VYSOKÉ UENÍ TECHNICKÉ V BRN FAKULTA STAVEBNÍ DÁLKOVÝ PRZKUM ZEM MODUL 02 PÍSTROJOVÁ TECHNIKA

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 Telekomunika ní družice Telekomunika ní družice Hot Bird 7A 22.3. USA Pegasus-XL/L- ST-5A (NCT 1) Technologický model 1011 ST-5B (NCT 2) Technologický model Technologický model ST-5C (NCT 3) 30.3. RUS Sojuz-FG Sojuz-TMA 8 Pilotovaná transportní lo k ISS 12.4. USA Zenit-3SL JCSat-9 Telekomunika ní družice 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 Telekomunika ní družice 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 V decká družice (6) CALIPSO V decká družice (7) 3.5. RUS Sojuz-U Kosmos 2420 Špionážní družice (8) 24.5. USA Delta 4M+(4, 2) GOES-13 Meteorologická družice (9) - 65 (115) -


Start Stát Nosná raketa 26.5. RUS Štil' 27.5. FRA Ariane 5 ECA

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 11.8. FRA Ariane 5 ECA 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

V decká družice (10) Telekomunika ní družice Telekomunika ní družice DPZ (11) Telekomunika ní družice Telekomunika ní družice Technologický modul Technologický modul Technologický modul Nákladní lo k ISS Vojenská družice Vojenská družice Raketoplán Technologická družice Vojenská družice DPZ (12) Telekomunika ní družice Telekomunika ní družice Telekomunika ní družice Telekomunika ní družice V decká družice Raketoplán Špionážní družice Telekomunika ní družice

Špionážní družice Pilotovaná transportní lo k ISS 22.9. JPN M-V Hinode V decká družice SSP-2 Technologická družice Camatai Studentská technologická družice 25.9. USA Delta 7925-9.5 USA 190 Vojenská družice (GPS) 13.10. FRA Ariane 5 ECA DirecTV-9S Telekomunika ní družice Optus D1 Telekomunika ní družice LDREX-2 Technologická družice 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

Start Stát Nosná raketa 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 8.12. FRA Ariane 5 ECA 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 Telekomunika ní družice Telekomunika ní družice Meteorologická družice (14) Telekomunika ní družice Vojenská družice (GPS) Meteorologická družice (15) Telekomunika ní družice Telekomunika ní družice Raketoplán Technologický modul Studentský technologický modul Studentský technologický modul Technologický modul Studentský technologický modul Telekomunika ní družice Špionážní družice Telekomunika ní družice Telekomunika ní družice Telekomunika ní družice 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) -

VYSOKÉ UENÍ TECHNICKÉ V BRN FAKULTA STAVEBNÍ DÁLKOVÝ PRZKUM ZEM MODUL 02 PÍSTROJOVÁ TECHNIKA

Recommend Documents