Создание контрольно-калибровочного полигона подспутниковой поддержки
Космический мониторинг The problems of the optical satellite-born equipment post launch calibration using for the first time founded in Ukraine calibration test site (CTS) in the area of National Space Center are formulated and in the first stage solved. On the base of the synchronous satellite imag...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Проблемы управления и информатики |
|---|---|
| Дата: | 2013 |
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
2013
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/207683 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Создание контрольно-калибровочного полигона подспутниковой поддержки / Я.И. Зелык, В.А. Яценко, В.Е. Набивач, О.В. Семенив, Л.В. Подгородецкая // Проблемы управления и информатики. — 2013. — № 6. — С. 123-142. — Бібліогр.: 30 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859681926198067200 |
|---|---|
| author | Зелык, Я.И. Яценко, В.А. Набивач, В.Е. Семенив, О.В. Подгородецкая, Л.В. |
| author_facet | Зелык, Я.И. Яценко, В.А. Набивач, В.Е. Семенив, О.В. Подгородецкая, Л.В. |
| citation_txt | Создание контрольно-калибровочного полигона подспутниковой поддержки / Я.И. Зелык, В.А. Яценко, В.Е. Набивач, О.В. Семенив, Л.В. Подгородецкая // Проблемы управления и информатики. — 2013. — № 6. — С. 123-142. — Бібліогр.: 30 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Проблемы управления и информатики |
| description | Космический мониторинг
The problems of the optical satellite-born equipment post launch calibration using for the first time founded in Ukraine calibration test site (CTS) in the area of National Space Center are formulated and in the first stage solved. On the base of the synchronous satellite imagery with ground-based measurements results of the test object (TO) spectral reflectance characteristics the presentation catalog and geo informational database are created. Database includes the polygonal TO vector layers, «Quick Bird-2» and «Sich-2» satellite images, digital model of CTS territory. CTS infrastructure is defined and instruments with the PSC should be equipped as the number of available to researchers and the instruments used at LANDNET test sites of CEOS Committee are analyzed.
|
| first_indexed | 2025-11-30T20:00:42Z |
| format | Article |
| fulltext |
© Я.И. ЗЕЛЫК, В.А. ЯЦЕНКО, В.Е. НАБИВАЧ, О.В. СЕМЕНИВ, Л.В. ПОДГОРОДЕЦКАЯ, 2013
Международный научно-технический журнал
«Проблемы управления и информатики», 2013, № 6 123
КОСМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ
УДК 528.855+835
Я.И. Зелык, В.А. Яценко, В.Е. Набивач,
О.В. Семенив, Л.В. Подгородецкая
СОЗДАНИЕ КОНТРОЛЬНО-КАЛИБРОВОЧНОГО
ПОЛИГОНА ПОДСПУТНИКОВОЙ ПОДДЕРЖКИ
Состояние проблемы послестартовой калибровки оптических средств кос-
мического наблюдения и предоставление базовых информационных продук-
тов космического мониторинга. Калибровка (в частности, радиометрическая, свя-
занная переводом градаций яркости на выходе оптического сенсора в абсолютные
физические единицы) оптических средств многоспектральной системы космическо-
го наблюдения в полете заключается в построении в каждом i-м спектральном ка-
нале градуировочной зависимости между «сырыми значениями» выходной величи-
ны бортового оптического сенсора в цифровых отсчетах iDN ([0, 255] для косми-
ческой системы (КС) «Сич») и значениями его входной величины iL (на апертуре
сенсора) — спектральной плотности энергетической яркости в физических еди-
ницах [вт/(м
2
ср мкм)] (ср — стерадиан — единица измерения телесного угла)
с учетом коэффициента прозрачности атмосферы [1–13]. Такая градуировочная
характеристика между выходной iDN и входной величинами iL сенсора восста-
навливается преимущественно по данным космических снимков и синхронных
с ними наземных измерений в виде линейной зависимости с оцениваемыми ка-
либровочными коэффициентами — усилением iG и смещением :iB
.iiii BDNGL
Конечная цель калибровки заключается в приведении значений цифровых
отсчетов iDN в указанные абсолютные физические единицы спектральной плот-
ности энергетической яркости .iL
Необходимость осуществления в полете указанной калибровки, в частности
радиометрической, состоит в приведении результатов съемки определенного те-
стового участка различными оптическими сенсорами различных космических си-
стем (или одним и тем же сенсором в разные моменты времени) к единой шкале
измерений в абсолютных физических единицах объективной физической величи-
ны — спектральной плотности энергетической яркости. Помимо основной функ-
ции бортовых оптических сенсоров — предоставления изображений в различных
спектральных каналах, именно физическая величина — спектральная плотность
энергетической яркости, измеряется бортовыми оптическими сенсорами космиче-
ских систем, а также наземными оптическими сенсорами. Именно в шкале спект-
Работа выполнена в рамках реализации Общегосударственной целевой научно-технической кос-
мической программы Украины на 2008–2012 гг. по Государственному контракту от 27.04.2012 г.
№ 7-05/12.
124 ISSN 0572-2691
ральной плотности энергетической яркости можно сопоставлять и сравнивать ре-
зультаты космической съемки различными оптическими сенсорами различных
космических систем и наземных спектрометрических измерений.
Калибровка (в частности, радиометрическая) оптических сенсоров космиче-
ских систем в полете проводится в мировой практике регулярно с определенной
периодичностью применительно к многоспектральным и гиперспектральным сен-
сорам ALI, IKONOS, ASTER, TM, ETM+, HRVIR, Hyperion и др. [5–13] (http://
www.racurs.ru/www_download/articles/IKONOS.pdf; http://www.agu.org/cgi-in/SFgate
/SFgate?&listenv=table&multiple=1&ange=1&directget=1&application=fm06&database
=%2Fdata%2Fepubs%2Fwais%2Findexes%2Ffm06%2Ffm06&maxhits=200&=%22B41
A-0167%22). Потребителям данных этих сенсоров предоставляются вместе со сним-
ками в соответствующих спектральных диапазонах актуальные значения калибро-
вочных коэффициентов в аннотационных файлах (файлах метаданных), а в науч-
ных статьях и на web-сайтах широко обсуждаются вопросы научно-методи-
ческого обеспечения контрольно-калибровочных работ [5–13].
Вопрос получения вместе со снимками высококачественных калиброванных
информационных продуктов на основе актуальных результатов калибровки в поле-
те бортовых оптических сенсоров является одним из основополагающих при реше-
нии задач тематической интерпретации данных космических систем наблюдения
в различных предметных областях. Так при тематической интерпретации широко
используются разнообразные вегетационные индексы, в которых фигурируют ярко-
сти отраженного от исследуемого материала света в разных спектральных диапазо-
нах, например в нормализованном относительном индексе растительности NDVI —
в красном и инфракрасном диапазонах (http://gis-lab.info/ qa/ndvi.html; http://gis-
lab.info/qa/vi.html; http://mapexpert.com.ua/index_ru.php?id =20&table=news). Если
в этих разных спектральных диапазонах данные не будут приведены к одной и той
же шкале, в частности к спектральной плотности энергетической яркости в абсо-
лютных физических единицах, то результаты оценки такого индекса будут содер-
жать значительные погрешности, вплоть до неадекватности реальному содержимо-
му биомассы и т.п. (http://gis-lab.info/forum/viewtopic.php?t=2575; http://www.agu.
org/cgi-bin/SFgate/SFgate?&listenv=table&multiple=1&range=1&directget=1&applicati on
=fm06&database=%2Fdata%2Fepubs%2Fwais%2Findexes%2Ffm06%2Ffm06&maxhits=
200&=%22B41A-0167%22).
В настоящее время в мире создаются базовые информационные продукты
(БП) дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), каждый из которых должен со-
держать информацию либо 1) о геофизических и биофизических характеристиках,
сопоставимую с результатами наземных бесконтактных и контактных измерений,
либо информацию 2) об интегральных характеристиках — индексах (например,
упомянутый нормализованный относительный индекс растительности NDVI), по-
лученных на основе результатов дистанционных измерений в различных спект-
ральных каналах [14]. Такого рода характеристики, на которых базируются БП
ДЗЗ, называются обобщенными физическим характеристиками и могут эффек-
тивно использоваться для описания состояния дистанционно наблюдаемых объ-
ектов. Современные БП ДЗЗ должны обладать такими свойствами: 1) базировать-
ся на обобщенных физических характеристиках наблюдаемого объекта, выражен-
ных в абсолютных физических единицах; 2) эффективно представлять некоторый
выделенный класс сходных по своему целевому назначению БП ДЗЗ; 3) каждый
из указанных классов БП ДЗЗ должен быть представлен на однородных простран-
ственно-временных сетках соответствующими рядами отсчетов [14].
