujeme až Saljut 1 z roku 1971. Protože však t í lenná posádka po tehdy
rekordn dlouhém pobytu tragicky zahynula, další lety k ní nepokra ovaly. Pod
spole ným názvem bylo raketami Proton vyneseno na ob žnou dráhu celkem
sedm stanic Saljut.
Mimo ádn úsp šný byl nap . let Saljutu 6 (DOS-5, 1977 – 1982), b hem 4 let
a 10 m síc vykonal 27 785 ob h Zem . Na palub se vyst ídalo p t hlavních
posádek a 11 návšt vnických, z toho dev t s mezinárodní posádkou (hned v
první byl v roce 1978 Vladimír Remek). V pilotovaném režimu sloužil Saljut 6
celkem 676 dní pro 27 kosmonaut . Maximální délka letu byla 185 dní.
Uskute nilo se 35 automatických spojení s 20 lod mi typu Sojuz a s 12
nákladními Progressy. Po ukon ení pilotovaného režimu byl ke stanici p ipojen
i velký transportní modul TKS (Transportnyj korabl snabženija) ze zrušeného
programu Almaz (Kosmos 1267).
První permanentn pilotovanou orbitální stanicí byla stanice Mir. Základní
modul Miru byl vypušt n 19. 2. 1986 a vlastním motorem b hem n kolika
týdn uveden na opera ní dráhu ve výšce 340 až 360 km (sklon cca 51,64°).
K základnímu modulu se postupn p ipojovaly další ú elov zam ené moduly.
Vybavení orbitální stanice bylo dílem v dc p edevším ze SSSR, SRN,
Švýcarska, Velké Británie a Nizozemska, sv j podíl zde však m ly i v decké
instituce dalších stát , v etn bývalého eskoslovenska. Orbitální stanice
zanikla 23.3.2001 po ízeném sestupu dílem v atmosfé e, dílem ve vodách
jižního Pacifiku. Celkem tedy byla stanice Mir na ob žné dráze 5511 dní, z
toho 4594 v pilotovaném režimu. Za tu dobu se na její palub vyst ídalo 137
kosmonaut p i 39 výpravách, p i emž bylo p ijato 68 bezpilotních
(nákladních) lodí. V pr b hu doby byla stanice prohlášena za mezinárodní
v decké pracovišt a od b ezna 1995 na ní postupn strávilo sedm amerických
kosmonaut celkem 28 m síc .
Prvním p ipojeným modulem ke stanici Mir (od 11. 4. 1987 do 23.3.2001) byl
astrofyzikální modul Kvant, p vodn ur ený již pro Saljut 7. Obsahoval nap .
aparaturu pro astrofyzikální pozorování (mj. ultrafialový dalekohled „Glazar"),
geofyziku, biotechnologické a technologické experimenty a pro dálkový
pr zkum Zem i ekologii (optický hledá ek OD-5). Od 8. 12. 1989 (do
23.3.2001) byl trvalou sou ástí komplexu modul Kvant-2 odvozený od
zásobovací lodi TKS programu Almaz. Na palub nesl v decké vybavení pro
- 107 (115) -
dálkový pr zkum Zem a ekologii, pro astrofyzikální
technologické experimenty a materiálové pokusy.
pozorování,
Modul dovybavení Kvant 2 obsahoval pro pot eby dálkového pr zkumu Zem
a ekologie pro dálkový pr zkum Zem a ekologii:
•
multispektrální kameru MKF-6MA [=mnogokanal'nyj fotoapparat];
•
telespektrometr "Faza";
•
plošinu ASP-G-M [=automatizovaná stabilizovaná plošina Gallej-Mir];
•
spektrometr MKS-M [=mnogokanal'nyj spektrometr Mir];
•
ernobílou kameru KL-140 ST;
•
barevnou kameru KL-103 V;
•
videokomplex "Atlas";
•
infra ervený spektrometr ITS-7D [=infrakrasnyj telespektrometr];
Obsahoval dále p ístroje pro astrofyzikální pozorování a pro technologické
experimenty a materiálové pokusy.
Optický modul SPEKTR (1995 – 2001) obsahoval za ízení pro astrofyzikální
pozorování technické experimenty, geofyzikální výzkum a také pro dálkový
