Submit manuscript Sign in / Sign up
Advanced search
Article sections

INTERNATIONAL EXPERIENCE ON METHODS AND TECHNOLOGIES OF RADAR REMOTE SENSING OF EARTH

Research article
Panin D.N.
Karyagina M.V.
Malahova D.S.
Salmina Ya.A.
DOI:
https://doi.org/10.23670/IRJ.2020.91.1.011
Issue: № 1 (91), 2020
Published:
2020/01/17
PDF

ОПЫТ МЕЖДУНАРОДНОГО СОТРУДНИЧЕСТВА В СФЕРЕ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ: ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ

Научная статья

Панин Д.Н.1, Карягина М.В.2, *, Малахова Д.С.3, Салмина Я.А.4

1, 2, 3, 4 Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики, Самара, Россия

* Корреспондирующий автор (karyagina_m00[at]mail.ru)

Аннотация

В статье рассматривается международный опыт по методам и технологиям радиолокационного дистанционного зондирования Земли. Отмечается, что современные радиолокационные дистанционные системы – наиболее эффективные информационные комплексы по исследованию земной поверхности. Одним из важных направлений международного сотрудничества в сфере радиолокационного зондирования Земли является выработка общих критериев валидности результатов исследования. Актуальность исследований обусловлена необходимостью расширения космических технологий, разработки новых методов обработки информации, выработки рекомендаций по предпочтительным параметрам радиолокационного зондирования.

В работе показаны примеры успешного сотрудничества национальных космических систем и обосновывается вывод, что разработка методов и технологий радиолокационного дистанционного зондирования земли останутся приоритетными в течение ближайших лет.  Подчеркивается, что первостепенная задача сотрудничества на международном уровне – разработка и реализация подходов и стратегий валидности конечных результатов и обеспечения качества данных наблюдения Земли, комплекса мероприятий, направленных на подтверждение соответствия и обеспечение данных ДЗЗ необходимыми сертификационными документами по основным параметрам их качества.

Ключевые слова: дистанционное зондирование земли, информационные технологии, радиолокация, валидность.

INTERNATIONAL EXPERIENCE ON METHODS AND TECHNOLOGIES OF RADAR REMOTE SENSING OF EARTH

Research article

Panin D.N.1, Karyagina M.V.2, *, Malahova D.S.3, Salmina Ya.A.4

1, 2, 3, 4 Povolzhskiy State University of Telecommunications and Informatics, Samara, Russia

* Corresponding author (karyagina_m00[at]mail.ru)

Abstract

The article discusses international experience concerning the methods and technologies of radar remote sensing of the Earth. Modern radar remote systems are the most effective information systems for the study of the earth’s surface. The development of general criteria for the validity of research results is one of the key areas of international cooperation in the field of radar sensing of the Earth. The relevance of research is based on the necessity to expand space technology, develop new methods for processing information and recommendations on the preferred parameters of radar sensing.

The paper shows examples of successful cooperation of national space systems and claims that the development of methods and technologies for radar remote sensing of the earth will remain a priority over the coming years. It is emphasized that primary tasks of cooperation at the international level include the development and implementation of approaches and strategies for the validity of final results and ensuring the quality of the Earth observation data, as well as designing a set of measures aimed at confirming compliance and providing remote sensing data with necessary certification documents on the main parameters of their quality.

Keywords: remote sensing of the earth, information technology, radio detection, validity.

Введение

Исследование земной поверхности – одна из самых ранних сфер приложения человеческого разума. В настоящей работе рассматривается возможность и необходимость международного сотрудничества по проблемам стандартизации, радиометрической калибровки радиолокационных  измерений. Одно из важных направлений - выработка общих критериев валидности результатов исследования. Проблемам международного сотрудничества и согласованности государственных космических систем ведущих стран (в особенности России, США, стран Европы) в использовании технологий ДЗЗ уделялось и уделяется внимание многими российскими и зарубежными специалистами. О преимуществах и перспективности радиолокационных технологий в ДЗЗ указывают В.Ю. Александров, Д.М. Ермаков, Д.Н.Панин, А.П.Чернушич, Е.А. Шарков; сравнительный анализ технологий ДЗЗ зарубежных стран проводят А. Бабурин, А. Лисицын. Тем не менее, многие отмечают, что в развитии технологий ДЗЗ преобладающей тенденцией является конкуренция, а не сотрудничество. Это связано, прежде всего, со стремлением государства создать свою национальную полноценную систему космического исследования Земли, что позволит обеспечить и военную безопасность государства, и научную независимость.