Базовые продукты космического мониторинга должны создаваться на осно-
ве существующих в мировой практике систем классификации данных ДЗЗ,
называемых иначе уровнями обработки данных ДЗЗ, предложенных NASA при
создании системы Earth Observing System Data and Information System (EOSDIS)
http://www.agu.org/cgi-in/SFgate%20/SFgate?&listenv=table&multiple=1&ange=1&directget=1&application=fm06&database=%2Fdata%2Fepubs%2Fwais%2Findexes%2Ffm06%2Ffm06&maxhits=200&=%22B41A-0167%22
http://www.agu.org/cgi-in/SFgate%20/SFgate?&listenv=table&multiple=1&ange=1&directget=1&application=fm06&database=%2Fdata%2Fepubs%2Fwais%2Findexes%2Ffm06%2Ffm06&maxhits=200&=%22B41A-0167%22
http://www.agu.org/cgi-in/SFgate%20/SFgate?&listenv=table&multiple=1&ange=1&directget=1&application=fm06&database=%2Fdata%2Fepubs%2Fwais%2Findexes%2Ffm06%2Ffm06&maxhits=200&=%22B41A-0167%22
http://www.agu.org/cgi-in/SFgate%20/SFgate?&listenv=table&multiple=1&ange=1&directget=1&application=fm06&database=%2Fdata%2Fepubs%2Fwais%2Findexes%2Ffm06%2Ffm06&maxhits=200&=%22B41A-0167%22
http://gis-lab.info/%20qa/ndvi.html
http://gis-lab.info/qa/vi.html
http://gis-lab.info/qa/vi.html
http://mapexpert.com.ua/index_ru.php?id%20=20&table=news
http://gis-lab.info/forum/viewtopic.php?t=2575
Международный научно-технический журнал
«Проблемы управления и информатики», 2013, № 6 125
(http://earthdata.nasa.gov/data/standards-and-references/processing-levels), расширен-
ных и обоснованных в каталоге рабочей группы по информационным системам
и сервисам (Working Group on Information Systems and Services (WIGIS)) [15] ко-
митета по спутниковым наблюдениям Земли (Committee on Earth Observation
Satellites (CEOS) (http://www.ceos.org/)).
Из анализа классификации данных ДЗЗ по уровням обработки, в частности,
комитета CEOS [14, 15], вытекает, что для достоверной тематической интерпрета-
ции данных ДЗЗ ключевое значение имеет подготовка откалиброванных информа-
ционных продуктов уровней 1A и 1B-D, которые получаются из сырых необрабо-
танных данных научных приборов уровня 0. 1А — восстановленные необработан-
ные данные научных приборов, аннотированные вспомогательной информацией
для радиометрической и геометрической калибровок и для географической привяз-
ки. 1B-D — преобразованные в абсолютные физические единицы измеряемых ве-
личин данные уровня 1А, в которых реализована коррекция на основе проведенных
калибровок и геопривязка с трансформацией изображения в необходимую геогра-
фическую проекцию. В свою очередь, на откалиброванных информационных про-
дуктах уровня 1 базируются данные уровней 2 и 3 и соответствующие им БП ДЗЗ,
которые представляют собой восстановленные обобщенные физические характе-
ристики в том же месте и с тем же разрешением, что и исходные данные уровня 1,
и реорганизованные к равномерной пространственно-временной шкале соответ-
ственно. И наконец, созданные информационные продукты уровня 4 представляют
собой пространственно-временные обобщения результатов моделирования и анали-
за на основе данных нижних уровней представления.
Таким образом, базирующиеся на существующей классификации данных ДЗЗ
создаваемые базовые продукты космического наблюдения Земли представляют
собой откалиброванные наборы данных, точно привязанные к наблюдаемым объ-
ектам, обеспечивающие достоверную тематическую интерпретацию и сопостави-
мость данных, поступающих из разнородных источников. БП ДЗЗ генерируются
на основе исходной космической информации уровней 1A-D по классификации
CEOS, которая должна, в частности, включать такие характеристики: 1) информа-
цию в аннотационном файле (файле метаданных), необходимую и достаточную
для выполнения радиометрической и геометрической калибровки оптических
средств космического наблюдения; 2) откалиброванные показания научной аппа-
ратуры в абсолютных физических единицах.
Системы космического наблюдения, для которых не реализованы комплексы по-
строения вышеуказанных базовых информационных продуктов, не могут быть в
настоящее время востребованы на рынке услуг дистанционного зондирования.
Наличие, кроме высококачественных спутниковых снимков объектов и участков
Земли, интересующих потребителей, еще и базовых информационных продуктов
ДЗЗ, на основе результатов космического наблюдения, полученных с помощью от-
калиброванных оптических средств, позволит Украине выйти на международный
рынок услуг дистанционного зондирования. Такие продукты дадут возможность со-
здавать и внедрять различные информационные сервисы, обеспечивающие пользо-
вателей достоверной информацией об объектах и процессах космического монито-
ринга.
Таким образом, для адекватной однозначной тематической интерпретации
данных космических наблюдений бортовые оптические средства должны регу-
лярно калиброваться по бортовым источникам калибровки или в результате так
называемой викарной калибровки (http://www.ncaveo.ac.uk/calibration/radiometry
/in-flight), которая осуществляется по результатам космической съемки и син-
http://www.ceos.org/
http://www.ncaveo.ac.uk/calibration/radiometry%20/in-flight
http://www.ncaveo.ac.uk/calibration/radiometry%20/in-flight
126 ISSN 0572-2691
хронных с ней наземных измерений характеристик тестовых участков и объектов
на контрольно-калибровочных полигонах (ККП) [12, 13].
Актуальность разработки в Украине средств и методов контрольно-
калибровочной поддержки оптических средств космического наблюдения. До
настоящего времени в Украине калибровка оптических средств систем космиче-
ского наблюдения Земли в полете с использованием ККП не осуществлялась.
Конструкторские решения КС «Сич-2» не предусматривали реализации в полете
калибровки оптических средств систем космического наблюдения [16], а суще-
ствующий аннотационный файл данных ДЗЗ (метаданных) КС «Сич-2» не содер-
жал информации, касающейся выполнения контрольно-калибровочных работ. Для
реализации последующих миссий КС «Сич» необходима корректировка аннота-
ционного файла данных ДЗЗ путем включения дополнительной информации, не-
обходимой и достаточной для проведения послестартовой калибровки бортовых
оптических средств и предоставления численных значений калибровочных коэф-
фициентов (аналогично, как в миссиях КС Landsat, ЕО-1 и др. [5–13]), и разработ-
ка методик и создание средств для обеспечения калибровки.
Концепцией реализации государственной политики в сфере космической де-
ятельности на период до 2032 г. предусмотрено создание наземной инфраструк-
туры для проведения метрологической аттестации средств ДЗЗ и валидации кос-
мических данных [17]. В рамках инфраструктуры в Украине должны быть созда-
ны ККП: в 2011–2017 гг. — для метрологической послестартовой поддержки
бортовых оптических средств, в 2018–2022 гг. — радиолокационных средств кос-
мического наблюдения в КС, а в 2023–2032 гг. — система контрольно-
калибровочных и тестовых полигонов ДЗЗ для обеспечения калибровки, верифи-
кации и валидации обработанных космических данных [18–20]. Кроме наземной
инфраструктуры, должны быть созданы и другие составляющие контрольно-
калибровочного обеспечения бортовых средств космического наблюдения: науч-
но-методическое обеспечение контрольно-калибровочных работ; программное
обеспечение, реализующее разработанные методики оценивания и калибровки;
базы данных каталогов тестовых объектов полигонов и организации контрольно-
калибровочных работ. В конечном итоге должна быть создана полноценная ин-
формационно-аналитическая система по организации и проведению контрольно-
калибровочных работ и заверке данных ДЗЗ на государственном уровне, которая
имела бы развитые средства доступа к данным и формирования рабочих и отчет-
ных документов.