pr zkum Zem , k nimž pat il:
•
infra ervený spektrometr "Miras";
•
lidar "Balkan-1";
•
radiometr "Feniks" pro m ení absorpce slune ního zá ení 2.62 µm v
atmosfé e ve výškách 20-70 km;
•
fotografický komplex "Priroda-5";
Modul PRIRODA (1996 – 2001), odvozený od zásobovacích lodí typu TKS,
m l pestré v decké vybavení. Pro dálkový pr zkum Zem byl ur en:
•
radiometrický komplex "Ikar-Del'ta", pracující v oblasti vlnových délek
3, 8, 13.5, 22.5, 40 a 60 mm, který tvo í radiometr "Ikar-IP", skanující
radiometr "Del'ta-2P", 3 polariza ní radiometry RP-225, skanující
polariza ní radiometr R-400 a 6 radiometr RP-600;
•
infra ervený spektroradiometr "Istok-1";
•
komplex "MOZ-Obzor", který tvo í p edevším spektrometr MOZ-A
pracující v pásmu 756-767 nm a spektrometr MOZ-B pracující v
pásmu 408-1010 nm;
•
p tikanálový spektrometr "MSU-SK" (viditelná, blízká a vzdálená
infra ervená oblast);
•
2 t íkanálové skanující spektrometry "MSU-E"'
•
ty kanálový spektrometr "Ozon-Mir" pro m ení absorpce slune ního
zá ení atmosférou Zem (257-1155 nm);
•
radiolokátor "Travers-1" s bo ním vyza ováním a syntetickou
aperturou, pracující v pásmu C (3.33 GHz, výkon 500 W) a D
- 108 (115) -
Nosi e
(1.30 GHz, výkon 700 W) s rozlišením 100 m (rozm r antény
2.8×6.0 m);
•
ty kanálový stereoskopický skaner "MOMS-2P" (spektrální kanály
440-505, 530-575, 645-680, 770-810 nm, zorné pole 15°, rozlišení
15.9 km; stereoskopický kanál 520 nm, zorné pole 15°, rozlišení
15.9 km; vysokorozlišující kanál 520-760 nm, zorné pole 7.2°, rozlišení
5.3 km);
•
aparatura "RPI";
•
aparatura "BISU-PM";
•
aerosolový lidar "Alisa" pracující na vlnové délce 532 nm;
Sou ástí výzkumného modulu Priroda byly dále p ístroje pro technické
experimenty (nap . ty kanálový detektor ultrafialového zá ení DK-33 (120180, 180-350, 350-600, 400-1100 nm), pro astrofyzikální a geofyzikální
pozorování, pro léka skobiologické experimenty a pro technologické
experimenty (od roku 1990 nap . modul Krtistall, který sloužil zejména ke
zkušební pr myslové výrob polovodi ových materiál ).
P vodní grandiózní americký plán stavby kosmické stanice NASA byl
vyhlášen v roce 1984 s datem realizace 1992. V roce 1988 dostala t žce se
rodící stanice název FREEDOM. V roce 1991 doznal návrh orbitální stanice
zásadních zm n, mj. i v tom, že se partnery USA p i její stavb stali Kanada,
Japonsko a ESA, a o pár let pozd ji i Rusko. Od roku 1993 je pak p ipravovaná
mezinárodní stanice ozna ovaná jako ALPHA, nej ast ji však jen jako ISS
(International Space Station).
Vlastní výstavba ISS byla zahájena v roce 1998 vypušt ním modulu Zarja
(FGB, Funkcionalnyj Gruzovoj Blok) na parkovací montážní dráhu ve výšce
250 km pomocí ruské rakety Proton a p ipojením modulu Unity. V roce 2000
se po úsp šném startu modulu Zvezda stavba ISS rozjela naplno. Po katastrof
raketoplánu Columbia (2003) však byla stavba ISS pozastavena, byl omezen
po et zbývajících montážních let ke stanici a plánovaná konfigurace ISS byla
mírn redukována. Výstavba ISS byla obnovena až letem raketoplánu Atlantis
v roce 2006.
Stanice by po jejím p emíst ní na opera ní dráhu ve výšce 400 km m la být
dotvo ena v roce 2010 a by zahájit opera ní provoz. Po ítá se životností
