На главную страницу
Разделы Поиск Карта Доступ к платным услугам Для контакта Russian English Закрыть меню Рыбный атлас Мониторинг Академия Эксперт Офис Торговая система Информация Интернет-ресурсы Услуги комплекса Развлечения Участники комплекса

InterNevod Banners Network

ВОЗМОЖНОСТИ ОТРАСЛЕВОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОСМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ДВОЙНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
НА БАЗЕ МКА-ЭКО

В.И. Карасев, Т.В. Кондранин
НПЦ "ОПТЭКС", НПАО "ЭЛАС" г. Москва
Московский физико-технический институт, г. Москва

"Несмотря на не вызывающую сомнений выгодность применения технологий дистанционного зондирования для широкого круга потребителей, состояние экономики США и бремя все увеличивающегося дефицита Федерального бюджета должны заставить NASA, NOAA и (Министерство обороны) искать пути снижения стоимости систем дистанциоонного зондирования. При этом, наиболее эффективный возврат от государственных инвестиций США в развитие спутниковых систем дистанционного зондирования потребует от Федерального Правительства развить гибкую, долговременную межведомственную программу, которая должна гарантировать получение систематических количественных данных о состоянии атмосферы, океана и поверхности суши..." [1].

Взятая в качестве эпиграфа к статье цитата из официального отчета Технологического Департамента Конгресса США за 1993г. свидетельствует о крайней актуальности данной проблемы применительно также к современным российским условиям, в которых перед организациями, ответственными за создание и использование систем дистанционного зондирования (ДЗ), с одной стороны, и организациями потребителями соответствующей информации, с другой, встает проблема повышения, в первую очередь, экономической эффективности использования таких систем. На разрешение данной проблемы отчасти направлена разработанная РКА Концепция Государственной Программы по созданию перспективной космической системы ДЗ. В основу концепции положена идея модернизации существующих космических комплексов на базе космических аппаратов (КА) серии "Ресурс-О", "Океан-О", "Метеор", "Ресурс-Ф", геостационарных КА "Электра", использования вновь создаваемых КА фотонаблюдения "Ника-Кубань", а также других аппаратов, в том числе и тяжелых ДОС типа "Алмаз".

Аналогами таких систем за рубежом являются космические комплексы серии "LANDSAT", "SPOT", "IRS", "ERS", "NOAA", "METEOSAT", "RADARSAT" и другие.

Опыт использования космической информации, получаемой от выше названных российских КА,в интересах различных отраслей народного хозяйства и необходимость дальнейшего развития отечественного рынка такой информации свидетельствуют о наличии существенных ограничений, основными из которых являются:

- несовершенная технология доставки информации конкретному заказчику, связанная с нерегулярностью и несвоевременностью получения необходимых данных; так в отдельных случаях временной интервал от момента подачи заявки на проведение съемки до получения результата может составлять несколько месяцев;
- несоответствие исходных требований потребителей космической информации по пространственным, временным, радиометрическим и спектральным характеристикам объектов возможностям бортовой аппаратуры ДЗ и вспомогательных систем КА.

Решение первой из указанных проблем связано со стратегией использования орбитальной группировки на базе нескольких запускаемых на различные орбиты КА, обеспечивающих возможность как достаточно оперативной съемки требуемого региона, так и оперативной доставки информации непосредственно потребителю. Концептуально это решение базируется на широко обсуждаемой в последнее время как в зарубежной [2], так и отечественной литературе [3 - 5] идее малых КА.

Решение второй проблемы связано с созданием высокоинформативной, малогабаритной аппаратуры ДЗ нового поколения, что потребует серьезных инвестиций, прежде всего, в наукоемкие проекты и высокие технологии в микро- и радиоэлектронике, а также с передачей и обработкой информации и т.д. В настоящей статье эти вопросы не рассматриваются.

Существует еще один немаловажный аспект, связанный с необходимостью децентрализованного распределения космической информации. Это вопросы технологии получения высококачественной выходной продукции, т.е. технологии вторичной (тематической) обработки получаемой информации с учетом конкретного (отраслевого) потребителя. В настоящее время общепринятой является точка зрения, что одним из эффективных способов решения этой проблемы является создание региональных (отраслевых) информационно-аналитических центров, включающих в свой состав наземные технологические средства непосредственного приема космической информации, а также средства и соответствующие кадры для обеспечения полного цикла первичной и вторичной обработки информации с целью доведения ее до уровня, соответствующего требованиям принятия управленческих решений в масштабе региона (отрасли).