КС «Сич-2» [16] предоставляла пользователям данные космических снимков
1-го уровня, которые являлись предварительно радиометрически откорректиро-
ванными, прежде всего, для улучшения качества визуального восприятия изобра-
жения на снимке («ради красивой картинки»). К числу мер, осуществляющих та-
кую предварительную радиометрическую коррекцию, можно отнести: 1) повыше-
ние контрастности изображения; 2) вычитание некоторого минимального уровня
шумов («дымки» (цифровые отсчеты пикселов изображения не содержат значе-
ний «0»)); 3) автоматическое регулирование экспозиции («выдержки») съемки
каждого объекта за счет изменения коэффициента усиления оптико-электронного
тракта бортового датчика таким образом, чтобы при любых условиях съемки
(например, как в сравнительно пасмурные, так и в ясные дни) максимальные зна-
чение цифровых отсчетов самых ярких пикселов изображения были приведены
к максимуму разрядной сетки ([0, 255] для КС «Сич»). Такая предварительная ра-
диометрическая коррекция существенно искажает существующий поток сырых
данных от оптического сенсора, на основании которого может быть корректно
выполнена калибровка в вышеуказанном смысле.
Международный научно-технический журнал
«Проблемы управления и информатики», 2013, № 6 127
Необходимо знать соотношения, в частности значения коэффициента усиле-
ния оптико-электронного тракта бортового сенсора, обеспечивающего адекват-
ную экспозицию («выдержку») съемки каждого объекта, с которыми осуществля-
ется предварительная радиометрическая коррекция данных, чтобы восстановить
поток сырых данных. Либо необходимо предоставить возможность доступа
к сырым данным (уровня обработки «0»), чего в случае КС «Сич-2» авторы не
смогли получить. Только на основе сырых данных снимков с использованием
найденных коэффициентов радиометрической калибровки по разрабатываемой при
участии авторов методике может быть корректно построена градуировочная зави-
симость между сырыми данными в цифровых кодах и соответствующей спект-
ральной энергетической яркостью в физических единицах на апертуре сенсора
для снятого конкретного тестового объекта. Если же сырые данные восстановле-
ны или предоставлены не будут, то полученная градуировочная зависимость бу-
дет касаться только этого конкретного снимка и не будет обладать обобщающей
(генерализирующей) способностью для любых (всех) снимков в соответствующем
спектральном диапазоне. В таком случае можно говорить только о радиометриче-
ской калибровке данных конкретного снимка.
В процессе развития космических средств дистанционного наблюдения уста-
новлено, что наиболее надежные методы калибровки основаны на использовании
данных из наземных ККП синхронных с космической съемкой наземных измере-
ний характеристик тестовых объектов или относительно стабильных во времени
и однородных в пространстве данных характеристик так называемых псевдоинва-
риантных тестовых участков [12, 13, 21, 22]. Такие методы обладают преимуще-
ствами, связанными со следующими факторами: значительной репрезентативно-
стью характеристик различных наземных объектов для калибровки бортовых сен-
соров; возможностью учета изменений технических характеристик сенсоров
в полете; возможностью разработки алгоритмов валидации данных в реальном
времени с использованием сети наземных датчиков. Развитие технологий и мето-
дов калибровки и валидации данных оптических приборов на основе ККП под-
спутниковой поддержки требует разработки и совершенствования методик оце-
нивания спектральных характеристик типовых тестовых объектов (ТО), создания
базы данных для поддержки наземных синхронных с космической съемкой
наблюдений, подготовки и обоснования состава комплекса наземных приборов
для качественной и надежной интерпретации результатов наблюдений и исследо-
ваний, разработки интегрированной информационной системы поддержки конт-
рольно-калибровочных работ.
Таким образом, в рамках подготовки дальнейших миссий КС «Сич» актуаль-
ны и соответствуют мировому уровню в области калибровки и контроля бортовых
средств космического наблюдения работы по созданию контрольно-калибровоч-
ного обеспечения оптических средств системы космического наблюдения.
Создание средств и разработка научно обоснованных методик после-
стартовой калибровки оптико-электронных средств наблюдения космиче-
ской системы «Сич» с использованием ККП. Глобальная цель работ в рамках
указанных научных исследований и опытно-конструкторских работ — создание
контрольно-калибровочного обеспечения систем ДЗЗ в Украине на базе разраба-
тываемых научно обоснованных методик, развернутой наземной инфраструктуры
системы полигонов с тестовыми объектами и измерительными приборами и со-
здаваемых программно-технических комплексов в интересах построения в Укра-
ине государственной системы оценки достоверности данных космического
наблюдения поверхности Земли.
В 2012 г. в этом направлении решены следующие задачи:
128 ISSN 0572-2691
проведены наземные измерения спектральных характеристик отражения
выбранных тестовых объектов в районе расположения Национального центра
управления и испытаний космических средств ГКА Украины (НЦУИКС) и создан
сегмент базы данных и каталог ТО для калибровки оптических средств космиче-
ского наблюдения КС «Сич-2»;
обоснована инфраструктура ККП в районе расположения НЦУИКС и раз-
работаны предложения по ее развитию с учетом опыта и возможности использо-
вания для калибровки тестовых объектов полигонов и псевдоинвариантных участ-
ков, созданных под руководством рабочей группы по калибровке и валидации
(Working Group on Calibration and Validation (WGCV) [23, 24] комитета CEOS.
Разработаны и оценены в смысле достижимой точности на статистических
данных следующие методики: определение пространственного разрешения на мест-
ности; радиометрической калибровки спектральных каналов; оценивание спек-
тральной чувствительности каналов многоспектральной системы ДЗЗ КС «Сич-2».
Основными задачами ККП подспутниковой поддержки являются: 1) калиб-
ровка средств космического наблюдения на основе синхронных данных наземных
измерений и космической съемки выбранных тестовых участков и объектов на
этапах летно-конструкторских испытаний и штатной эксплуатации; 2) отработка
и аттестация методик метрологического послестартового обеспечения средств
космического наблюдения; 3) отработка и аттестация методик дистанционного
оценивания состояния тестовых объектов поверхности Земли, процессов передачи
излучения и состояния среды его распространения; 4) метрологическое обеспече-
ние сертификации информационных продуктов обработки данных ДЗЗ для эф-
фективного решения задач тематической интерпретации и др.
В настоящее время комитет CEOS предоставляет информационные сервисы
для калибровки и валидации через информационный портал Cal/Val Portal
(http://calvalportal.ceos.org), который, главным образом, посвящен контролю и ра-
диометрической калибровке датчиков инфракрасного и оптического диапазонов
(Infrared and Visible Optical Sensors — IVOS). Основная цель портала — предо-
ставление базовых информационных продуктов ДЗЗ и координирование в между-
народном масштабе деятельности сообществ ученых, разработчиков систем кос-
мического наблюдения и потребителей данных ДЗЗ по калибровке и валидации
с использованием специально создаваемых ККП подспутниковой поддержки.
Исходя из основных задач ККП подспутниковой поддержки, критериев выбора
мест для организации таких полигонов и анализа опыта их создания под руковод-
ством рабочей группы по калибровке и валидации (WGCV) комитета CEOS, в ка-
честве ККП в Украине целесообразно использовать участки в районе расположе-
ния НЦУИКС (г. Евпатория-19).
Проведение на базе ККП калибровки оптических датчиков ДЗЗ в видимом
и ближнем инфракрасном диапазоне определяет в качестве одного из важнейших
факторов при выборе территории ККП благоприятные астрономические и клима-
тические условия в районе расположения полигона: чистая атмосфера, большое
количество безоблачных дней, минимальная сезонная динамика климата. ККП
в районе расположения НЦУИКС в значительной мере удовлетворяет этим требо-
ваниям. НЦУИКС расположен в степной северо-западной части полуострова
Крым на равнинной территории. Климат там умеренно теплый, сухой, без резких
колебаний температуры и атмосферного давления. Количество солнечных дней
в году от 260 до 280, средняя относительная влажность около 65 %, годовое коли-
чество осадков в Евпатории — около 358 мм.
Исходя из возможностей существующих космических систем ДЗЗ и разнообра-
зия задач, связанных с использованием данных космического наблюдения, жела-
тельно, чтобы территория полигона была большой по площади и включала участки
http://calvalportal.ceos.org/
Международный научно-технический журнал
«Проблемы управления и информатики», 2013, № 6 129
суши с разнообразным рельефом, растительностью и специфическими геологиче-
скими образованиями, внутренними водоемами, а также прилегающую водную
акваторию значительной площади (море) с широким спектром приграничных
участков «суша–вода» и другими особенностями. Хорошая пространственная од-
нородность значительных по размерам участков и природных и искусственных
объектов на большой территории полигона способствует снижению пригранич-
ных воздействий, уменьшает проявления нежелательных эффектов рассеяния све-
та от объектов и участков, которые находятся вне данной области. Чем выше про-
странственная однородность отражательных поверхностей тестовых объектов,
тем меньше проявляются загрубляющие эффекты искусственного обобщения
данных отражательной способности по всей поверхности каждого протяженного
объекта полигона. При выборе ТО преимущество должно предоставляться объек-
там с высокой отражательной способностью поверхностей, поскольку это позво-
лит обеспечить высокое значение отношения сигнал–шум, уменьшить неопреде-
ленность, обусловленную влиянием атмосферы, и повысить точность калибровки.