nejmén 15 let a s posádkou 6-7 kosmonaut .
V roce 1981 se stal prost edkem pilotovaných let NASA raketoplán (Space
Shuttle) a také z jeho paluby pokra uje fotografování a snímkování Zem .
Raketoplány Atlantis, Endeavour, Columbia a Discovery létají s
mezinárodními posádkami od roku 1996 na ruskou stanici Mir. N které jejich
lety jsou ur eny p ímo pro dálkový pr zkum Zem .
3.1.9
Pilotované kosmické lety
3.1.9.1 SOJUZ
Výška drah družic SOJUZ, létajících s lidskou posádkou, se pohybovala od
200 do 240 km na zemským povrchem.
- 109 (115) -
P i letu kosmické lod SOJUZ-22 (1976) byl vyzkoušen multispektrální
snímkovací systém MKF-6, který tvo ilo šest kamer s ohniskovou vzdáleností
120 mm. Kamery snímaly ve ty ech odd lných pásmech viditelného a dvou
pásmech infra erveného zá ení. Formát snímk je 55 x 88 mm a pokrývají
území 115 x 115 km. Po dobu letu této kosmické lod bylo ze vzdálenosti 250
km nasnímkováno území o ploše cca 50 mil. km2.
3.1.10 Kosmodromy
Startovací základny - kosmodromy - jsou branami do kosmického prostoru.
Nejv tší sv tové kosmodromy mají n kolik startovacích plošin. Na
kosmodromu jsou opera ní centra, z nichž specialisté dohlížejí na záv re nou
p edletovou p ípravu, palivové nádrže, meteorologické stanice, jejichž úlohou
je ur it místní pov trnostní podmínky v den startu, a sledovací stanice
monitorující první ást výstupu rakety do kosmu.
Výb r startovacího místa ovliv uje n kolik faktor . Obrovské havárie v
prvních 40 letech kosmické éry potvrdily, jak d ležité je umis ovat startovací
základny co nejdále od obývaných oblastí. Vybrané lokality však musí být
p ístupné t žké technice a mechanism m pot ebným pro start. V USA i v
Evrop byl tento problém vy ešen stavbou kosmodrom na p ístupných
pob ežních místech a vypoušt ním raket nad hladinou oceán . Nemén
d ležitá je také geografická poloha základny. Up ednost uje se nap íklad
vypoušt ní raket sm rem na východ, protože tímto sm rem napomáhá rotace
Zem . Nejlepší je také umístit základnu t sn u rovníku, kde je rotace Zem
(obvodová rychlost) nejv tší.
Obr.3-15 Sv tové kosmodromy (p evzato)
Kosmodrom
Území
Majitel
První start
Alcantara
Brazílie
Brazílie
1999
Bajkonur
Kazachstán
Rusko
4. 11. 1957
ína
26. 7. 1975
Jin Chuan
ína
Kagošima
Japonsko
Japonsko
11. 2. 1970
Kapustin Jar
Rusko
Rusko
16. 3. 1962
Kennedy
Florida
USA
9. 11. 1967
Kourou
Francouzská
Guyana
Francie
10. 3. 1970
Pleseck
Rusko
Rusko
17. 3. 1966
San Marco
Itálie
Bengálský
záliv
Itálie
26. 4. 1967
Indie
18. 7. 1980
Japonsko
Japonsko
11. 2. 1975
Šríharikota
Tanegašima
- 110 (115) -
Náklad
komer ní,
v decký
posádka,
v decký,
komer ní
komer ní
komer ní,
v decký
v decký
posádka,
komer ní,
v decký
komer ní,
v decký
vojenský,
aplikace
rakety
v decký,
aplikace
v decký,
komer ní
Nosi e
Kosmodrom
Vandenberg
Území
Kalifornie
Si chang
Se uan
Zenit
Sea
na mo i
Platform
Majitel
USA
ína
obchodní
konsorcium
První start Náklad
28. 2. 1959 vojenský
v decký,
29. 1. 1984
komer ní
27. 3. 1999 komer ní
3.1.11 Letecké nosi e
Pro podrobn jší výzkum je vhodn jší letadlo, než kosmický nosi . Vybaví-li se
stejnými p ístroji, pak jej lze dokonce pokládat za nad azen jší, a to zejména z
t chto d vod :
