Многозональный сканер МСС спутников «Лэндсат-1, -2 и -3»

4.4.3. Многозональный сканер МСС спутников «Лэндсат-1, -2 и -3»

(Принцип съемки, передача и регистрация данных.)

Спутники «Лэндсат-1» и «Лэндсат-2» имели идентичную бортовую систему сенсоров: три телекамеры РБВ, образующие трехканальную телевизионную систему РБВ и четырехканальный многозональный сканер. Система РБВ первых двух спутников «Лэндсат» и ее модификация на спутнике «Лэндсат-3» описаны в разд. 4.2. Выше мы уже неоднократно касались в той или иной мере результатов установки системы многозонального сканирования на спутниках «Лэндсат». Остались нерассмотренными только общие технические параметры многозонального сканера и принцип его действия (рис. 80). Как и при оптико-механическом сканировании линейными (строчными) сканерами, зеркало сканера МСС во время полета сканирует Землю вертикально, строго в надир, поперек направления полета спутника. При угле сканирования 11,56° с высоты 917 км сканирующим зеркалом охватывается на поверхности Земли полоса шириной 185 км. Отраженный от Земли световой поток фокусируется в процессе сканирования на блок-матрице из шести рядов детекторов. Каждый из них при такой высоте съемки имеет моментальное поле зрения (IFOV) размером 79х79 м, что соответствует угловому разрешению сканера 0,086 мрад. Таким образом, из каждого колебания зеркала выстраивается строка, изображающая участок поверхности Земли шириной 79 м и длиной 185 км. Для этого частота колебаний зеркала синхронизировала со скоростью полета спутника (примерно 6457 км/с). Благодаря этому из создающихся шести строк сканирования каждый раз формируется шесть строк изображения без пропусков, а в конечном итоге получается растровое изображение-снимок МСС.

Рис. 80. Принцип съемки многозональными сканерами первых трех спутников «Лэндсат» (NASA Landsat Data Users Handbook).

Световой поток на пути от сканирующего зеркала к детектору пропускают через фильтры, т. е. модулируют. В результате он разделяется по длине волн излучения на четыре спектральных диапазона: зеленую зону, от 0,5 до 0,6 мкм (канал 4), красную зону, от 0,6 до 0,7 мкм (канал 5) и ближние ИК-зоны – от 0,7 до 0,8 мкм (канал 6) и от 0,8 до 1,1 мкм (канал 7). От выбора этих каналов зависит выбор рядов детекторов, которые реагируют только на излучение определенной частоты. Электрический сигнал детектора согласуется на выходе с контрольными измерениями в рабочем органе сенсора, т. е. калибруется, и коррелируется с внешней ориентировкой спутника по отношению к Земле. Если спутник находится вне зоны видимости наземной станции приема, то данные съемки могут быть записаны во время полета на магнитную ленту и позднее вызваны, «сброшены», по команде с Земли. В системе съемок или мониторинга спутниками «Лэндсат» бортовая запись данных оказывается наиболее слабым звеном. Во-первых, возможность записи ограничена емкостью находящихся на борту кассет с магнитной лентой – две кассеты на 30 мин времени, т. е. на 72 сцены. Кроме того, время эксплуатации магнитной ленты в кассете при современном уровне техники и условиях орбитального полета ограничено и составляет 500 ч. На первых трех спутниках «Лэндсат» возможность записи была строго ограничена еще и потому, что технология изготовления магнитных лент не исключала нарушений, которые могли приводить к сбою данных.
Принятые со спутника данные на наземной станции приема прежде всего записываются на магнитную ленту с высоким спектральным разрешением (HDDT: High Density Digital Tape). Потом, после геометрической и радиометрической коррекции записи, данные переписываются в числовом коде на компьютеросовместимую ленту (CCTs) или фотографируются на фотопленку.
Стандартная продукция МСС-съемок – это черно-белые, откорректированные по системе сканерные изображения, так называемые «Лэндсат-сцены», или «Лэндсат-снимки». Для каждого спектрального канала, в котором работал многозональный сканер, установленный на спутнике «Лэндсат», изготавливают свой снимок (рис. 81). Различия в сером тоне одних и тех же объектов на снимках в разных спектральных зонах передают разницу отражательной способности снимаемых объектов ландшафта, которые наиболее четко видны при сравнении снимков каналов 4 и 7. При комбинировании спектральных данных по трем разным каналам сканера МСС, чаще всего-это каналы 4, 5 и 7, получают так называемое условно-цветное изображение, или цветную композицию. Это условно-цветное изображение переснимают на цветную ИК-пленку. На ней растительность воспроизводится красным цветом, вода и густо поросшие почвы или города – темно-голубым до черного. Хотя цветные композиции составляются по той же информации, которая записана для каждого из трех каналов, в итоге получаются преобразованные данные, менее четко и менее контрастно, чем оригинальные негативы или позитивы, передающие, несмотря на цвет, исходную информацию (содержание снимка). Поэтому обработка цветных композиций, также называемых условно-цветными или ложно-цветными снимками, не позволяет получить необходимую дополнительную информацию, имеющую большое значение для геологического картирования и мониторинга окружающей среды.

Рис. 81а-81г. Примеры сканерных «Лэндсат-снимков» – четыре перекрывающих друг друга узкозональных снимка на один и тот же участок местности (185х185 км), справа вверху – Гарц. Масштаб примерно 1:1000000 (NASA Е-1401-09475).

Рис. 81а. Канал 4: зеленый (0,5-0,6 мкм).

Рис. 81б. Канал 5: красный (0,6-0,7 мкм).

Рис. 81в. Канал 6: ближний ИК (0,7-0,8 мкм).

Рис. 81г. Канал 7: ближний ИК (0,8-1,1 мкм).

Материалы сканерных съемок со спутников «Лэндсат» в различных видах могут быть заказаны в центрах данных в США и некоторых других странах. Выходная продукция для потребителя в таких центрах подразделяется на фотографическую (оригинальное изображение – позитив, негатив, отпечаток, увеличенные отпечатки и монтажи снимков) и на компьютеровоспроизводимую запись на ленте CCTs, которая предназначена для передачи, числовой обработки и автоматизированного дешифрования информации (для последней цели можно использовать «Лэндсат-снимки» путем их считывания и дальнейшей числовой обработки).
С трех РБВ-камер телевизионных систем спутников «Лэндсат-1» и «Лэндсат-2» получали спектрозональные снимки, которые перекрывали каждым кадром квадрат на поверхности Земли площадью 185х185 км (рис. 65). Если одновременно работали сенсорные системы РБВ и МСС, то они обе снимали один и тот же сюжет. Для некоторых районов имеются такие нередко повторяющиеся по сюжету дубли РБВ- и МСС-снимков. Их особенно много для территории США.
На спутнике «Лэндсат-3» число телекамер РБВ в системе было уменьшено до двух. Они снимали площади 98х98 км каждая по обе стороны от линии полета. На рис. 82 показан принцип этой съемки. Четыре РБВ-сцены перекрывают площадь одного сканерного снимка МСС.

Рис. 82. Площадное перекрытие МСС- и РБВ-снимков со спутника «Лэндсат-3» (NASA Landsat Data Users Handbook). 1 – РБВ-кадр; 2 – МСС-кадр; 3 – позиция спутника при включении РБВ-камер; 4 – центры РБВ-кадров; 5 – расчетное положение центра снимка МСС на WRS-индекс-карте (орбита/ряд). Без масштаба; все данные расчетные.