В качестве ТО следует выбирать объекты с близкой к ламбертовской отражатель-
ной способностью поверхностей, поскольку при оценке спектральной отража-
тельной способности всей такой поверхности по данным наземных измерений
уменьшаются погрешности, обусловленные различной геометрией расположения
Солнца и участков наблюдения в разные моменты времени.
Вышеуказанные требования к ККП в значительной степени выполняются при
использовании в качестве тестовых участков территорий технических площадок
1–3 НЦУИКС. Снимки площадок 1 и 3 отображены на рис. 1 и 2 соответственно.
Суммарная площадь площадок 1–3 НЦУИКС составляет более 870 000 м
2
, а рассто-
яния между ними значительные: между 1 и 3 — более 4 км; между 3 и 2 — около
5,5 км; между 1 и 2 — около 9 км. На территориях площадок расположены объек-
ты, имеющие строгие стабильные геометрические формы, большие размеры (не-
которые из них обладают пространственно однородной отражательной способно-
стью): антенные комплексы (АДУ-1000, РТ-70, П-400), здания, плацы, дороги с
асфальтовым и бетонным покрытием. На рис. 1 и 2 пронумерованными маркера-
ми отображены реперы — характерные точки отражающих поверхностей ТО
и участков (на четких границах и углах площадных объектов, площадок, пере-
крестков дорожек). Их географические координаты оценены с погрешностью до
нескольких сантиметров в результате топогеодезических измерений с использо-
ванием контрольно-корректирующей станции EVRS Системы космического нави-
гационно-временного обеспечения Украины, расположенной на территории пло-
щадки 1 НЦУИКС.
130 ISSN 0572-2691
Рис. 1
Рис. 2
В результате предварительного отбора на площадках 1–3 НЦУИКС сформи-
рованы две группы ТО:
1) для определения пространственного разрешения на местности и геометри-
ческой калибровки — объекты с четкими геометрическими формами и известными
с высокой точностью геометрическими параметрами с установленными реперами:
антенные полотна крупногабаритных антенных комплексов (РТ-70, АДУ-1000,
П-400), крыши зданий и площадки;
2) для радиометрической калибровки и определения спектральной чувстви-
тельности бортовых оптических сенсоров в спектральных каналах: антенные ком-
плексы РТ-70, АДУ-1000, П-400; стадион, центральный плац, крыша аппаратного
корпуса радиотелескопа РТ-70, бетонный и асфальтовый плацы у аппаратного кор-
пуса, солончаковые берега лиманов, поверхность моря и др.
Принципиально важным обстоятельствами при выборе района расположения
НЦУКС в качестве ККП подспутниковой поддержки является принадлежность
его к ведомству Государственного космического агентства Украины, стабильный
Международный научно-технический журнал
«Проблемы управления и информатики», 2013, № 6 131
правовой статус охраняемой территории, развитие инфраструктуры, средств свя-
зи, наличие квалифицированного персонала, который можно задействовать для
проведения контрольно-калибровочных работ.
ККП в районе НЦУИКС создается по образцу утвержденного рабочей под-
группой IVOS группы WGCV комитета CEOS набора глобально распределенных
по земному шару стандартизированных тестовых участков для послестартовой
калибровки оптических средств космического наблюдения (см. таблицу (http://
calval.cr.usgs.gov/sites_catalog_ceos_sites.php#CEOS)). Этот набор содержит во-
семь участков, оборудованных на постоянной основе инструментами (так называ-
емых LANDNET Sites (см. таблицу (http://calvalportal.ceos.org/cvp/web/guest/ ceos-
landnet-sites)) для проведения серий синхронных с космической съемкой назем-
ных измерений. Результаты измерений используются для радиометрической
и геометрической калибровок оптических средств в международных космических
миссиях и служат для перекрестного сравнения и прогнозирования в полете ха-
рактеристик различных датчиков. Кроме полигонов системы LANDNET Sites,
стандартизированный набор тестовых мест комитета CEOS содержит еще и псев-
до-инвариантные участки пустыни (см. таблицу (http://calval.cr.usgs.gov/sites_
catalog_ceos_sites.php#CEOS)), которые имеют высокую отражательную способ-
ность, состоят, как правило, из песчаных дюн без растительности и обладают низ-
ким содержанием аэрозоля над участками. Они могут использоваться для оценки
долгосрочной стабильности оптических сенсоров и перекрестного сравнения их
характеристик. При создании инфраструктуры ККП осуществляется его описание
согласно анкете-шаблону, утвержденному рабочей группой WGCV в 2009 г., как
стандарт описания применительно к полигонам системы LANDNET Sites [23, 24].
Шаблон структурирован в форме серии вопросов для описания тестовых участков
по таким признакам: доступность, физические характеристики и возможность их
поддержания. Шаблон включает следующие сведения [23, 24]: местонахождение
полигона; логистическую информацию об участках; климатологию и характерис-
тики атмосферы над ТО; данные об оборудовании участков измерительными при-
борами; информацию о точности измерений и калибровки; информацию об участ-
ках, сведения об информационных системах, базах данных и сертифицированных
информационных продуктах; контактную информацию.
При планировании инфраструктуры ККП в районе расположения НЦУИКС
создается каталог тестовых объектов, наиболее подходящих для оценки простран-
ственной разрешающей способности на местности, радиометрической калибровки
спектральных каналов, определения функции спектральной чувствительности
спектральных каналов оптической системы космического наблюдения КС «Сич».
Каталог представляет собой открытый web-ресурс, который будет создаваться по
аналогии с существующими web-порталами (http://calval.cr.usgs.gov/rst-resources/
sites_catalog/; http://calval.cr.usgs.gov/rst-resources/sites_catalog/ceos-reference-sites/)
с учетом опыта в этом направлении Геологической службы США (US Geological
Survey (USGS)) (http://calval.cr.usgs.gov/), члена комитета по спутниковым наблю-
дениям CEOS и глобальной системы наблюдения Земли (Global Earth Observation
System of Systems (GEOSS), http://www.epa.gov/geoss/). USGS занимается обра-
боткой и интеграцией информации с наземных полигонов со всего мира в онлайн-
каталог поддержки и калибровки аэрокосмических средств ДЗЗ. В каталоге USGS
находится информация по 36 тестовым участкам, расположенным в разных ме-
стах мира, большинство из которых не оборудованы постоянно имеющимися
наземными инструментальными измерительными средствами, как это имеет ме-
сто на восьми ККП системы LANDNET Sites комитета CEOS. В онлайн-каталоге
содержатся данные о местоположении полигонов, тестовых объектах, характери-
стиках отражения их поверхностей, инфраструктуре и инструментальной под-
держке, классе полигона и др.
http://calvalportal.ceos.org/cvp/web/guest/%20ceos-landnet-sites
http://calvalportal.ceos.org/cvp/web/guest/%20ceos-landnet-sites
http://calval.cr.usgs.gov/sites_%20catalog_ceos_sites.php#CEOS
http://calval.cr.usgs.gov/sites_%20catalog_ceos_sites.php#CEOS
http://calval.cr.usgs.gov/rst-resources/%20%20sites_catalog/
http://calval.cr.usgs.gov/rst-resources/%20%20sites_catalog/
http://calval.cr.usgs.gov/rst-resources/sites_catalog/ceos-reference-sites/
http://calval.cr.usgs.gov/
http://www.epa.gov/geoss/
132 ISSN 0572-2691
Следуя шаблону рабочей группы WGCV как стандарту описания полигона,
можно отметить, что местонахождение ККП в районе расположения НЦУИКС,
его благоприятные астрономические и климатические условия, общая информа-
ция о тестовых объектах на его технических площадках проанализированы выше.