a) kosmické nosi e musí po vypušt ní ur itý as létat po p esn stanovené
dráze, zatímco letadlo m že vzlétnout tak asto, jak je pot eba.
b) obla nost, s výjimkou ultrakrátkých vln brzdí innost družice, zatímco
letadlo m že ve v tšin p ípad operovat i pod oblaky.
Pohyb letadla však není vždy ideální a je zdrojem ady chyb a zkreslení.
Rota ní pohyb kolem t í hlavních sou adných os je dopl ován snosem v trem a
nep esností p i udržování výšky letové hladiny. P sobení v tru se projeví
nedodržením stanovené p ímé letové trasy a tím i driftovým posunem
pozemním p i azením nam ených dat. Zm na výšky letu zp sobuje zm nu
velikosti obrazového elementu. Pro zlepšení výsledk jsou aparatury podle
pot eby vybavovány gyroskopickou stabilizací a dalšími prost edky k po etní
nebo p ímé eliminaci geometrických chyb z pohybu nosi e. Aby bylo možné
vzít chyby v úvahu p i pozd jším zpracování nam ených dat, je t eba provád t
p edevším simultánní registraci polohových údaj . To vyžaduje instalaci
dostate n inerciálního naviga ního za ízení.
Letouny nasazené do dálkového pr zkumu musí krom dostate né stability
spl ovat i další velmi p esné technické požadavky, p edevším co se tý e
základních letových parametr . T mi hlavními jsou minimální a maximální
rychlost, dostup a dolet, jakož i vybavení p etlakovou kabinou pro snímkování
ve výškách nad 3000 m, kde je toto vybavení povinné.
Uvedené požadavky mají své praktické opodstatn ní. Vysoká rychlost je
pot ebná pro p elety mezi snímkovanými oblastmi, aby se minimalizovaly
asové ztráty a náklady. Pro vlastní snímkování je naopak výhodná nižší letová
rychlost, umož ující synchronizovat pohyb letounu s prací p ístroj na jeho
palub a po ídit tak co nejkvalitn jší data. Výška letu zase ovliv uje tzv.
geometrické rozlišení snímk a jejich m ítko.
Krom dosažení pot ebných základních technických a letových parametr musí
být letecké nosi e upraveny pro instalaci snímacích aparatur. V tšinou se
p ístroje umis ují v podlaze nosi e, kde jsou pro tento ú el vybudovány
speciální šachty s nosníky. Pro optické p ístroje jsou pod šachtami v trupu
letounu pr zory zakryté tzv. planparalelními deskami, tj. sklen nými deskami,
jejichž povrchy jsou p esn rovnob žné a dokonale rovné, aby nezanášely do
optického systému p ístroje optické zkreslení. V šachtách v podlaze letouny
bývají instalovány v tšinou fotografické kamery nebo skenery. Pro instalaci
radar se obvykle volí místo na p ídi nebo na zádi trupu pod speciálním
- 111 (115) -
plastovým krytem. Výjimkou není ani instalace n kterých p ístroj
kontejneru na k ídlo.
do
Podle typu jsou letecké nosi e schopné plnit úkoly 2 až 6, n kdy i více hodin.
3.1.11.1 Organizace snímkovacího letu
Letecké snímkování se realizuje na základ objednávek komer ních nebo
státních institucí, které zadavatelé sestaví na základ vlastních projekt sb ru
dat. Ze shromážd ných objednávek zákazník p ipraví realizátor snímkování
letový program pro nejbližší období s ohledem na složení zakázek, vytížení
aparatur a nosi
a aktuální pov trnostní podmínky. Z tohoto letového
programu pak dostávají své úkoly osádky snímkovacích letoun . V p ípad
krizových situací (povodn , hurikány, aj.) se tyto procedury zkracují na