В настоящей работе предпринимается попытка показать примеры положительного международного опыта по использованию технологий ДЗЗ, продемонстрировать значимость практического применения в решении общехозяйственных задач, обозначить проблемы, связанные с валидностью. Последнее особенно важно, поскольку  любой пользователь любой страны должен иметь высокую степень уверенности в том, что конкретный процесс, технология, метод или система ДЗЗ будет последовательно приводить к результатам, отвечающим заранее установленным критериям приемлемости; в противном случае результаты ДЗЗ не могут быть использованы.

Опыт международного сотрудничества в сфере ДЗЗ: проблемы и перспективы

Сегодня все специалисты в области космических разработок признают, что наиболее эффективные информационные  комплексы для   изучения земной поверхности – это  радиолокационные  системы  дистанционного базирования (в особенности – космические) [2]. Во всем мире вопросам создания и эксплуатации спутниковых радаров с синтезированной апертурой (РСА) для дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) уделяется большое внимание, особенно военными экспертами [3], [4]. Сравнение и сопоставление результатов данных с информацией, полученной из других источников, удобство обработки полученной информации прикладными программами, наглядность получаемой информации [5].

К сожалению, приходится констатировать, что в настоящее время на международном уровне не разработана четкая и однозначная система оценки результатов ДЗЗ. Совсем недавно, 7–8 ноября 2019 года в Ярославле проходил IV форум по внедрению результатов космической деятельности, являющийся главной тематической площадкой по интеграции в регионах России технологий, основанных на использовании космических данных (организатор – Холдинг «Российские космические системы» – РКС, входит в Госкорпорацию «РОСКОСМОС». Участники форума смогли подробно ознакомиться с инновационными решениями. В частности, была представлена находящаяся в заключительной стадии разработки уникальная система ДЗЗ – инфракрасный радиометр высокого разрешения (РИВР) для многоцелевого лабораторного модуля «Наука» российского сегмента Международной космической станции (МКС). Нет сомнений, что данная система важна для России. Однако проблема сопоставимости параметров результатов, получаемых с помощью радиометра, с международными стандартами осталась под вопросом, проблема валидности на международном уровне не решена. На наш взгляд, это можно объяснить стремлением разработчиков, в первую очередь, решать задачи внутригосударственные (национальные), и только потом – выходить на международного потребителя информационных услуг. Именно поэтому новейшие технологии ДЗЗ будут использоваться преимущественно в интересах государства, и выборочно – предоставляться в широкий доступ на международном уровне.

Тем не менее, несмотря на конкуренцию интересов, международное сотрудничество в области ДЗЗ успешно развивается и приносит положительные результаты. Так, в рамках международного сотрудничества в настоящее время успешно функционирует Рабочая группа по калибровке и валидности, в которую вошли ведущие национальные космические агентства государств, в частности: NASA (Национальное управление США по аэронавтике и исследованию космического пространства), ESA (Европейское космическое агентство), BNSC (Британский национальный космический центр), CNES (Национальный центр космических исследований Франции), JAXA (Японское агентство аэрокосмических исследований), Роскосмос (Федеральное космическое агентство) и др.

Для решения проблемы валидности данных приходится преодолевать две главные трудности: во-первых, это разработка аппаратуры и алгоритмов первичной обработки информации; во-вторых, проблемы  интерпретации и удобства восприятия радиолокационной информации [9].