В настоящее время функционирует космическая система в составе 4-х КА серии NOAA и сети распределенных наземных станций приема аналоговой (пространственное разрешение - 4 км) и цифровой (пространственное разрешение - 1 км) многоспектральной информации от этих спутников [6]. В определенной степени эта система обладает свойствами, которые в ряде случаев делают ее использование более эффективным по сравнению с другими существующими системами.

Создание и эксплуатация подобных систем является сложной и весьма дорогостоящей проблемой, решение которой в современных российских условиях возможно только в результате объединенных усилий на государственном уровне научных и производственных организаций. При этом одним из перспективных путей достижения требуемых целей состоит в возможности создания таких систем на основе уже разработанных или находящихся в стадии проектирования космических комплексов так называемого двойного применения.

В научно-производственном Центре "Оптико-электронные комплексы и системы" (НПЦ "ОПТЭКС") НПАО "ЭЛАС" в кооперации с ведущими научными и производственными организациями России создается многофункциональная космическая система ДЗ поверхности Земли на базе орбитальной группировки специализированны КА двойного назначения МКА-ЭКО (космический сегмент) и малогабаритных наземных автономных пунктов приема космической информации (АППИ) (наземный сегмент).

Система предназначена для:

1) получения спектрозональной цифровой информации (СЗИ) о состоянии поверхности Земли и атмосферы в различных каналах видимого и инфракрасного диапазонов спектра с помощью оптико-электронной аппаратуры дистанционного зондирования, установленной на борту МКА-ЭКО;
2) передачи полученной информации на АППИ, размещаемые непосредственно на территории региональных или отраслевых информационно-аналитических центров (Центр);
3) предварительной и первичной обработки СЗИ на технических средствах АППИ и ее подготовки для тематического дешифрирования, в том числе, с использованием современных ГИС-технологий;
4) формирования и ведения баз (архивов) данных по фоноцелевой обстановке объектов или регионов по исходной обработанной информации с учетом специфики задач, решаемых Центром;
5) ретрансляции обработанной информации или других данных по космическому или наземному УКВ-каналу.

Кроме того, наземный сегмент создаваемой системы позволяет осуществлять прием и обработку информации о состоянии атмосферы и поверхности Земли, получаемой дополнительно с КА серии NOAA, МЕТЕОР и геостационарного спутника METEOSAT.

Начиная с августа 1994 г., успешно функционирует в режиме экспериментальной эксплуатации первая очередь космической системы в составе одного КА МКА-ЭКО и нескольких АППИ, размещенных в различных регионах России. Запуск второго и третьего КА МКА-ЭКО планируется, соответственно, в 1996 и 1997 г.г.

Схема функционирования и состав системы на базе КА МКА представлены на рис. 1.

Технические характеристики системы.

Основные технические характеристики космических аппаратов и аппаратуры ДЗ, информация от которых может приниматься и обрабатываться на технических средствах АППИ, приведены в табл.1.

Как было отмечено ранее, одним из центральных вопросов рассматриваемой проблемы является соответствие характеристик бортовой аппаратуры требованиям, вытекающим из специфики решаемой задачи. Совокупность этих требований в части, касающейся возможности количественной идентификации объектов на поверхности Земли, можно объединить понятием информативные признаки. К ним, прежде всего, относятся спектральные отражательные характеристики наблюдаемых объектов и пространственные масштабы типичных образований. В качестве примера на рис. 2 приведены типичные зависимости, характеризующие спектральный ход коэффициента отражения для основных типов природных образований.

