Результаты обработки измерений спектральных отражательных характеристик вулканических пород, полученных в ходе экспедиции на Курильские острова

В рамках выполнения работ по научно-технической программе Союзного государства «Интеграция-СГ» в августе 2021 года проходила экспедиция на острова Курильской гряды. Одной из целей экспедиции стало формирование спектральных признаков для валидации и оценки качества данных космических съемочных систем с помощью измерений спектров наземных тестовых площадок. В ходе экспедиции были исследованы спектральные отражательные характеристики вулканических пород на островах Уруп, Янкича (архипелаг Ушишир), Чиринкотан, Шиашкотан, Экарма. Для дополнительных лабораторных исследований на тестовых участках были отобраны пробы вулканических пород.
Измерение спектральных отражательных характеристик подстилающих поверхностей в полевых условиях проводилось с использованием трех различных приборов из состава аппаратно-программного комплекса «Калибровка» [1], которые в совокупности покрывают диапазон длин волн от 0,4 до 2,5 мкм. Для регистрации спектральных данных в видимом диапазоне (0,4 – 0,8 мкм) использовался фотоспектрорадиометр ФСР-02. Для регистрации отражательных характеристик в ближнем инфракрасном диапазоне использовались спектрометры ПСР-700 (0,8 – 1,3 мкм) и ПСР-1300 (1,3 – 2,5 мкм). В лабораторных исследованиях использовался комплекс «Визир» [2], предназначенный для регистрации трехмерного коэффициента спектральной яркости (КСЯ) подстилающей поверхности.
Задачей спектральных измерений являлось получение данных, необходимых для определения КСЯ подстилающих поверхностей с целью дальнейшего их включения в базу данных. Наземные измерения спектров выполнялись стационарно с помощью установки для измерений эталонных спектров, при этом регистрировались спектры отраженного от Ламбертовской поверхности излучения, в качестве которой использовалось молочное стекло МС-20, а также спектры отраженного от исследуемой поверхности излучения. Впоследствии проводился учет инструментальных особенностей спектрометров: калибровка по длинам волн, коррекция темнового сигнала, коррекция дифракции второго порядка, фильтрация сигнала, интерполяция спектров на единую сетку длин волн. Далее осуществлялся расчет КСЯ подстилающей поверхности.
В ходе экспедиции были исследованы 25 тестовых участков. Измерения на каждом из участков проводились при одном зенитном угле Солнца и, как правило, при надирной геометрии спектрометрирования. Однако при использовании спутниковых систем, для калибровки которых и необходимы наземные измерения, получить данные по условно заданной области при фиксированном значении зенитного угла Солнца – достаточно нетривиальная задача. В данном исследовании была предпринята попытка расширить объем полученных данных, осуществив переход от наземных измерений к лабораторным, что позволило получить значения КСЯ подстилающих поверхностей при различных углах освещения, а также при различных углах спектрометрирования.
В исследовании проведен анализ зависимости КСЯ подстилающих поверхностей от угла освещения при надирной геометрии спектрометрирования. Выявлена нелинейность изменения КСЯ в зависимости от угла освещения на различных длинах волн. Кроме того, в работе проведен анализ характера изменения КСЯ под различными углами спектрометрирования при различных углах освещения в зависимости от типа подстилающей поверхности. Проведены сравнения спектральных наземных и мультиспектральных спутниковых измерений.