К первому случаю относится создание космических радиолокаторов в Р и VHF диапазонах частот. Так, практически все государства широко используют исходную информацию, предоставляемую в процессе зондирования атмосферы радиометром SEVIRI европейских геостационарных метеорологических спутников второго поколения Meteosat 8 – Meteosat 11, работающих на геостационарной орбите около 36000 км над экватором (Европа и Африка) [10]. Показательным примером может служить использование изображений, полученных с помощью американских спутников Landsat-7 и Landsat-8 (2011–2016 гг.) в практических целях государства Иран [12]. При помощи специальных программ изображения вся картографируемая территория была разделена по балльной шкале, что позволило составить план экономических инвестиций в этом районе, а также территориальное планирование природопользования и оптимизации эксплуатации природных ресурсов.

В 2017 г. компания Planet (США) предложила принципиально новый подход к получению пространственных данных – непрерывное выполнение съемки всей территории Земли большим числом спутников, т. е ежедневный мониторинг. Такой поход обеспечивается наличием группировки более чем из 200 космических аппаратов. Высочайшая оперативность и повторяемость съемки спутниками Planet позволяет создавать актуальные ортомозаики высокого разрешения на большие по площади регионы [13].

В России есть положительные примеры использования отечественных данных ДЗЗ со спутников сверхвысокого разрешения «Ресурс-П». Продукты, создаваемые на основе этих данных, по качеству и оперативности получения приближаются к лучшим иностранным аналогам [14]. Увеличение объема данных и их детальности ставит на одно из первых мест проблему их обработки, хранения, извлечения и валидности. Так, например, мозаика на всю территорию России с разрешением 50 см будет занимать более 600 Тб – и это уже готовый продукт, объем же исходных данных для создания такой мозаики превысит 2,5 Петабайт данных. Для обработки и хранения данных необходимо развертывание специализированных систем хранения данных [15].

Одним из перспективных современных информационных ресурсов общего доступа является также геопортал - веб-портал, отображающий и предоставляющий доступ к географической информации посредством веб-сервисов. Например, Геопортал Роскосмоса – геоинформационный ресурс для доступа к единому банку данных дистанционного зондирования (ДЗЗ) Земли из космоса. Он представляет собой информационный ресурс, успешно сочетающий в себе как комплекс средств для просмотра космических снимков земной поверхности, так и набор инструментов для поиска данных ДЗЗ со спутников, запущенных российскими учеными. 

Заключение

Итак, можно сделать вывод, что разработка методов и технологий радиолокационного дистанционного зондирования земли останутся приоритетными в течение ближайших лет.

Критерий валидности результатов ДЗЗ – одно из приоритетных направлений международного сотрудничества. Выработать общую стратегию здесь очень трудно, поскольку не все участники согласны предоставлять исчерпывающую информацию о технологиях ДЗЗ. Если, к примеру, Европа уже сегодня имеет все необходимые технические возможности для того, чтобы в мировом масштабе предлагать клиентам ключи к информации с разведывательных космических аппаратов, то США предоставляют только возможность доступа, но не дают ключей к информации, необходимых для контроля над нею. Разумеется, и Россия, защищающая свои геополитические интересы и вынужденная принимать непосредственное участие в локальных конфликтах вблизи своих государственных границ, также ограничивает доступ к отдельным видам информации высокого разрешения.

Как нам представляется, международное сотрудничество в области ДЗЗ в мирных целях в будущем актуально, важно и необходимо. Российским разработчикам важно войти в мировой рынок ДЗЗ, обеспечить участие российских станций в международных сетях прямого приема данных ведущих мировых программ ДЗЗ. Это позволит принимать «сырую» телеметрию, полностью обрабатывать ее в России, сокращая сроки поставок и уменьшая стоимость конечных продуктов.