Если говорить о водных средах, как объекте, представляющем наибольший интерес с точки зрения проблем, обсуждаемых на данном семинаре, то основной вывод, который можно сделать, сравнивая кривые 3 и 4 рис. 2, состоит в том, что объективно существует возможность регистрации состояния природных вод по измерениям восходящей радиации в достаточно широких каналах видимого диапазона спектра. Подробное изложение вопросов восстановления параметров природных вод по данным спектрометрических измерений, в том числе и с использованием космических средств приведено в [7]. Что касается пространственных масштабов наблюдаемых объектов применительно к задачам, представляющим интерес для рыбной отрасли, можно с определенностью констатировать, что характеристики, реализуемые космическим сегментом системы, в целом соответветствует большинству требований [8]. Исключение составляет задача дистанционного контроля санкционированного или несанкционированного присутствия в районах промысловой добычи рыбопродуктов кораблей, для решения которой требуется пространственное разрешение оптичееских средств не хуже 3-5 м.

В состав наземного сегмента создаваемой системы (АППИ) входят следующие основные элементы:

1) станция ПС-1, предназначенная для приема, отображения и предварительной обработки цифровой информации от МКА-ЭКО, NOAA и METEOSAT;
2) станция ПС-2, предназначенная для приема, отображения и обработки аналоговой информации от КА NOAA и МЕТЕОР;
3) локальная сеть "Ethernet";
4) рабочее место оператора (РМО), предназначенное для проведения первичной обработки цифровой и аналоговой информации.

Кроме того, в состав АППИ входит комплекс специального программно-алгоритмического обеспечения (ПАО), предназначенный для:
- приема и распаковки информации станции ПС-1;
- приема и распаковки информации станции ПС-2;
- первичной и вторичной обработки СЗИ.

Схема функционирования АППИ показана на рис.3, а в табл.2 представлены его основные технические характеристики.

ПАО приема и распаковки информации станции ПС-1 предназначено для расчета траектории движения КА МКА-ЭКО и NOAA, подготовки данных для наведения и управления антенно-приемным устройством (АПУ), сопровождения антенной движущегося КА во время сеанса приема информации, записи получаемой информации на жесткий магнитный диск (ЖМД) ПЭВМ, предварительной обработки, включающей в себя распаковку и фрагментацию данных, записи их на магнитный носитель.

ПАО включает в свой состав следующие программные комплексы:

PREDICT.EXE

Предназначена для расчета траекторий низкоорбитальных спутников МКА-ЭКО и NOAA и использует орбитальные элементы в TLE-формате.

TRACKER.EXE

Программа предназначена для сопровождения антенной движущегося КА МКА-ЭКО, либо КА NOAA в течение сеанса приема информации, проведения тестового контроля аппаратуры приема и записи информации на ЖМД.

FRAME.EXE

Программа предназначена для:

  1. проведения следующих процедур обработки информации с КА NOAA:
    • распаковка (разделение служебной и спектрозональной информации);
    • фрагментация видеокадров для последующей первичной обработки;
  2. получение твердых копий.

CYCLE.BAT

Программа предназначена для распаковки информации с КА МКА-ЭКО в виде, необходимом для первичной обработки.

ПАО приема и распаковки информации станции ПС-2 предназначено для расчета времени сеанса и целеуказаний, декодирования предиктовых телеграмм, анализа и обработки информации от КА NOAA и МЕТЕОР.

ПАО включает в свой состав следующие программные комплексы:

PREDICT1.EXE

Программа предназначена для расчета траекторий КА.

NAVSAT.EXE

Программа предназначена для:

  • ввода в ПЭВМ и декодирования предиктовых телеграмм с орбитальными данными;
  • расчета и записи на ЖМД таблицы целеуказаний на КА;
  • визуализации на экране ПЭВМ зон радиовидимости и траекторий КА в полярных стереографических координатах;
  • расчета и нанесения географической сетки с интервалом 5 градусов по широте и долготе;
  • преобразования изображений в системе картографических координат;
  • нанесения на изображения городов и границ береговой линии;
  • определения географических координат любой точки на изоборажение и расстояния и азимута любой
  • точки относительно другой;
  • монтажа кадров изображений и их масштабирования;
  • нанесения линии восхода солнца на изображение.

SPUTNIK.EXE

Программа предназначена для приема, записи на ЖМД ПЭВМ, анализа и обработки информации, поступающей от КА.

Анализ и обработка информации предусматривают:

  • сканирование изображений в рабочем окне экрана ПЭВМ;
  • географическую привязку требуемой точки на изображении;
  • нанесение географической сетки широт и долгот, а также контуров;
  • представление изображения в палитре из 16 цветов;
  • масштабирование изображений.

