6.6. Радиолокационная съемка

Радиолокационная съемка проводится в зоне электромагнитного спектра с длинами волн от нескольких миллиметров до метров. Она относится к активным методам дистанционного зондирования.

Впервые РЛС в США и Советском Союзе была использована в 60-е годы для военных и метеорологических целей и для проводки судов в высоких широтах. С 1968 года в СССР для нужд геологии Лабораторией аэрометодов Министерства геологии СССР были начаты исследования по разработке методики площадной радиолокационной аэросъемки. Для этих целей применялись отечественные радиолокационные системы бокового обзора (РЛСБО) "Торос" и "Нить". Впервые радиолокационная съемка из космоса выполнена в 1978г. со спутника «Сиасат» с разрешением 25м, а в 1981г. с корабля многоразового использования «Шаттл» с разрешением 40м.

Круговой или секторный обзор применяют как в стационарных, так и в подвижных РЛС, если скорость носителя относительно невелика (рис.18). Боковой обзор используют только в бортовых РЛС на быстро перемещающихся платформах – самолетах, вертолетах, космических аппаратах. Неподвижный антенный луч ориентируется в сторону от направления полета и перемещается поступательно за счет собственного движения РЛС.

Зона бокового обзора имеет вид полосы. В двумерных РЛС (при обзоре земной поверхности) обычно используется веерообразный луч, так как разным дальностям соответствуют разные углы места. Оконечными устройствами РЛС бокового обзора обычно являются специальные фоторегистраторы, которые фиксируют на фотопленке изображение полосы обзора. В настоящее время для этой цели все чаще используются бортовые компьютеры. На рис. 19 приведена структура РЛС.

РЛС, предназначенная для активной радиолокации содержит передающую и приемную антенны (чаще используется одна приемо-передающая антенна (1), радиопередатчик (2) и радиоприемник (8), работающие в импульсном или непрерывном режиме, синтезатор частот и синхронизатор(3), устройство цифровой обработки сигналов (7),бортовой компьютер (4) и устройство отображения радиолокационной информации (5) – световой индикатор на электронно-лучевой трубке или монитор компьютера, вторичный источник питания (6).

Формирование РЛ-изображения. РЛ-изображение местности является результатом взаимодействия электромагнитных колебаний, генерируемых РЛС, с земной поверхностью.

При достижении сигналом земной поверхности происходит отражение и рассеяние волн, а также проникновение вглубь земной поверхности. Интенсивность отраженного сигнала определяется свойствами поверхности (шероховатость, влажность, ориентация в пространстве, крутизна склонов, диэлектрическая проницаемость и др.) и длиной волны излучения. Суть механизма взаимодействия электромагнитных колебаний с подстилающей поверхностью, обуславливающего тон радиолокационного изображения, состоит в следующем:

- радиолокационный сигнал при падении на зеркальную поверхность, например воды, отражается в сторону от радиолокатора и в приемник не попадает. Следовательно, при фиксации его на пленке, почернение определяется только уровнем собственных шумов РЛС, поэтому водные объекты изображаются темным тоном;

- при падении луча на поверхность под углом 90⁰ отражение будет происходить в обратном направлении и величина отраженного сигнала будет максимальной, т.е. чем больше крутизна склонов, тем более светлым тоном они изображаются на снимках;

- при взаимодействии сигнала РЛС с шероховатой поверхностью происходит явление диффузного рассеяния электромагнитных колебаний во всех направлениях, и поэтому только часть отраженных волн попадает в приемник РЛС. Интенсивность принятого отраженного сигнала в этом случае имеет очень широкий диапазон.

Исследование влияния физических свойств поверхности на формирование радиолокационного изображения выявили зависимость тона радиолокационного изображения от увлажненности поверхности горных пород, их плотности и других свойств, вызывающих поглощение радиоволн, что приводит к уменьшению интенсивности сигнала, пришедшего в приемник станции.

Благодаря особенностям формирования радиолокационного изображения, на радиолокационных снимках можно получать дополнительную информацию о разрывных тектонических нарушениях, изучении закрытых структур, состоянии сельскохозяйственных культур, увлажненности почвогрунтов и т.д.

Радиолокационная съемка (активная радиолокация) по отношению к фотографической и телевизионной съемке обладает рядом преимуществ, а именно:

- возможностью проведения съемки в любое время суток и при любых погодных условиях (кроме грозовой облачности);

- независимостью разрешающей способности станции от дальности   объекта;

- возможностью съемки без непосредственного полета над объектом;

- большой полоса захвата на местности при малой высоте полета;

- возможностью обнаружения объектов по их радиолокационным, а не оптическим контрастам;

- возможностью передачи полученной информации с борта  носителя на наземные пункты по радиоканалу на значительные  расстояния.

Отличительной особенностью электромагнитных волн радиодиапазона является способность их проникать вглубь объекта, а глубина их проникновения зависит от свойств подстилающей поверхности и длины волны. Чем больше длина волны, тем больше глубина ее проникновения, которая приблизительно равна половине ее длины. В песчаные отложения и пресную воду радиоволны проникают глубже, чем в глинистые породы и соленую воду.

Исходя из особенностей радиолокационной съемки, вытекают возможности практического использования информации в следующих случаях:

- получение изображения поверхности Земли в труднодоступных районах в т.ч. там, где фотосъемка затруднена из-за постоянного облачного покрова.

- оперативное получение в любое время суток и в любых, кроме грозовой облачности, погодных условиях достоверной информации при определении масштабов стихийных бедствий: наводнений, тайфунов, извержения вулканов и др.

- контроль загрязнения морской поверхности при работе бурильных установок (платформ), нефтяных терминалов и других мест возможных выбросов, определение границ загрязнений при авариях танкеров и др.

- оценка состояния ледового покрова и проводка судов в тяжелой ледовой обстановке и др.

Масштабы радиолокационных аэроснимков являются жесткими значениями и определяются конструкцией радиолокационной станции. РЛСБО "Торос", "Нить" позволяют получать изображение очень трудно добиться постоянства масштаба как по азимуту (по оси х), так и по дальности (по оси у).

Развертка и направление полета (по азимуту) осуществляется за счет движения самолета по маршруту.

Принцип работы РЛСБО "Торос" предполагает получение изображения местности не под самолетом, что присуще плановой аэрофотосъемке, а слева и справа от линии полета, а под носителем образуется так называемая "мертвая зона", т.е. не охватываемая съемкой (рис.18).

Масштаб по азимуту зависит от постоянства отношения скорости развертки по оси х (скорость лентопротяжки перед ЭЛТ) к скорости самолета. При отсутствии автоматического согласования этих элементов возникает искажение масштаба.

Масштаб изображения по дальности также может быть неравномерным и изменяться в зависимости от угла облучения. Это связано с тем, что, например, в системе "Торос" применяется линейная развертка наклонной дальности, т.е. скорость развертки по оси и на экране ЭЛТ постоянна по всей длине строки.

В системах с компьютерным управлением эти недостатки легко устраняются.

Пространственное разрешение изображений, полученных РЛСБО, зависит от размеров импульса, сформированных в направлениях полета и зондирования. Чем меньше эти величины, тем выше разрешающая способность радиолокационной съемки.