Конфликт интересов Не указан. Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

  1. Концепция развития российской системы дистанционного зондирования Земли на период до 2025 года.
  2. Александров В.Ю. Спутниковый радиолокационный мониторинг морского ледяного покрова. 2010 год / Александров В.Ю.
  3. Панин Д.Н. Взаимодействие электромагнитного излучения с неоднородным слоем магнитодиэлектрика [Текст] / Панин, Д. Н. // Инфокоммуникационные технологии. - 2010. - Т. 8, № 1: – С. 38-41.
  4. Панин Д.Н. Селективные свойства неоднородного слоя полупроводниковой плазмы [Текст] / Д. Н. Панин, Л. В. Адамович // Инфокоммуникационные технологии. - 2015. - Т. 13, № 1. – С. 12-17.
  5. Бабурин А. Состояние и перспективы развития средств космической видовой радиолокационной разведки западноевропейских стран / Бабурин А., Пахомова А. // Зарубежное военное обозрение. - 2017. – № 9. – С. 64-68.
  6. Википедия. – URL: http// wikipedia.org.
  7. Дубина В.А. Обнаружение судов на спутниковых изображениях / Дубина В.А., Плотников В.В., Круглик И.А. и др. // Материалы 2-й Нац. научно-технич. конф. «Инновационное развитие рыбной отрасли в контексте обеспечения продовольственной безопасности Российской Федерации». - Владивосток. – 2018. – С. 12–16. – URL: http://conf.dalrybvtuz.ru/files/articles/159.pdf (дата обращения: 05.11.2019)
  8. Дубина В.А. Особенности трансграничного переноса поверхностных вод в северозападной части Японского моря по многолетним спутниковым наблюдениям / Дубина В.А., Катин И.О. // Вестник ДВО РАН. – 2018. – № 6. – С. 13–19.
  9. Ермаков Д.М. Геопортал спутникового радиотепловидения: данные, сервисы, перспективы развития / Ермаков Д.М., Чернушич А.П., Шарков Е.А. // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. – 2016. – Т. 13. – № 3. - С. 46––57.
  10. Ермаков Д.М. Текущие возможности геопортала спутникового радиотепловидения и некоторые итоги проекта «ИКАР» / Ермаков Д.М., Чернушич А.П. // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. – 2017. – Т. 14. – № 7. – С. 321–324.
  11. Ермаков Д.М. Развитие сетевых сервисов геопортала спутникового радиотепловидения: проект ИКАР / Ермаков Д.М., Чернушич А.П. // Электронные библиотеки. - 2017. – Т. 20. – № 1. – С. 50–76.
  12. Зареи С.А. Опыт оценочного геоинформационного картографирования состояния ландшафтных ресурсов по материалам спутникового зондирования на примере провинции Ирана Хузестан / Зареи С.А., В.А. Малинников, В.М. Щербаков // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. – 2017. – Т. 14. – № 7. – С. 119–127.– URL: https://moluch.ru/archive/115/30818/ (дата обращения: 05.11.2019).
  13. Лисицын А. Космические системы дистанционного зондирования земли зарубежных стран / Лисицын А. // Зарубежное военное обозрение. – 2019. – №7. – С. 63-67.
  14. Нерушев А.Ф. Характеристики высотных струйных течений Северного и Южного полушарий по данным спутниковых измерений / Нерушев А.Ф., Ивангородский Р.В. // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. – 2017. – Т. 14. – № 7. – С. 299–307.

