Наземные измерения подспутникового полигона для обеспечения радиометрической калибровки Белорусского космического аппарата

Целевая аппаратура Белорусского космического аппарата дистанционного зондирования Земли (БКА ДЗЗ) включает панхроматическую камеру с полосой захвата 20 км и разрешением порядка 2м и мультиспектральную съемочную систему с разрешением порядка 10м. Для получения количественной информации при дистанционном зондировании Земли необходима радиометрическая, т.е. абсолютная энергетическая калибровка спутниковых приборов, которая проводится перед запуском спутника. Однако в процессе запуска и длительного полета могут происходить существенные изменения настройки аппаратуры, ее чувствительности, а также загрязнение и изменение пропускания входной оптики. Поэтому требуется корректирующая калибровка во время полета (in-flight калибровка). Среди разных способов in-flight калибровки наиболее надежной считается калибровка, проводимая по тестовым участкам с подспутниковыми наземными измерениями характеристик атмосферы и поверхности Земли.
Такая калибровка предъявляет ряд серьезных требований к выбору полигона и обеспечению сопровождающих подспутниковых измерений. В частности, площадь полигона должна быть достаточно большой, а альбедо его поверхности достаточно однородным, поскольку даже при высоком пространственном разрешении фотоприемника происходит осреднение яркости излучения, приходящего от довольно значительной площади подстилающей поверхности.
Для проведения летных испытаний и полетных калибровок целевой аппаратуры БКА ДЗЗ в Беларуси создан эталонно-калибровочный полигон в окрестности учебной географической станции «Западная Березина» географического факультета Белгосуниверситета. Выбор полигона основывается на том, что эта станция имеет необходимую для обеспечения работ инфраструктуру, возможности для ежегодного обновления имеющихся топографических, ландшафтных карт, а также карт растительности, землеустройства, лесоустройства, почвенных и геоморфологических.
С 2009 года на полигоне проводится регулярное наземное спектрометрирование тестовых участков, в состав которых включены объекты, хорошо наблюдаемые на космических снимках: естественные водоемы (Воложинский пруд, река Западная Березина), искусственные очистные водоемы прямоугольной формы, геобаза (асфальтовые площадки и крыши зданий), песчаные карьеры, торфяники и др. Среди естественных поверхностей самыми подходящими для калибровок объектами являются площадки песчаных карьеров и торфяники, имеющие стабильные отражательные характеристики и являющиеся почти ламбертовскими отражателями с гладкими спектральными зависимостями (постоянными в пределах отдельных спектральных диапазонов).
Разработана ГИС полигона «Западная Березина», содержащая растровые и векторные карты полигона, а также слои следующих типов данных: типы земель, тестовые калибровочные участки, связанные с базой данных их спектральных характеристик в табличном и графическом виде. Оценка площадей занимаемых различными типами подстилающих поверхностей территории полигона такова: лесные массивы – 27,2%, пахотные земли – 20,2%, луга – 31,3%, прочие типы земель – 21,3%.
Измерения спектров отражения эталонных и тестовых участков проводятся с использованием спектрорадиометров разработки Научно-исследовательского института прикладных физических проблем Белорусского Государственного Университета, в частности, портативным спектрорадиометром МС-12М на область спектра 0,35 1,05 мкм (спектральное разрешение 2 нм) и полевым спектрорадиометром ПСР-02М на область 0,35–2,5 мкм (спектральное разрешение 2,5 нм в диапазоне 0,35–1,1 мкм, и 10 нм в диапазоне 1,1–2,5 мкм). Оба прибора позволяют измерять спектрально-угловые (а также поляризационные) характеристики излучения разнообразных объектов и сред. Спектрометры откалиброваны по абсолютным значениям спектральной плотности энергетической яркости.
В июле 2011 года на полигоне проведены наземные измерения искусственных тестовых объектов – специальных тканевых полотнищ белого и черного цвета. Установлено, что данные тканевые полотнища имеют постоянные в пределах видимого диапазона коэффициенты отражения спектральной яркости, не зависящие от угла измерения.