minimum, aby bylo možno co nejd íve po ídit pot ebná data pro záchranné
operace.
Pro práce s požadovanou p esností se p ed snímkování provádí tzv.
p ednáletová signalizace. P i ní jsou v terénu na geodeticky zam eny vlícovací
body, které jsou na zemi viditeln signalizovány speciálními obrazci, snadno
identifikovatelnými na snímcích. Vlícovací body lze také zam it až po
snímkovém letu, kdy se ur í polohy n kterých dob e viditelných a
nezam nitelných objekt v terénu podle po ízených snímk .
Každý let je nutno velmi pe liv p ipravit. Osádky k seznámení s úkoly
organizují p ed startem tzv. p edletovou p ípravu. Typ za ízení, které bude ke
snímkování využito, p ímo ur uje trasu letounu a zp sob práce osádky p i
sb ru dat. Je nutno vzít v úvahu p edevším skute nost, že zatímco kamery a
skenery po izují zpravidla vertikální snímky, anténní systém radaru je
orientován do šikmé polohy a snímá terén stranou nebo vp ed pod úhlem 20° 60° od vertikálního sm ru. Vyplývá to ze samotné podstaty po izování
radarových snímk . Rovn ž je nutno brát v úvahu ší ku zorného pole p ístroje
a m ítko snímkování. Všechny tyto údaje musí osádka znát, by bylo možno
správn stanovit náletové osy a výšku letu.
Na základ mnoha praktických zkušeností se ustálil zp sob náletu roz len ný
do rovnob žných náletových os, orientovaných ve sm ru východ - západ. Tato
zvyklost se nedodržuje je výjime n , pokud technické požadavky vyžadují jiné
ešení. Snímkování je vedeno tak, aby se záb ry terénu v pot ebné mí e
p ekrývaly. Tím se zajistí vzájemná polohová i obsahová návaznost mezi nimi.
Nap íklad letecké snímky se u nás zpravidla po izují s podélným p ekrytem
60%(tj. dva po sob následující snímky ve stejné náletové ose se p ekrývají
60% své plochy), mezi sousedními adami snímk se volí p ekryt 30% (p í ný
p ekryt). P i využití fotogrammetrických postup vyhodnocení se pak docílí
velmi vysoké polohové p esnosti výstupních informací s nejmenšími možnými
finan ními náklady.
Navedení nosi e do jednotlivých prostor snímkování se provádí b žnými
naviga ními postupy. K nim se vedle klasické navigace podle mapy adí
rovn ž navád ní pomocí prost edk GPS, které spolu se zvýšením p esnosti
navedenína cíl nabízí možnost automatizace n kterých úkon . Naviga ní
systémy založené na technologii GPS umož ují také radarové snímkování za
snížené viditelnosti, takže lze naplno využít schopnosti radar po izovat data i
v husté obla nosti a v noci.
- 112 (115) -
Nosi e
Po skon ení letu osádka p edává pozemnímu personálu, k dalšímu zpracování
filmy z kamer a pásky, resp. jiná záznamová media s daty skeneru nebo radaru.
Filmy se co nejd íve vyvolávají a kontroluje se jejich kvalita. V nejhorším
p ípad nespln ní parametr kvality, i chybné navigaci, resp. z jiných d vod
nespn ní požadavk zadavatele, je t eba zvážit opakování snímkovací akce.
Jsou-li po ízené záznamy akceptovány, vyráb jí se z nich kopie (odvozeniny)
proto, aby mohly být originály bezpe n archivovány. Data elektronických
aparatur jsou vizualizována, p i emž jsou z nich eliminovány p ípadné vn jší
vlivy (šum aparatury, náklony a vibrace letounu aj.).
Po této etap p edzpracování dat lze nabídnout data zákazník m.
3.1.11.2 Pilotované letecké nosi e
