Международный коллектив ученых из России, Эстонии и Финляндии впервые проанализировал работу панели-«мишени», построенной на юго-востоке Эстонии для калибровки орбитальных искусственных спутников Земли и обеспечения максимальной точности дистанционного космического зондирования поверхности планеты — состояния почв, посевов, урожая, пастбищ, лесов, городской, транспортной, промышленной инфраструктуры, природных катаклизмов, чрезвычайных ситуаций.
Результаты исследований ученые опубликовали в International Journal of Applied Earth Observation and Geoinfornation («Международный журнал прикладного наблюдения Земли и геоинформации»).
Панель — подобных сооружений на планете всего несколько — сконструирована на территории заповедника Ярвселья, между Тарту и эстонско-российской границей, и представляет собой выполненную из бетона горизонтальную, идеально гладкую, однотонную, серого цвета платформу размером 10×10 м, защищенную от воздействия окружающей среды съемной крышей.
«Есть несколько методов калибровки сенсоров искусственных спутников Земли. Во-первых, лабораторный, когда данные о том, как рассеивается свет той или иной длины волн, под тем или иным углом рассеивания и определенной средой (например, вулканическим песком), выявляются в „стерильных“ условиях путем сравнения спектров отражения со специальными конструкциями диффузора — материала с высоким и стабильным коэффициентом отражения. Во-вторых, сенсоры спутников можно калибровать по пустыням, так как их состав однороден, а состояние относительно стабильно, или по аэродромам. Но ни тот, ни другой метод не сравнится по точности с тем, который используем мы», — объясняет соавтор исследования старший научный сотрудник лаборатории Extra Terra Consortium Уральского федерального университета (УрФУ, Екатеринбург), кандидат физико-математических наук, доцент Мария Грицевич.
Например, трава на аэродроме в течение года меняет свою окраску, а платформа ученых, по словам Грицевич, «зимой и летом одним цветом». Эта особенность обеспечивает высокое качество измерений, что принципиально важно: спутниковое зондирование очень затратно и цена ошибки здесь высока. В период времени, когда спутник «видит» платформу, он получает данные. Они служат эталоном в «настройке» показателей, которые спутник выдает в ходе дальнейшего мониторинга земной поверхности. Без калибровки, без сравнения с эталоном данные, полученные в ходе зондирования, не имеют значения, их невозможно интерпретировать и применять.
Процесс выглядит так: панель отражает поток света, идущий от солнца либо от спутника, и поляризует его, то есть преобразует естественный, «неупорядоченный» свет в «организованный» — пучок сориентированных лучей, который принимается и обрабатывается сенсорами спутника. Таким образом, измеряется не только интенсивность отраженного света, но и поляризация — то, как отражающая поверхность рассеивает свет. Причем, используя платформу, можно добиться детальной картины — как «ведет себя» определенная волна той или иной частоты и длины в заданной геометрии светорассеивания. Стоит отметить, что панель в Ярвселья подает стабильный сигнал в течение всего года, это гарантирует устойчивую воспроизводимость процессов и результатов спутниковых измерений и говорит о надежности системы.
При этом панель полезна для обработки измерений не только видимого света — волн длиной от 380 до 760 нанометров. Ученые исследовали, как панель взаимодействует с волнами в диапазоне до 2 500 нанометров, то есть в области инфракрасного и микроволнового излучения.
«Некоторые спутники устроены так, что улавливают волны только определенной длины и под определенным углом, с которым эти волны отражаются от земной поверхности. Большой диапазон волн, в котором работает изученная и детально охарактеризованная нами панель, позволяет „настраивать“ широкий спектр приборов, в том числе искусственных спутников Земли», — добавляет Грицевич.
Более того, использование эстонской панели в качестве эталона позволяет совершенствовать новые модели искусственных спутников, выбирая оптимальный диапазон волн, геометрию наблюдения (угол отражения света) и разрешение изображения.
УрФУ — участник Проекта 5-100, ключевым результатом которого должно стать появление в России к 2020-му году современных университетов-лидеров с эффективной структурой управления и международной академической репутацией, способных задавать тенденции развития мирового высшего образования.