Список литературы на английском языке / References in English

  1. Koncepciya razvitiya rossijskoj sistemy distancionnogo zondirovaniya Zemli na period do 2025 goda [The concept of development of the Russian system of remote sensing of the Earth for the period up to 2025] [in Russian]
  2. Alexandrov V.Yu. Sputnikovyj radiolokacionnyj monitoring morskogo ledyanogo pokrova. 2010 god [Satellite radar monitoring of sea ice cover. 2010 year] / Alexandrov V.Yu. [in Russian]
  3. Panin D.N. Vzaimodejstvie elektromagnitnogo izlucheniya s neodnorodnym sloem magnitodielektrika [Interaction of electromagnetic radiation with an inhomogeneous magnetodielectric layer] [Text] / Panin, D. N. // Infocommunication technologies. – 2010. – Vol. 8, No. 1: – P. 38-41. [in Russian]
  4. Panin D. N. Selektivnye svojstva neodnorodnogo sloya poluprovodnikovoj plazmy [Selective properties of an inhomogeneous layer of a semiconductor plasma] [Text] / D. N. Panin, L. V. Adamovich // Infocommunication technologies. – 2015. – Vol. 13, No. 1. – P. 12-17. [in Russian]
  5. Baburin A. Sostoyanie i perspektivy razvitiya sredstv kosmicheskoj vidovoj radiolokacionnoj razvedki zapadnoevropejskih stran [State and prospects of development of space-based species-specific radar reconnaissance means of Western European countries] / Baburin A., Pakhomova A. // Foreign Military Review. - 2017. – No. 9. – P. 64-68. [in Russian]
  6. – URL: http // ru.wikipedia.org.
  7. Dubin V.A. Obnaruzhenie sudov na sputnikovyh izobrazheniyah [Detection of ships on satellite images] / Dubin V.A., Plotnikov V.V., Kruglik I. A. et al // Materials of the 2nd National. scientific and technical. conf. "Innovative development of the fishing industry in the context of ensuring food security of the Russian Federation." – Vladivostok. – 2018. – P. 12-16. URL: http://conf.dalrybvtuz.ru/files/articles/159.pdf (accessed: 11/05/2019). [in Russian]
  8. Dubina V.A. Osobennosti transgranichnogo perenosa poverhnostnyh vod v severozapadnoj chasti YAponskogo morya po mnogoletnim sputnikovym nablyudeniyam [Features of transboundary transport of surface water in the northwestern part of the Sea of Japan according to long-term satellite observations] / Dubina V.A., Katin I.O. // Vestnik FEB RAS. – 2018. – No. 6. – P. 13–19. [in Russian]
  9. Ermakov D.M. Geoportal sputnikovogo radioteplovideniya: dannye, servisy, perspektivy razvitiya [Geoportal of satellite radio thermal imaging: data, services, development prospects] / Ermakov D.M., Chernushich A.P., Sharkov E.A // Modern problems of remote sensing of the Earth from space. – 2016. – Vol. 13. – No. 3. – P. 46––57. [in Russian]
  10. Ermakov D.M. Tekushchie vozmozhnosti geoportala sputnikovogo radioteplovideniya i nekotorye itogi proekta «IKAR» [Current capabilities of the geoportal of satellite radio thermal vision and some results of the IKAR project] / Ermakov D.M., Chernushich A.P. // Modern Problems of Remote Sensing of the Earth from Space. – 2017. – Vol. 14. – No. 7. – P. 321–324. [in Russian]
  11. Ermakov D.M. Razvitie setevyh servisov geoportala sputnikovogo radioteplovideniya: proekt IKAR [Development of network services for the geoportal of satellite radio thermal vision: IKAR project] / Ermakov D.M., Chernushich A.P. // Electronic Libraries. – 2017. – Vol. 20. – No. 1. – P. 50–76. [in Russian]
  12. Dawn S.A. Opyt ocenochnogo geoinformacionnogo kartografirovaniya sostoyaniya landshaftnyh resursov po materialam sputnikovogo zondirovaniya na primere provincii Irana Huzestan [The experience of evaluating geoinformation mapping of the state of landscape resources based on satellite-sensing data on the example of the Khuzestan province of Iran] / Dawn S.A., V.A. Malinnikov, V.M. Shcherbakov // Modern problems of remote sensing of the Earth from space. – 2017. – Vol. 14. – No. 7. – P. 119–127.https://moluch.ru/archive/115/30818/ (accessed: 11/05/2019) [in Russian]
  13. Lisitsyn A. Kosmicheskie sistemy distancionnogo zondirovaniya zemli zarubezhnyh stran [Space systems for remote sensing of the land of foreign countries] / Lisitsyn A. // Foreign Military Review. – 2019. – No. 7. – P. 63-67. [in Russian]
  14. Nerushev A.F. Harakteristiki vysotnyh strujnyh techenij Severnogo i YUzhnogo polusharij po dannym sputnikovyh izmerenij [Characteristics of high-altitude jet streams of the Northern and Southern hemispheres according to satellite measurements] / Nerushev A.F., Ivangorodsky R.V. // Modern problems of remote sensing of the Earth from space. – 2017. – Vol. 14. – No. 7. – P. 299-307. [in Russian]