Относительно исторических и текущих данных о климате в районе располо-
жения НЦУИКС и наземных метеорологических приборах, используемых для
определения метеорологической обстановки, можно сказать следующее. На тех-
нических площадках НЦУИКС в течение десятилетий ведутся метеорологические
наблюдения. На современном этапе в качестве основных многофункциональных
метеорологических приборов используются мобильные цифровые метеорологи-
ческие станции типа La Crosse WS3650IT-MG-SIL (906653 и аналогичные). С по-
мощью такой мобильной метеостанции в радиусе 100 м эффективно измеряются
такие метеорологические характеристики: температура, влажность, атмосферное
давление, направление и сила ветра, уровень осадков, и дистанционно передают-
ся в коммуникационную сеть. Такими станциями можно обеспечить оперативные
измерения метеорологических параметров вблизи всех тестовых объектов, распо-
ложенных на технических площадках НЦУИКС.
Следует отметить отсутствие в НЦУИКС приборов, измеряющих концентрацию
аэрозолей в атмосфере и прозрачность атмосферы над тестовыми участками, и необ-
ходимость приобретения таких приборов для обеспечения инфраструктуры ККП.
Согласно шаблону описания ККП на основе результатов синхронных со спут-
никовой съемкой КС «Сич-2» экспериментов по определению спектральных харак-
теристик отражения выбранных ТО по данным наземных измерений создан презен-
тационный каталог ТО на территории ККП в районе расположения НЦУИКС.
Наземные измерения спектральных характеристик отражения были проведены
в ноябре 2011 г. с применением полевого спектрометра ASP-100F, принадлежащего
ИКИ НАН Украины и ДКА Украины, в спектральном диапазоне 190–1100 нм [25]
и в июне 2012 г. — с применением прецизионно полевого спектрометра ASD
FieldSpec 3FR, принадлежащего Научному центру аэрокосмических исследований
Земли Института геологических наук НАН Украины, в спектральном диапазоне
250–2500 нм.
На рис. 3 приведено многоспектральное спутниковое изображение, которое
охватывает площадки 1 и 3 НЦУИКС, синтезированное на основе выполненного
многозональным сканирующим устройством КС «Сич-2» снимка от 08.11.2011 г.
в спектральных диапазонах: (500–590 нм) — зеленый; (610–680 нм) — красный,
(790–890 нм) — ближний инфракрасный. В качестве тестовых выбраны естествен-
ные и искусственные объекты площадок 1–3 НЦУИКС с протяженными и относи-
тельно гомогенными по отражательной способности поверхностями. В GIS-среде со-
зданы векторные слои площадных полигональных областей, соответствующих вы-
бранным тестовым объектам. Схема расположения ТО на территории НЦУИКС,
обозначенных соответствующими площадными полигональными областями, отобра-
жена на рис. 4: а — на площадке 1, б — на площадке 3. В таблице приведены кодовые
обозначения этих ТО и их наименования. Для контроля реального положения точек
измерений и последующего контроля геопривязки снимков района расположения
НЦУИКС использовался GPS-приемник. Фиксировалось время измерения спектраль-
ных характеристик. Для каждого объекта спектральные измерения выполнялись не
менее чем в 10 опорных точках, и проводилась статистическая обработка результатов
измерений на множестве опорных точек. Для каждого объекта получена усредненная
по опорным точкам зависимость спектрального коэффициента отражения от длины
волны. В свою очередь, в каждой опорной точке такие спектральные кривые были
получены как результат усреднения по результатам не менее 50 измерений.
Международный научно-технический журнал
«Проблемы управления и информатики», 2013, № 6 133
Рис. 3
а
134 ISSN 0572-2691
б
Рис. 4
Применительно к результатам измерений с помощью полевого спектрометра
ASP-100F интенсивности отраженного от ТО света )(refl I разработан и програм-
мно реализован алгоритм обработки данных, позволяющий корректно оценивать
спектральный коэффициент отражения )( поверхности тестового объекта по ре-
зультатам усреднения серии измерений в каждой опорной точке. В основу алгорит-
ма положена процедура предварительной компенсации шумов прибора, которая
выполняется с использованием результатов измерений в лабораторных условиях
так называемого «темнового шума» .darkI Перед проведением серии измерений на
новом тестовом объекте каждый раз измеряется спектральная интенсивность отра-
жения эталонного белого тела ).(white I С учетом полученных результатов измере-
ний в лабораторных и полевых условиях спектральных интенсивностей отражения
,darkI ),(white I )(refl I спектральный коэффициент отражения отражательной
поверхности тестового объекта определяется следующим образом:
.
)(
)(
)(
darkwhite
darkrefl
II
II
Для дополнительной фильтрации шумов, уменьшения дисперсии оценок и, как
результат, — сглаживания спектральных зависимостей )( — исследовано два
типа цифровых фильтров: Савицкого–Голея [26] и Батерворта [27] и для использо-
вания в обработке данных измерений выбран фильтр Савицкого–Голея, поскольку
он лучше сохраняет высокочастотные компоненты оцениваемых спектральных за-
висимостей. Работа фильтра основана на полиномиальной аппроксимации отдель-
ных выборок процесса по критерию минимума среднеквадратической ошибки.
Зависимости спектральных коэффициентов отражения )( ТО НЦУИКС от
длины волны, полученные в результате наземных измерений с применением по-
Международный научно-технический журнал
«Проблемы управления и информатики», 2013, № 6 135
левого спектрометра ASP-100F, с обозначениями кривых, соответствующим пе-
речню объектов в таблице, приведены на рис. 5.
Созданный по данным наземных измерений каталог ТО на ККП в районе рас-
положения НЦУИКС на презентационном уровне описания содержит 26 отобранных
объектов: 11 на площадке 1; 3 на площадке 2; 5 на площадке 3; 7 за пределами
НЦУИКС [28]. Презентационные метаданные ТО содержат такую информацию:
название ТО; широта и долгота характерной точки TO; геометрические размеры; ко-
личество измерений спектральных характеристик отражения, название прибора
спектрометрии; дата, время измерений, наименование поверхности покрытия ТО;
усредненная спектральная характеристика отражения ТО; изображения ТО и по-
верхности покрытия ТО; служебные данные. Каталог ТО ККП в районе расположе-
ния НЦУИКС на презентационном уровне описания представлен основной и подчи-
ненной таблицей, фрагмент которой отображен на рис. 6.
Для хранения и упорядочения накопленных в ходе выполнения проекта данных
создается геоинформационная база данных в среде GIS-пакета ArcGis 8.3 (ESRI Inc.
(http://www.esri.com/)), включающая векторные слои полигональных искусственных
и естественных объектов НЦУИКС, век-
торные слои точек измерения спек-
тральных характеристик, спутниковые
снимки КС «Quick Bird-2» и «Сич-2»,
цифровую модель местности района
расположения НЦУИКС. При наполне-
нии геоинформационной базы произво-
дится импорт и редактирование данных,
создаются новые классы пространствен-
ных объектов. В качестве атрибутивной
информации в базе содержатся сведения о времени, температуре воздуха, давлении,
влажности и направлении ветра во время наземных измерений спектральных харак-
теристик отражения выбранных объектов в районе расположения НЦУИКС.
Для обработки проведенных наземных измерений использован формат shape —
широко распространенный векторный формат файлов географической информа-
ции. Этот формат поддерживается компанией ESRI для интероперабельности
продуктов компании ESRI с другими программами. Формат shape-файла позволя-
ет сохранять следующие различные типы геометрических объектов: точки, линии,
полигоны и др. Отдельный файл может хранить информацию об объектах одного
типа (shape-файл — векторный формат для хранения объектов, описываемых гео-
метрией и сопутствующими атрибутами). Из-за своей распространенности формат
фактически стал стандартом обмена данными между геоинформационными си-
стемами. shape-файл — это не один файл, а набор файлов с одинаковыми имена-
ми, но разными расширениями. Основой формата являются три обязательных
файла: shp, shx и dbf и четыре дополнительных: sbn, sbx, aih, ain.
Таблица
№ Код Наименование
1 P16 Стадион
2 P13 Плац
3 Z113_2 Крыша клуба
4 A12 Антенный комплекс АДУ-1000
5 А31 Зеркало радиотелескопа РТ-70
6 P33 Бетонная площадка
7 Р31 Асфальтовая площадка
8 Z31_1 Крыша аппаратного корпуса
9 M20 Солончаковый берег озера
http://www.esri.com/
136 ISSN 0572-2691
350 400 450 500 550 600 650 700 750
, нм
0,1
0
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
()
A12
M20
A31
Z31_1
P16
P13
P33
P31
Z113_2
Рис. 5
Рис. 6
При создании векторных слоев для тестовых объектов НЦУИКС (стадиона,
крыш зданий, асфальтовых и бетонных площадок, поверхностей зеркал антенных
комплексов) в качестве геоинформационного основания использовался снимок КС
«Quick Bird-2» субметрового диапазона территории НЦУИКС за 2008 г. Привязка
снимка откорректирована на основе реперных точек, отображенных на рис. 1 и 2,
полученных при полевых исследованиях с помощью системы спутникового пози-
ционирования на предварительном этапе работ. Для природных тестовых объек-
тов в районе НЦУИКС (песчаные и грунтовые берега, водоемы, карьер по добыче
ракушечника) в качестве геоинформационного основания для векторизации ис-
пользованы квазисинхронный с наземными измерениями снимок с КС «Сич-2»
от 03.06.2012 г.