ПАО первичной и вторичной обработки СЗИ предназначено для первичной и вторичной обработки СЗИ, получаемой камерой ОЭП-ОЗ МКА-ЭКО. Наряду с этим, отдельные программы комплекса могут быть использованы для обработки видеоинформации, поступающей с других природо-ресурсных и метеорологических спутников Земли (NOAA, Meteosat и т.д.).

Входными данными программного комплекса являются изображения подстилающей поверхности Земли в разных спектральных диапазонах, получаемые в цифровом виде после распаковки с ПЭВМ аппаратуры приема станции ПС-1, а также произвольные изображения в стандартном графическом формате TIFF.

Программный комплекс включает в свой состав следующие программы:

FCONVERT.EXE

Многоцелевой модуль, предназначенный для:

  • преобразования растровых изображений из форматов представления данных камер ОЭП-ОЗ в TIFF-формат, принятый в качестве базового для всех остальных программ комплекса;
  • приведения отсчетов изображения к стандартному 8-битному представлению;
  • создания файла-проекта с сопутствующей информацией, необходимой для последующего корректного выполнения всех процедур первичной обработки;
  • выделения фрагмента изображения в отдельный файл;
  • масштабирования изображения;
  • изменения форм хранения изображения в TIFF - формате в сжатом/несжатом виде).

RAD_CORR.EXE

Программа для устранения систематической неоднородности яркости вдоль строк изображения (вследствие естественного разброса чувствительности фотоэлементов) и расчета коэффициентов перевода цифровых отсчетов скорректированного изображения в единицы потока восходящего излучения (Вт/кв.м/стер/мкм) на верхней границе атмосферы по данным предполетной/полетной калибровки камеры.

STRIPKIL.EXE

Программа для устранения систематической неоднородности яркости вдоль строк изображения статистическим методом (в отсутствие данных предполетной/полетной калибровки камеры, либо снижении со временем их достоверности).

RESTIMAG.EXE

Программа для "восстановления" истинных значений точек изображения (отмаркированных предварительно как сбойные) методом "интерполяции между ближайшими соседями".

TIFF_RANG.EXE

Программа устранения на изображении шумовых помех различной природы с помощью различных ранговых и специальных фильтров.

OEP_FITT.EXE

Программа для устранения систематического пространственного сдвига (вдоль и поперек направления полета) между изображениями в разных спектральных каналах, возникающего вследствие конструкционных особенностей камеры ОЭП-ОЗ и возмущений в ориентации КА в процессе съемки.

ATM_CORR.EXE

Программа для проведения атмосферной коррекции изображения (включая нормировку на условия освещения, вычитание атмосферной дымки и устранение влияния боковых подсветов от соседних элементов) и расчета коэффициентов перевода цифровых отсчетов скорректированного изображения в единицы альбедо подстилающей поверхности Земли.

GEO_CRDO.EXE

Программа для формирования файла координатной привязки обрабатываемых изображений, исходя из геометрии съемки и параметров орбитального движения КА.

REP_CRDO.EXE

Программа для формирования файла координатной привязки обрабатываемого изображения по реперным точкам на местности.

PRJ_CORR.EXE

Программа перевода изображения в прямоугольную проекцию (для изображений, сформированных при заведомо неоптимальной ориентации камеры по отношению к направлению полета КА).

RGB_COMB.EXE

Программа синтезирования "цветного" (24-битного) изображения по изображениям в 3-х разных спектральных диапазонах.

CLASSIFY.EXE

Многоцелевой модуль, позволяющий в рамках стандартного графического интерфейса реализовать в диалоге с оператором следующие процедуры:

  • совместный ("синхронный") просмотр на экране дисплея в интерактивном режиме изображений, относящихся к разным спектральным диапазонам, с возможностью варьирования сочетания каналов, масштабов отображения и цветовой палитры;
  • формирование и редактирование контурного слоя (накладываемого поверх исходного изображения) в рамках тематического дешифрирования изображения оператором в интерактивном режиме;
  • автоматический расчет спектрометрических, яркостных и текстурных характеристик изображения в пределах формируемых оператором контуров и их морфометрирование;
  • формирование оператором классификационного построения и идентификация в соответствии ним выделенных на изображении контуров;
  • автоматизированное формирование выходной картографической продукции по результатам тематического дешифрирования с возможностью нанесения координатной сетки и варьирования типа и цвета используемых заливок для выделенных контуров.

