Введение к работе
Актуальность тены. Метеорологические искусственный спут-(ки Земли (МИСЗ). позволяющие определять спектральные харак-зристики уходящего - отраженного солнечного и излученного {стемой "Земля-атмосфера" - электромагнитного излучения, яв-ііются мощным средством для решения многих задач мониторинга риродной среды.
В отличие от аналоговой спутниковой информации (APT, EFAX), традиционно использующейся для оценки динамики атмос-ерных процессов, цифровые данные МИСЗ позволяют рассчитать оличественные характеристики подстилающей поверхности (альбе-,о, температуру, влажность, состав почвы и растительного пок-ова) и облачного покрова, определить вертикальные профили емпературы и влажности в тропосфере и стратосфере, а также «числить концентрации газовых составляющих атмосферы.
При разработке методов и алгоритмов тематического анализа :путниковой информации предполагается, что данные дистанцион-інх измерений прошли соответствующую (первичную) обработку, г.е. сканерные данные уже откорректированы, откалиброваны (представлены в физических величинах) и выполнена их географическая привязка.
Современные микропроцессорные вычислительные средства позволяют создать работающую в масштабе реального времени компактную систему первичной обработки и видеотерминального анализа передаваемой с ШСЗ оперативной информации, объемом в десятки и сотни мегабайт.
Доступность информации ШСЗ практически в любой точке Земного шара и возможность их эффективной обработки на ПЭВН существенно расширяет область практического использования цифровой спутниковой информации.
Цель работы и задачи исследования. Целью работы являете* создание методики первичной обработки и математического обеспечения видеотерминального анализа цифровой информации высокого разрешения с геостационарных и полярно орбитальных МИСЗ.
Исходя из сложившейся в Росгидромете практики информационного обеспечения спутниковыми данными исследовательских v оперативно-прогностических работ, поставлены следующие задачи:
-
создание методики и алгоритмов первичной обработм цифровой информации с МИСЗ, включая структуризацию и декодирование бинарного цифрового потока данных, контроль качества, радиометрическую коррекцию и калибровку данных измерений МИСЗ, географическую привязку и трансформацию изображений в картографические проекции;
-
разработка математического обеспечения многофункциональной графической системы для визуализации и видеотерминального анализа спутниковых изображений;
-
реализация на 32-битной ПЭВМ оперативной технологии приема и первичной обработки в масштабе реального времени цифровых данных дистанционного зондирования МИСЗ METE0SAT и N0AA.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
разработан способ структуризации бинарного информационного потока, позволяющий выполнять форматное преобразование бит-ориентированного потока данных без применения специализированных аппаратных средств;
-
разработан метод калибровки измерений ИСЗ METE0SAT е ИК канале, позволяющий определять температуру водной поверхности с точностью 1-1.5. Оценена возможность калибровки измерений METEOSAT по данным радиометра AVHRR N0AA;
-
исследована редукция величины измеренного альбедс подстилающей поверхности, обусловленная ослаблением освещен-
- 5 -пости. Предложен алгоритм коррекции измерений в видимом спектре (1 канал METEOSAT и 1,2 каналы AVHRR НОЛА ) В зависимости от фактического зенитного угла Солнца в момент измерений;
4) исследован характер ошибок в потоке цифровых данных МИСЗ, вызванных работой лриемо-передающей аппаратуры в условиях внешних интенсивных помех. Предложен градиентный метод обнаружения и фильтрации импульсных помех, обеспечивающий обнаружение ошибок и' восстановление данных с заданным уровнем качества.
Практическая значимость работы:
-
реализована на 32-битной ПЭВМ (ОС UNIX) технология обработки цифровой информации МИСЗ METEOSAT и N0AA. Эквивалентную схему первичной обработки планируется использовать в период проведения летных испытаний отечественного геостационарного МИСЗ (ГОМС);
-
в оперативной практике РосГИЦ используется технология подготовки комбинированных видеокарт Европы м Московского региона по цифровой информации METEOSAT и NOAA в полярной стереографической проекции;
-
программные средства видеотерминального анализа спутниковых изображений (система SATGRAF) обеспечивают расчет перемещения облачных систем, видеотерминальный анализ температуры подстилающей поверхности и подготовку твердых копий изпора -жений.
Созданная технология внедрена в оперативную эксплуатацию в составе наземного комплекса приема и обработки спутниковых данных Гидрометцентра РФ.
Ha samiiTV выносится:
1) методика первичной обработки цифровой информации высо
кого разрешения, поступающей с геостационарных и полярно орби
тальных метеорологических ИСЗ, включающая:
градиентный метод обнаружения и фильтрации импульсных помех цифрового сигнала;
алгоритм калибровки данных дистанционных радиометрических наблюдений МИСЗ;
методику коррекции измеренного отраженного сигнала с учетом зенитного расстояния Солнца и способ коррекции орбитальных параметров ИСЗ;
алгоритмы географической привязки, трансформации изображений и совмещения измерений METE0SAT и N0AA;
2) программная реализация предложенной методики, матема
тическое обеспечение видеотерминального анализа и средства ве
дения оперативной базы цифровых данных дистанционного зондиро
вания МИСЗ.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуадались на Ученом Совате, научных семинарах и конференциях РосГМЦ при обсуждении результатов НИР (Москва, 1989-1993 гг.). Всесоюзном семинаре "Системы экологического контроля вод" '(Севастополь. 19S1 г.). международном научном семинаре "Космический мониторинг" (Украина, Киев, 1993 г.), международном научно-техническом семинаре "Экологический мониторинг" (С.-Петербург, 1993 г.).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 7 печатных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Работа изложена на 152 страницах, включая 30 рисунков и 7 таблиц. Список литературы содержит 66 наименований, из них 42 на английском языке.