В процессе обработки векторизован ряд полигональных искусственных и есте-
ственных тестовых объектов с различными типами покрытий. Процесс векториза-
ции заключался в оконтуривании на изображении в ручном или автоматическом
Международный научно-технический журнал
«Проблемы управления и информатики», 2013, № 6 137
режиме форм выбранных объектов с точностью до пиксела (0,6 м) и формировании
в соответствующих файлах формата shapе данных относительно координат узлов
полигональных объектов. Среди них, в частности, стадион, крыши зданий, асфаль-
товые и бетонные площадки, поверхности зеркал антенных комплексов, солончаки,
песчаные берега, водоемы, карьер. Изображение векторных слоев полигональных
объектов на площадках 1 и 3 НЦУИКС приведено на рис. 4, а и б соответственно.
В dbf-файл векторных слоев полигональных объектов были внесены данные
о времени измерения спектральных характеристик, взятые из track-файлов GPS-
приемника, типе покрова и погодных условиях во время проведения исследова-
ний, а именно: относительное и абсолютное атмосферное давление (гПа), темпе-
ратура воздуха (°С), относительная влажность воздуха (%), точка росы (°С), эф-
фективная температура (°С), скорость ветра (м/с), направление ветра (в градусах
по часовой стрелке (0° — Север)), осадки (мм).
Предварительный анализ спутниковых снимков КС «Сич-2» показал недо-
статочную точность их геопозиционирования. На рис. 7 отображен фрагмент мно-
госпектрального спутникового изображения, синтезированного на основе выпол-
ненного многозональным сканирующим устройством КС «Сич-2» снимка от
08.11.2011 г. (являющегося подстилающей поверхностью) с полигональным объ-
ектом — соленым озером возле площадки 3 НЦУИКС. Полигональный объект
получен в результате классификации изображений на основании точно геопози-
ционированного снимка КС «Quick-Bird-2» и также имеет точную геопривязку.
На подстилающей поверхности — снимке КС «Сич-2» — реальный объект (соле-
ное озеро) сдвинут относительно классифицированного полигонального объекта
примерно на 1000 м в направлении на юго-запад. После коррекциии геопозицио-
нирования снимка КС «Сич-2» с применением модуля пространственной привяз-
ки Georeferencing в среде ArcMap на основе векторного слоя реперных точек, ко-
ординаты которых были прецизионно определены на предыдущем этапе работ,
получен приемлемый результат геопривязки снимка КС «Сич-2». Изображение
соленого озера возле площадки № 3 НЦУИКС на снимке КС «Сич-2» совпало
с изображением соответствующего ему полигонального объекта, классифициро-
ванного по снимку КС «Quick-Bird-2» (рис. 8).
Принимая во внимание указанный шаблон описания ККП, утвержденный ра-
бочей группой WGCV комитета СEOS [23, 24], кратко проанализируем аппарату-
ру для проведения прецизионных измерений геодезических координат (система
WGS 84) реперов на объектно-ландшафтной территории НЦУИКС, отображен-
ных на рис. 1 и 2.
138 ISSN 0572-2691
Рис. 7
Рис. 8
Измерения геодезических координат реперов на площадках НЦУИКС прово-
дилось с использованием контрольно-корректирующей станции EVRS Системы
космического навигационно-временного обеспечения Украины, расположенной
на площадке 1 НЦУИКС, координаты приемной антенны которой определены
с высокой точностью. Станция EVRS оборудована высокоточным приемником
сигналов спутников GPS — NovAtel MPC — и микрощелевой приемной антенной
решеткой — антенной NovAtel GPS-702. Полевые измерения в реперных точках
выполнялись высокоточными многочастотными мобильными GPS-приемниками
NovAtel DL-V3.
Международный научно-технический журнал
«Проблемы управления и информатики», 2013, № 6 139
Таким образом, имеется оборудование, необходимое для проведения преци-
зионных измерений геодезических координат реперов на объектно-ландшафтной
территорий НЦУИКС, которое может быть обновлено, а геодезические работы
по прецизионному определению координат реперных точек могут быть заказаны
на выбранных тестовых объектах.
Согласно шаблону описания ККП проанализируем основные приборы для
наземных измерений, используемые на полигонах системы LANDNET Sites комитета
CEOS, которыми целесообразно оснастить ККП в районе расположения НЦУИКС.
По данным измерений прямого интегрального солнечного излучения, посту-
пающего на поверхность при не закрытом облаками диске Солнца, определяются
характеристики прозрачности атмосферы: интегральный коэффициент прозрачно-
сти и фактор мутности. Дополнительно по данным прямого коротковолнового из-
лучения Солнца и влагосодержания (концентрация водяного пара) атмосферы
определяется аэрозольная оптическая толщина атмосферы для различных длин
волн над тестовыми объектами полигона. Для этих целей используются солнечные
фотометры CIMEL, расположенные по всему миру, в рамках международной сети
AERONET CIMEL network (AERONET — AErosol RObotic NETwork; http:// aeronet.
gsfc.nasa.gov/) и портативные солнечные фотометры MICROTOPS II (www.solarlight.
com/faqs/documents/sunman.pdf) [24]. Примеры использования солнечного фотомет-
ра CIMEL и портативного солнечного фотометра MICROTOPS II соответственно на
полигоне Negev (Израиль) системы LANDNET Sites комитета CEOS приведены на
сайте http://calvalportal.ceos.org/cvp/web/guest/negev. От значения аэрозольной опти-
ческой толщины атмосферы, измеряемой с помощью этих приборов, существенно
зависит отражательная способность поверхностей ТО, что важно при проведении
викарной радиометрической калибровки на основе наземных измерений спектраль-
ного коэффициента отражения ТО и данных синхронного космического снимка ТО
с использованием существующих и разрабатываемых математических моделей
аэрозолей в атмосфере [24].
На ККП системы LANDNET Sites комитета CEOS используются гонио радио-
метрические спектрометрические системы для проведения серии нескольких угло-
вых измерений двулучевой функции отражательной способности (bidirectional
reflectance distribution function (BRDF)) поверхности ТО. Четырехмерная двулуче-
вая функция BRDF определяет отражение света от непрозрачной поверхности.
Четыре переменные в функции: направления входящего светового излучения; от-
раженного светового излучения, которые определены относительно нормали
к поверхности (в общем случае — неплоской); угол азимута и угол зенита Солн-
ца. Функция возвращает отношение отраженной спектральной энергетической яр-
кости вдоль направления отраженного света к спектральной энергетической
освещенности отражающей поверхности по направлению падающего света. BRDF
измеряется в ср
1
, где стерадиан (ср) — единица измерения телесного угла. При-
меры использования гонио радиометрических спектрометрических систем можно
найти на ККП Negev (Израиль) (http://calvalportal.ceos.org/cvp/web/guest/negev), на
ККП Tuz Golu (Турция) [24].
Выводы. В статье отражены результаты исследований, проведенных в
направлении создания в Украине метрологического послестартового обеспечения
систем ДЗЗ на базе разрабатываемых научно обоснованных методик, развернутой
наземной инфраструктуры системы ККП с тестовыми объектами и измеритель-
ными приборами и создаваемых программно-технических комплексов в интере-
сах построения в Украине государственной системы оценки достоверности дан-
ных космического наблюдения поверхности Земли. До сегодняшнего дня в Укра-
ине калибровка в полете оптических средств систем космического наблюдения
Земли с использованием ККП не осуществлялась, а существующий аннотацион-
http://calvalportal.ceos.org/cvp/web/guest/negev
http://calvalportal.ceos.org/cvp/web/guest/negev),%20а
http://calvalportal.ceos.org/cvp/web/guest/negev),%20а
140 ISSN 0572-2691
ный файл данных ДЗЗ КС «Сич-2» не содержал информации, касающейся выпол-
нения контрольно-калибровочных работ. Наличие, кроме высококачественных
спутниковых снимков, еще и базовых информационных продуктов ДЗЗ на основе
результатов космического наблюдения, полученных с помощью откалиброванных
оптических средств, позволит Украине выйти на международный рынок услуг ди-
станционного зондирования. При реализации предстоящих миссий КС «Сич»
необходима корректировка аннотационного файла данных ДЗЗ путем включения
дополнительной информации, необходимой и достаточной для проведения после-
стартовой калибровки бортовых оптических средств с предоставлением числен-
ных значений калибровочных коэффициентов, аналогично, как в мировых КС.