Вторичная (тематическая) обработка СЗИ осуществляется с помощью специальных программных комплексов экспертных систем с участием оператора-дешифровщика. Результаты тематической обработки существенно зависят от обеспечения снимаемого полигона данными подспутниковых обследований, включающими топогеодезическую карту масштаба не хуже 1:100000, данные по фоновому состоянию полигона, статистику и текущее состояние метеообстановки и т.д.

Результатом тематической обработки, в зависимости от поставленной задачи, является составление многослойной электронной карты с использованием современных ГИС-технологий.

Литература

  1. The Future of Remote Sensing Spuce: Civilisan Satellite Systems and Applicativus. Office of Technologiy Assessmtnt U.S. Congres, 1993. 200p.
  2. Gr. Canavan, Ed. Teller. Distributed Remote Sensing for Defense and the Environment. SRR Lawrence Livermore National Laboratory, LA-VR-91-1169, 1991 г.
  3. Космическая система мониторинга природной среды на базе унифицированного РКК с малыми космическими аппаратами. НТО КБ "Салют", НПАО "ЭЛАС", ИПГ им. Федорова, М. 1995 г.
  4. Ю.А. Романовский. Инновационный проект создания Федеральной космической системы ДЗ на базе малых спутников: рыбохозяйственный отраслевой сегмент. Доклад на VI международной выставке ИНРЫБПРОМ. С-Петербург. 16 - 19 августа 1995 г.
  5. Е.С. Дмитриев, В.М. Егоров, Т.В. Кондранин, В.Д. Старлычанов, А.И. Юнак. Концепция создания системы экомониторинга с использованием малых спутников и сети наземных станций. Сб. Трудов Международной конференции "Спутниковая связь". Москва. 1994, т. 2, стр. 235 -237.
  6. K.B. Kidwell. NOAA POLAR Orbiter Data Users Guide. NCDC/SDSD. Washington: DC, 1988, 200p.
  7. А.П. Васильков, Б.Ф. Кельбалиханов. Дистанционные оптические пассивные методы исследования океана. Сыктывкар, 1991 г. -108c.
  8. О.М. Покровский. Определение информативных характеристик систем зондирования из космоса. Оптика атмосферы. 1991 г. т 4, N 3, c. 227 - 241.

(*) - при одновременной работе КА ╧1, ╧2
(**) - при одновременной работе КА ╧1 - ╧3

╧ п/п Наименование характеристик Значения
1. Приемная станция ПС-1 -
1.1 Диапазон частот, МГц 1670...1710
1.2 Диаметр рефлектора антенны, м 2,0
1.3 Информационный поток, Мбайт/с 1
1.4 Рабочие углы наведения:
- по углу места, угл. град
- по углу азимута, угл. град.антенны по


5...175
0...540
1.5 Скорость поворота по каждой оси:
1) в режиме программного управления и автосопровождения, угл. град/с
2) в режиме ручного управления, угл.град/с


0...3
3
1.6 ПЭВМ типа IBM РС АT - 386/387 -
2 Приемная станция ПС - 2 -
2.1 Турникетная антенна с СВЧ - блоком (МШУ) -
2.2. Диапазон частот 137 1
2.3 Диаграмма направленности:
- по азимуту, град
- по углу места, град

360
80 (от надира)
2.4 Длина соединительного кабеля, м., не более 50
2.5 Тип ПЭВМ IBM/PC
AT - 386/387
3. Рабочее место оператора (РМО) -
3.1 Тип ПЭВМ IBM/PC
AT - 386/387
3.2 Операционная система:
- версия не ниже тактовая частота не менее, Мгц
- свободная оперативная память не менее Кбайт
- свободное дисковое пространство до Мбайт

MS - DOS
5,0
40
600
200
4. Архив магнитных носителей ╦мкостью не менее, Гбайт/год 10

© InterNevod
Designed by WebSkate
Powered by Norma-Press
Основные функциональные модули проекта Торговая система Рыбная баннерная система БД предприятий рыбной отрасли
  Flash-презентация