Российские ученые совместно с зарубежными коллегами впервые проанализировали работу панели-«мишени», построенной на юго-востоке Эстонии для калибровки орбитальных искусственных спутников Земли и обеспечения максимальной точности дистанционного космического зондирования поверхности планеты. Результаты исследований опубликованы в International Journal of Applied Earth Observation and Geoinfornation.
Панель — подобных сооружений на планете всего несколько — сконструирована на территории заповедника Ярвселья, между Тарту и эстонско-российской границей, и представляет собой выполненную из бетона горизонтальную, идеально гладкую, серую платформу размером 10 на 10 метров, защищенную от воздействия окружающей среды съемной крышей.
«Есть несколько методов калибровки сенсоров искусственных спутников Земли. Во-первых, лабораторный, когда данные о том, как рассеивается свет той или иной длины волн, под тем или иным углом рассеивания и определенной средой (например, вулканическим песком), выявляются в „стерильных“ условиях путем сравнения спектров отражения со специальными конструкциями диффузора — материала с высоким и стабильным коэффициентом отражения. Во-вторых, сенсоры спутников можно калибровать по пустыням, так как их состав однороден, а состояние относительно стабильно, или по аэродромам. Но ни тот, ни другой метод не сравнится по точности с тем, который используем мы», — объясняет соавтор исследования старший научный сотрудник лаборатории Extra Terra Consortium Уральского федерального университета (УрФУ, Екатеринбург), кандидат физико-математических наук, доцент Мария Грицевич.
Например, трава на аэродроме в течение года меняет свою окраску, а платформа ученых, по словам Грицевич, «зимой и летом одним цветом». Эта особенность обеспечивает высокое качество измерений, что принципиально важно: спутниковое зондирование очень затратно и цена ошибки здесь высока. В период времени, когда спутник «видит» платформу, он получает данные. Они служат эталоном в «настройке» показателей, которые спутник выдает в ходе дальнейшего мониторинга земной поверхности. Без калибровки, без сравнения с эталоном данные, полученные в ходе зондирования, не имеют значения, их невозможно интерпретировать и применять.
Процесс выглядит так: панель отражает поток света, идущий от солнца либо от спутника, и поляризует его, то есть преобразует естественный, «неупорядоченный» свет в «организованный» — пучок сориентированных лучей, который принимается и обрабатывается сенсорами спутника. Таким образом, измеряется не только интенсивность отраженного света, но и поляризация — то, как отражающая поверхность рассеивает свет. Причем, используя платформу, можно добиться детальной картины — как «ведет себя» определенная волна той или иной частоты и длины в заданной геометрии светорассеивания. Стоит отметить, что панель в Ярвселья подает стабильный сигнал в течение всего года, это гарантирует устойчивую воспроизводимость процессов и результатов спутниковых измерений и говорит о надежности системы.
При этом панель полезна для обработки измерений не только видимого света — волн длиной от 380 до 760 нанометров. Ученые исследовали, как панель взаимодействует с волнами в диапазоне до 2 500 нанометров, то есть в области инфракрасного и микроволнового излучения.
«Некоторые спутники устроены так, что улавливают волны только определенной длины и под определенным углом, с которым эти волны отражаются от земной поверхности. Большой диапазон волн, в котором работает изученная и детально охарактеризованная нами панель, позволяет „настраивать“ широкий спектр приборов, в том числе искусственных спутников Земли», — добавляет Грицевич.
Более того, использование эстонской панели в качестве эталона позволяет совершенствовать новые модели искусственных спутников, выбирая оптимальный диапазон волн, геометрию наблюдения (угол отражения света) и разрешение изображения.