Исходя из сформулированных основных задач ККП подспутниковой под-
держки, критериев выбора мест развертывания таких полигонов с использованием
в качестве стандарта описания ККП шаблона, утвержденного рабочей группой по
калибровке и валидации комитета CEOS, обоснованы требования к инфраструк-
туре ККП в районе расположения НЦУИКС (г. Евпатория-19). На основе резуль-
татов синхронных со спутниковой съемкой КС «Сич-2» наземных измерений
спектральных характеристик отражения выбранных ТО создан презентационный
каталог тестовых объектов и геоинформационная база данных. Она содержит век-
торные слои полигональных природных и искусственных объектов НЦУИКС,
слои точек измерений спектральных характеристик, спутниковые снимки КС
«Quick Bird-2» и «Сич-2», цифровую модель местности ККП. С учетом шаблона
описания ККП проанализированы такие приборы для наземных измерений, кото-
рыми должны быть оборудованы тестовые участки полигона при выполнении
контрольно-калибровочных работ: 1) как из числа имеющихся в распоряжении
исследователей: цифровые метеостанции, спектрометры ASP-100F, ASD FieldSpec
3FR, аппаратура для прецизионных измерений геодезических координат реперов,
2) так и приборы, используемые на полигонах системы LANDNET Sites комитета
CEOS: солнечные фотометры CIMEL в сети AERONET CIMEL network, порта-
тивный солнечный фотометр MICROTOPS II, гонио радиометрические спектромет-
рические системы. Разработаны и предварительно оценены в отношении достижи-
мой точности на статистических данных с использованием снимков КС «Сич-2»
2011–2012 гг. следующие методики: 1) оценивания спектральной чувствитель-
ности каналов многоспектральной системы ДЗЗ [25]; 2) определения простран-
ственного разрешения на местности [29]; 3) радиометрической калибровки спек-
тральных каналов [30]. Их рассмотрение является предметом отдельных статей.
Результаты проведенных научных исследований и разработанные методики акту-
альны и будут использованы и реализованы в метрологическом обеспечении пос-
лестартовой поддержки оптических средств космического наблюдения разраба-
тываемой космической системы «Сич-2-1».
Я.І. Зєлик, В.О. Яценко, В.Є. Набівач,
О.В. Семенів, Л.В. Підгородецька
СТВОРЕННЯ КОНТРОЛЬНО-КАЛІБРУВАЛЬНОГО
ПОЛІГОНУ ПІДСУПУТНИКОВОЇ ПІДТРИМКИ
Сформульовано та вирішено на першому етапі завдання післястартового каліб-
рування космічних оптичних засобів з використанням вперше створюваного
в Україні контрольно-калібрувального полігону (ККП) в районі розташування
НЦУВКЗ. За результатами проведених синхронних із супутниковою зйомкою
наземних вимірювань спектральних характеристик відбиття тестових об'єктів
(ТО) створено презентаційний каталог ТО та геоінформаційну базу даних, що
містить векторні шари полігональних ТО, супутникові знімки космічних сис-
Международный научно-технический журнал
«Проблемы управления и информатики», 2013, № 6 141
тем «Quick Bird-2» і «Січ-2», цифрову модель місцевості ККП. Визначено ін-
фраструктуру ККП та проаналізовано прилади, якими повинні бути обладнані
тестові ділянки полігону як з числа наявних у розпорядженні дослідників, так і
прилади, що використовуються на полігонах системи LANDNET Sites комітету
CEOS.
Ya.I. Zyelyk, V.A. Yatsenko, V.E. Nabivach,
O.V. Semenіv, L.V. Pіdgorodetska
СREATION OF CALIBRATION TEST SITE
FOR SUBSATELLITE SUPPORT
The problems of the optical satellite-born equipment post launch calibration using for
the first time founded in Ukraine calibration test site (CTS) in the area of National
Space Center are formulated and in the first stage solved. On the base of the synchro-
nous satellite imagery with ground-based measurements results of the test object
(TO) spectral reflectance characteristics the presentation catalog and geo informa-
tional database are created. Database includes the polygonal TO vector layers,
«Quick Bird-2» and «Sich-2» satellite images, digital model of CTS territory. CTS
infrastructure is defined and instruments with the PSC should be equipped as the
number of available to researchers and the instruments used at LANDNET test sites
of CEOS Committee are analyzed.
1. Шовенгердт Р.А. Дистанционное зондирование. Методы и модели обработки изображе-
ний. — М. : Техносфера, 2010. — 560 с.
2. Назаров А.С. Фотограмметрия. — Минск : ТетраСистемс, 2006. — 368 с.
3. Беляев Б.И., Катковский Л.В. Оптическое дистанционное зондирование. — Минск : БГУ,
2006. — 455 с.
4. Железняк О.О., Чубко Л.С. Космічна фотограмметрія. — Київ : НАУ, 2012. — 220 с.
5. Chander G., Markham B.L. Revised Landsat-5 TM radiometric calibration procedures and post-
calibration dynamic ranges // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. — 2003. —
41, N 11. — P. 2674–2677.
6. Chander G., Markham B., Revised Landsat-5 thematic mapper radiometric calibration // IEEE
Geoscience and Remote Sensing Letters. — 2007. — 41, N 3. — P. 490–494.
7. Radiometric cross-calibration of the Landsat-7 ETM+ and Landsat-5 TM sensors based on tan-
dem data sets / P.M. Teillet, J. L. Barker, B.L. Markham, R.R. Irish, G. Fedosejevs, J.C. Storey //
Remote Sensing of Environment. — 2001. — 78, N 1–2. — P. 39– 54.
8. Thome K.J. Absolute radiometric calibration of Landsat 7 ETM+ using the reflectance-based
method // Ibid. — 2001. — 78, N 1–2. — P 27–38.
9. Chander G., Markham B.L., Helder D.L. Summary of current radiometric calibration coefficients
for Landsat MSS, TM, ETM+, and EO-1 ALI sensors // Ibid. — 2009. — 113, N 5. —
P. 893–903.
10. Gurol S., Ozen H., Leloglu U.M., Tunali E. Tuz Golu. New absolute radiometric calibration test
site // The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Infor-
mation Sciences. — 2008. — 37, part B1. — P. 35–40.
11. Temporal, spectral, and spatial study of the automated vicarious calibration test site at Railroad
Valley, Nevada / J.S. Czapla-Myers, K.J. Thome, B.R. Cocilovo, J.T. McCorkel, J.H. Buchanan //
Proc. of SPIE. Vol. 7081 70810I-1. 2008 SPIE Digital Library. — 9 p. (http://144.206.
159.178/ft/CONF/16420331/16420348.pdf).
12. Reflectance- and radiance-based methods for the in-flight absolute calibration of multispectral
sensors / P.N. Slater, S.F. Biggar, R.G. Holm, R.D. Jackson, Y. Mao, M.S. Moran, J.M. Palmer,
B. Yuan // Remote Sensing of Environment. — 1987. — 22. — P. 11–37.
13. Biggar S.F., Thome K.J., Wisniewski W. Vicarious radiometric calibration of EO-1 sensors by ref-
erence to high-reflectance ground targets // IEEE Transactions on Geosciences and Remote Sen-
sing. — 2003. — 41, N 6. — P. 1174–1179.
14. Лупян Е.А. Саворский В.П. Базовые продукты обработки данных дистанционного зондиро-
вания Земли // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса.
— 2012. — 9, № 2. — С. 87–96.
15. Interoperable catalogue system — Valids // CEOS/WGISS/ICS/Valids. — 2005. — N 1.2. —
55 р.
16. Космічна система «Січ-2»: завдання та напрями використання. — Київ : Державне косміч-
не агентство України, 2012. — 48 с.
142 ISSN 0572-2691
17. Концепція реалізації державної політики у сфері космічної діяльності на період до 2032 ро-
ку. — Київ : Державне космічне агентство України, 2012. — 48 с.