Letadlové laborato e p edstavují letadla dalekého doletu a vysokého dostupu,
tj. letadla pohybující se ve výškách od 5000 m do 20 000 m. S jejich paluby se
po izují letecké snímky o m ítku cca 1:120 000. Lze mezi n za adit letadlo
AN-30 (Rusko), RB-57B, DO-Skyservant a U-2 (všechna USA), Mystére 20
(Francie).
Letadla st edního doletu se pohybují ve výškách od 500 m do 8 000 m a
používají se p i snímkovacích pracích v m ítku kolem 1:20 000. Do této
kategorie lze za adit letadla KF 49 (Nizozemsko), Explorer a Cesna (ob
USA), AN-2,IL-2, IL-11 (všechna Rusko), L-410 ( R) aj.
Vrtulníky se používají p i snímkovacích pracích ve výškách od 50 m do 2 000
m. V R se v tšinou používají vrtulníky MI-2 a MI-8.
Pro snímkovací ú ely se používají p íležitostn i ultralehká letadla ( asto i
vlastní konstrukce) a pilotované balóny a vzducholod .
3.1.11.3 Nepilotované letecké nosi e
Pro malé bezpilotní letouny (Unmanned Aerial Vehicle - UAV, resp.
Unmanned Aerial Systems - UAS) vysílané nad nep átelská území se ustálil
pojem „dron“. Dron existuje už celá desetiletí, ale koncem 20. století se
objevilo nebývalé množství t chto stroj . Zpo átku je intenzivn využíval
p edevším Izrael, ale od konce roku 2000 vysílala drony i CIA, a to typ IGNAT z Uzbekistánu nad Afgánistán. Radar typu Lynx, kterým byl vybaven,
byl schopen rozlišit detaily od ty centimetr (koleje vyjeté autem, stopy
lov ka ve sn hu i v písku). Od konce roku 2001 je v užívání modern jší
verze s ozna ením RQ-1 Predator, která je vybavena videokamerami
p enášejícími záb ry p ímo p es telekomunika ní satelit na kontrolní stanici
(bojové operace lze sledovat interaktivn nap . i p ímo v Bílém dom ).
Predator je schopen ulet t 800 km, z stat 14 hodin ve výšce 4,5 km nad zónou
a pak se vrátit zpátky na základnu. Bohužel, je však tak výkonný, že m že být
vyzbrojován i velmi ú innými protitankovými st elami aj. municí. Z dalších
využívaných bezpilotních letadel v USA je t eba jmenovat letoun Blobal
Hawk. Britové používají bezpilotní pr zkumné letadlo AUV Corax.
Z pilotovaný letadel se p enesla na drony i možnost zm ny tvaru k ídel.
Bezpilotní letadla s oto ným k ídlem - s prom nlivou geometrií k ídel mohou
být zna n velké a mít velký dosah (nap . Switchblade spole nosti Northrop
Grumman má mít rozp tí k ídel 61 m, dostup 18 300 m, dolet p es 9000 km,
- 113 (115) -
vytrvalost více než 15 hodin a maximální rychlost kolem 2 M). První takový
letoun zkoušela NASA v letech 1979 - 1982 (Ames-Dryden AD-1), dnes však
existují i odvážné projekty letoun , které by s využitím technologie oto ného
k ídla startovaly nap . z šachet pro rakety na ponorkách (nap . projekt letadla
Cormorant s plánovaným zatížením 450 kg, doletem 1900 - 2600 km,
vytrvalostí cca 3 hodiny a maximální rychlostí cca 0,8 M).
Radiem ízené modely letadel se používají pro snímkovací práce i ve výškách
od 50 do 1 000 m. Dálkov ovládané letouny, jejichž rozm ry se p íliš neliší od
rozm r malých pták i dokonce hmyzu, jsou však schopné p inášet užite né
informace i z daleko menší vzdálenosti od p edm tu zájmu jejich navigátor .
Mohou operovat dokonce i v uzav ených prostorech, kam se „nepozorovan “
dostanou (místnosti, tunely, jeskynní systémy) a odkud se mnohdy ani z mnoha
