Войти на сайт
МЕЖДУНАРОДНЫЕ ЕЖЕГОДНЫЕ КОНФЕРЕНЦИИ
"СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО
ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА"
(Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, природных и антропогенных объектов)

Девятнадцатая международная конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА (Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов)»

Участие в конкурсе молодых ученых 

XIX.B.348

Слоистые рефракционные модели леса и льда в мониторинге сигналами навигационных спутников диапазона L1.

Макаров Д.С. (1), Сорокин А.В. (1), Харламов Д.В. (1)
(1) Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр СО РАН (ФИЦ КНЦ СО РАН), Красноярск, Россия
Глобальные Навигационные Спутниковые Системы (ГНСС) наряду с координатами измерениями, представляет особый интерес для мониторинга земных покровов. Импульсные сигналы диапазона L1 (несущая частота диапазона L1 ~ 1,5 – 1,6 ГГц, длина волны ~19 см), на основе процессов взаимодействия со средами земных покровов позволяют восстанавливать значимые характеристики ионосферы, атмосферы, почвы, растительных и водных и ледовых покровов [1]. Эффективно используется метод ГНСС -рефлектометрии, основанный на регистрации амплитудно-временных зависимостей (АВЗ) интерференционного поля, возникающего в результате суперпозиции когерентных полей прямого и отраженного поверхностью границ раздела земных покровов. Характеристики АВЗ интерференционного поля регистрируются приемной антенной, расположенной нал зондируемой поверхностью. Эффективная диэлектрическая проницаемость сред, рельеф границ раздела, расстояние от антенны до поверхности и угловые координаты навигационных спутников в совокупности определяют параметры АВЗ.
Особую сложность представляет разработка рефракционных моделей полупрозрачных слоистых сред. Наличие двух и более границ раздела вносят вклад в мощность сигнал при отражении на границах слоев и в процессе распространения в среде слоя. Модели эффективной комплексной диэлектрической проницаемости слоистых сред льда и леса подобны и рассматриваются как двухкомпонентные смешанные диэлектрики.
Лесной массив состоит из элементов деревьев разных размеров, поверхности почвы и воздуха в объеме, занимаемом древостоем. Характерные размеры разномасштабных элементов деревьев в сравнении с длиной волны зондирующего сигнала больше и сравнимы (стволы, ветви) и значительно меньше (хвоя, листья). В целом лес представляет собой статистически неоднородную двухслойную среду, состоящую из изотропного слоя крон и анизотропного слоя стволов с тремя горизонтальными границами раздела. Слой стволов имеет максимальную анизотропию, кроны с частично упорядоченными ветвями имеют практически изотропную эффективную диэлектрическую проницаемость [2]. Очередность границ между слоями в вертикальном направлении следующая; воздух–верх слоя крон, низ слоя крон-верх слоя стволов, низ слоя стволов - поверхность почвы.
Лед в период увеличения толщины и стационарном зимнем состоянии имеет кристаллическую структуру до начала прогрева выше 0○C. В весенний период в структуре льда постепенно появляются капсулы воды. Лед в этот период становится двухкомпонентным смешанным диэлектриком из кристаллического льда и жидкой воды. Вода существенно повышает эффективную диэлектрическую проницаемость льда в процессе весеннего прогрева. В вертикальном направлении очередность границ ледового покрова в период ледостава и стационарного зимнего состояния, без снежного покрова, следующая: воздух-поверхность кристаллического льда, нижняя поверхность льда-вода. В весенний период прогрева на верхней и нижней границах раздела формируются растущие слои «влажного» льда, с градиентом доли воды в структуре кристаллического «сухого» льда. Лед превращается в динамичную трехслойную структуру c 4-мя границами раздела. В отличие от леса, для сигналов ГНСС, лед, является однородной сплошной средой. Характерные размеры включений воды в структуре льда значительно меньше по отношению к длине волны зондирующего сигнала.
Общий подход к использованию ГНСС-рефлектометрии в мониторинге природных слоистых сред обеспечивает разработку метода и создания аппаратно-программного комплекса для получения практически значимых данных о состояниях леса и льда. В перспективе имеется возможность создания мобильных специализированных устройств, подобных приемникам сигналов ГНСС

Ключевые слова: гнсс рефлектометрия, слоистые среды, навигационные спутники
Литература:
  1. S. Jin, E. Cardellach, F. Xie. GNSS Remote Sensing. New York, London.: Springer Dor-drecht Heidelberg,. 2014. 286 p.
  2. А.В. Сорокин, В.Г. Подопригора, Д.С. Макаров, Д.В. Харламов, В.В. Балтайс . // Известия вузов.Физика,2, с.50-54, 2020.
  3. Макаров Д. С., Сорокин А. В., Харламов Д. В. Использование сигналов навигационных спутников в мониторинге земных покровов // Сибирский журнал науки и технологий. 2019. Т. 20, № 1. С. 8–19. Doi: 10.31772/2587-6066-2019-20-1-8-19 Эл. ресурс https://www.vestnik.sibsau.ru/vestnik/3147/

Технологии и методы использования спутниковых данных в системах мониторинга