18. Лялько В.И., Попов М.А. Полигоны ДЗЗ в Украине как элемент глобальной системы GEOSS/
GMES // Космічна наука і технологія. — 2008. — 14, № 2. — С. 3–12.
19. Лялько В.И., Попов М.А. Полигоны ДЗЗ Украины и перспективы их использования в систе-
ме GEOSS // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. —
2008. — 2, вып. 5. — С. 548–556.
20. Современное состояние и перспективы использования тестовых полигонов ДЗЗ: цели, за-
дачи, принципы и концепции / С.В. Абламейко, Б.И. Беляев, Я.И. Зелык, В.Л. Катковский,
В.И. Лялько, М.А. Попов, Л.В. Подгородецкая, В.А. Яценко // Пятый белорусский косми-
ческий конгресс (25–27 октября 2011 г., Минск). Материалы конгресса. — Минск : Объ-
единенный институт проблем информатики Национальной академии наук Беларуси, 2012.
— 1. — С. 172–176.
21. Teillet P.M., Horler D., O’Neill N.T. Calibration, validation, and quality assurance in remote
sensing: A new paradigm // Can. J. Remote Sens. — 1997. — 23, No. 4. — P. 401–414.
22. Radiometric calibration of Landsat / K.J. Thome, B. Markham, J. Barker, P.N. Slater, S.F. Biggar
// Photogramm. Eng. Remote Sens. — 1997. — 63, N 7. — P. 853–858.
23. Questionnaire for information regarding the CEOS WGCV IVOS subgroup Cal/Val test sites for
land imager radiometric gain QA4EO-WGCV-IVO-CSP-001. Version 1.1, CEOS, 2009. — 18 p.
24. Questionnaire for information regarding the CEOS WGCV IVOS subgroup Cal/Val test sites for
land imager radiometric gain. QA4EO-WGCV-IVO-CSP-008. Tuz Gölü. Ver. 2.0, 2009. — 37 p.
25. Калібрування спектральної чутливості сенсора багатоспектральної супутникової системи
«Січ-2» за наземними спектрометричними вимірюваннями: попередні результати / М.О. По-
пов, С.А. Станкевич, Я.І. Зєлик, С.В. Шкляр, О.В. Семенів // Космічна наука та технологія.
— 2012. — 18, № 5. — С. 59–65.
26. Orfanidis S.J. Introduction to signal processing. — Englewood Cliffs, NJ : Prentice-Hall, 1996.
— 798 p.
27. Rabiner L.R., Gold B. Theory and application of digital signal processing. — Englewood Cliffs,
NJ : Prentice-Hall, 1975. — 777 p.
28. Створення каталогу тестових об’єктів для калібрування знімальної системи і валідації да-
них ДЗЗ КА «Січ-2» / Я.І. Зєлик, В.Є. Набівач, М.О. Попов, С.А. Станкевич, С.В. Чорний,
В.О. Яценко // «Аерокосмічні спостереження в інтересах сталого розвитку та безпеки»
GEO-UA 2012. Третя Всеукраїнська конференція «GEO-UA». Матеріали доповідей. Євпато-
рія. Крим, Україна, 3–7 вересня 2012 р. — Київ : Вид-во «Кафедра», 2012. — С. 46– 49.
29. Чорний С.В., Авдєєв М.А., Зєлик Я.І., Коваленко О.О. Оцінювання розрізнювальної здатнос-
ті систем дистанційного зондування Землі з використанням еталонних знімків на підставі
вирішення зворотних задач оптики // 12-я Украинская конференция по космическим иссле-
дованиям. Евпатория, Крым, Украина. 3–7 сентября 2012 г. Сборник тезисов. — Киев :
ИКИ НАНУ и ГКАУ. — С. 88.
30. Розробка методологічного забезпечення калібрування багатоспектральної апаратури дис-
танційного зондування Землі як складової частини контрольно-калібрувального полігону
України / С.В. Чорний, М.О. Авдєєв, Я.І. Зєлик, В.О. Яценко, О.В. Семенів, В.І. Лялько,
М.О. Попов // 11-я Украинская конференция по космическим исследованиям. Евпатория,
Крым, Украина. 29 августа — 2 сентября 2011 г. Сборник тезисов. — Киев : ИКИ НАНУ
и ГКАУ. — С. 85.
Получено 29.04.2013
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-207683 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0572-2691 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-30T20:00:42Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Зелык, Я.И. Яценко, В.А. Набивач, В.Е. Семенив, О.В. Подгородецкая, Л.В. 2025-10-11T15:31:07Z 2013 Создание контрольно-калибровочного полигона подспутниковой поддержки / Я.И. Зелык, В.А. Яценко, В.Е. Набивач, О.В. Семенив, Л.В. Подгородецкая // Проблемы управления и информатики. — 2013. — № 6. — С. 123-142. — Бібліогр.: 30 назв. — рос. 0572-2691 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/207683 528.855+835 10.1615/JAutomatInfScien.v45.i12.50 Космический мониторинг The problems of the optical satellite-born equipment post launch calibration using for the first time founded in Ukraine calibration test site (CTS) in the area of National Space Center are formulated and in the first stage solved. On the base of the synchronous satellite imagery with ground-based measurements results of the test object (TO) spectral reflectance characteristics the presentation catalog and geo informational database are created. Database includes the polygonal TO vector layers, «Quick Bird-2» and «Sich-2» satellite images, digital model of CTS territory. CTS infrastructure is defined and instruments with the PSC should be equipped as the number of available to researchers and the instruments used at LANDNET test sites of CEOS Committee are analyzed. Работа выполнена в рамках реализации Общегосударственной целевой научно-технической космической программы Украины на 2008–2012 гг. по Государственному контракту от 27.04.2012 г. № 7-05/12. ru Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України Проблемы управления и информатики Космический мониторинг Создание контрольно-калибровочного полигона подспутниковой поддержки Створення контрольно-калібрувального полігону підсупутникової підтримки Creation of a calibration test site of subsatellite support Article published earlier |
| spellingShingle | Создание контрольно-калибровочного полигона подспутниковой поддержки Зелык, Я.И. Яценко, В.А. Набивач, В.Е. Семенив, О.В. Подгородецкая, Л.В. Космический мониторинг |
| title | Создание контрольно-калибровочного полигона подспутниковой поддержки |
| title_alt | Створення контрольно-калібрувального полігону підсупутникової підтримки Creation of a calibration test site of subsatellite support |
| title_full | Создание контрольно-калибровочного полигона подспутниковой поддержки |
| title_fullStr | Создание контрольно-калибровочного полигона подспутниковой поддержки |
| title_full_unstemmed | Создание контрольно-калибровочного полигона подспутниковой поддержки |
| title_short | Создание контрольно-калибровочного полигона подспутниковой поддержки |
| title_sort | создание контрольно-калибровочного полигона подспутниковой поддержки |
| topic | Космический мониторинг |
| topic_facet | Космический мониторинг |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/207683 |
| work_keys_str_mv | AT zelykâi sozdaniekontrolʹnokalibrovočnogopoligonapodsputnikovoipodderžki AT âcenkova sozdaniekontrolʹnokalibrovočnogopoligonapodsputnikovoipodderžki AT nabivačve sozdaniekontrolʹnokalibrovočnogopoligonapodsputnikovoipodderžki AT semenivov sozdaniekontrolʹnokalibrovočnogopoligonapodsputnikovoipodderžki AT podgorodeckaâlv sozdaniekontrolʹnokalibrovočnogopoligonapodsputnikovoipodderžki AT zelykâi stvorennâkontrolʹnokalíbruvalʹnogopolígonupídsuputnikovoípídtrimki AT âcenkova stvorennâkontrolʹnokalíbruvalʹnogopolígonupídsuputnikovoípídtrimki AT nabivačve stvorennâkontrolʹnokalíbruvalʹnogopolígonupídsuputnikovoípídtrimki AT semenivov stvorennâkontrolʹnokalíbruvalʹnogopolígonupídsuputnikovoípídtrimki AT podgorodeckaâlv stvorennâkontrolʹnokalíbruvalʹnogopolígonupídsuputnikovoípídtrimki AT zelykâi creationofacalibrationtestsiteofsubsatellitesupport AT âcenkova creationofacalibrationtestsiteofsubsatellitesupport AT nabivačve creationofacalibrationtestsiteofsubsatellitesupport AT semenivov creationofacalibrationtestsiteofsubsatellitesupport AT podgorodeckaâlv creationofacalibrationtestsiteofsubsatellitesupport |