d vod neo ekává po spln ní jejich „zpravodajské povinnosti“, jejich návrat.
Pro tuto kategorii letoun se razí ozna ení „Microdrone“, resp. „Micro Air
Vehicle (MAV)“, jsou-li letadélka dlouhá n kolik desítek centimetr , nebo
„Nanodrony“, resp. Nano Air Vehicle (NAV), je-li jejich délka jen n kolik
jednotek centimetr a hmotnost nep esáhne deset gram . Mikrodrony jsou
ur eny p edevším pro pln ní vojenských úkol . Jedním ze zve ejn ných
program MAV je letounek Wasp (Vosa), který je vybaven dv ma kamerami a
systémem samostatné navigace na bázi GPS. Rozp tí k ídel je 33 cm, hmotnost
210 g. Ve vzduchu vydrží cca 30 minut a m že vystoupat až do výšky 300 m a
dosáhnout letové rychlosti 60 km/h. Má nahradit podstatn v tší bezpilotní
pr zkumná letadla Raven a Dragon Eye. Ve stadiu experimentu existují MAV
s m nitelnou geometrií k ídel (dokonce napodobující máváním let ptáka)
s rozp tím k ídel kolem 15 cm.
Krom USA vyvíjí stroje typu MAV i Izrael, Francie, Itálie a z ejm i další. Ve
Francii (CNRS) vyvinutá um lá vážka „Libellule“ je zhotovená výhradn
z k emíkových prvk obdobn jako po íta ové mikro ipy. Letounek proto p i
své délce 6 cm váží jen 20 mikrogram . Dva páry k ídel pohán jí um lé svaly,
jejichž vlákna dlouhá 150 mikron se smrš ují vlivem zm n elektrického
nap tí. Mávavé nosné plochy má ze stejné kategorie letadélek i „Entomopter“
(USA). Ty jsou pohán ny chemicky ovládanými svalovými vlákny. Z analýzy
letu mouchy vychází projekt „Mikromechanický létající hmyz
(Micromechanical Flying Insect - MFI). Pokusná verze um lé mouchy váží jen
100 mg (z toho 50 mg váží pohonná jednotka) a k ídla o délce 10 mm kmitají
s frekvencí 150 Hz (pohon zajiš ují piezoelektrické krystaly).
.
- 114 (115) -
Záv r
4
Záv r
4.1
Shrnutí
Modul se pokusil shromáždit aktuální informace o záznamových za ízeních
dálkového pr zkum Zem a o jejich nosi ích. Ne iní si nárok na úplnost, ale na
to, aby vzbudil v jeho uživateli zv davost a p ivedl jej ke sledování dynamicky
se rozvíjejícího oboru lidské innosti, který velmi ovliv uje i b žný
každodenní život. Vždy jen kolik technických a technologických novinek
všedního dne vzniklo na základ pot eb kosmonautiky?
4.2
Studijní prameny
4.2.1
Seznam použité literatury
Odkazy na literární a jiné zdroje jsou uvedeny souhrnn za všechny t i moduly
v modulu 03.
- 115 (115) -

DÁLKOVÝ PRŮZKUM ZEMĚ

Transkript

Podobné dokumenty

Možnosti využití metod dálkového průzkumu a prostorových analýz

Prezentace aplikace PowerPoint

1 - Miroslav GOLA

4. ročník - Digitální technologie v geoinformatice, kartografii a

GISvevodárenských společnostech

Představení projektu FLOREO

Comparison Table of Space Networks and Satellites As of 26

Globální navigační satelitní systémy

KopernÃƒÂk-Kepler, koneÃ„Â nÃƒÂ¡ verze

informace pro uživatele software ESRI

str. 30 Vplyv porastu na zásoby vody v koreňovej zóne pôdneho

Avionika - Vývojové typy JIAWG architektura

"Land Art, Space Art"

metodika-pro-hodnoceni-pudnich-vlastnosti-pomoci

INCOTERMS 2010

Meteorologické Družice

Meteorologie 2007

Meteorologické družice

Zkouska pusobeni pozaru - E

stáhnout ve formátu PDF

Metodika pro učitele

U snesen í - Obec Jindřichovice