МІКРОХВИЛЬОВІ МЕТОДИ ДИСТАНЦІЙНОГО ЗОНДУВАННЯ ЗЕМЛІ З КОСМОСУ ТА ПЕРСПЕКТИВИ ЇХ ЗАСТОСУВАННЯ

Анотація

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2025.03.098

Мікрохвильове дистанційне зондування дає змогу отримувати інформацію у будь-який час доби, незалежно від сонячного освітлення і в широкому діапазоні метеорологічних умов, що дає їй перевагу порівняно з методами дистанційного зондування Землі (ДЗЗ), які використовують оптичний і тепловий діапазони електромагнітного випромінювання. Разом з тим, можливості застосування мікрохвильових методів використовуються в комерційних космічних апаратах (КА) ДЗЗ далеко не повністю. У роботі проведено аналіз тенденцій розвитку мікрохвильового ДЗЗ, спрямований на виявлення перспектив використання цих методів в угрупованнях комерційних КА ДЗЗ. Розглянуто мікрохвильову радіометрію, альтиметрію, скаттерометрію і радарну зйомку. Показано, що, завдяки державному замовленню, мікрохвильові радіометри в найближчі кілька років будуть масово представлені на борту американських малих комерційних метеосупутників. Найближчими роками можна очікувати тестування на орбіті гіперспектральних мікрохвильових радіометрів, які також становлять інтерес для розв'язання завдань національної безпеки та оборони. Розміщення радарних альтимерів і скаттерометрів на борту малих КА наразі технічно можливе, але не затребуване. Ці прилади призначені насамперед для оглядових спостережень за поверхнею океану. Поява альтиметрів і скаттерометрів на борту малих КА може бути викликана потребами військової метеорології, необхідністю поліпшення якості прогнозів погоди на морських театрах військових дій. Напрямком мікрохвильового ДЗЗ, який найактивніше розвивається, є космічна зйомка за допомогою радарів із синтезованою апертурою. В останнє десятиліття відбулася заміна одиночних великогабаритних розвідувальних радарних КА багатосупутниковими угрупованнями малих КА. Особливий інтерес представляє побудова оперативних цифрових моделей земної поверхні, як один із нових напрямів застосування радарних даних. Перехід на більш високочастотні діапазони зйомки, що намітився у низці китайських компаній, дасть змогу домогтися більш високої просторової роздільної здатності з меншими витратами.

ПОСИЛАННЯ

1. Пироженко О. О., Храмов Д. О. Оптичні методи дистанційного зондування Землі та перспективи їх використання в комерційних космічних апаратах. Технічна механіка. 2024. № 4. С. 17–30. https://doi.org/10.15407/itm2024.04.017

2. Spencer R. W., Christy J. R. Precision Lower Stratospheric Temperature Monitoring with the MSU: Technique, Validation, and Results 1979–1991. Journal of Climate. 1993. 6 (6). P. 1194–1204. https://doi.org/10.1175/1520-0442(1993)006<1194:plstmw>2.0.co;2

3. Hollinger J. P., Peirce J. L., Poe G. A. SSM/I instrument evaluation. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 1990. 28 (5). P. 781–790. https://doi.org/10.1109/36.58964

4. Encyclopedia of Remote Sensing / ed. E. G. Njoku. New York, Springer-Verlag, 2014.

5. Gaiser, P. W. et al. The WindSat spaceborne polarimetric microwave radiometer: sensor description and early orbit performance. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2004. 42 (11). P. 2347–2361. https://doi.org/10.1109/tgrs.2004.836867

6. Lambrigtsen B. et al. Getting the GeoSTAR instrument concept ready for a space mission, 2011. URL: https://esto.nasa.gov/conferences/estf2011/presentations/Lambrigsten_ESTF2011.pdf (дата звернення: 04.07.2025).

7. Ramos-Perez I. et al. PAU-SA: A Synthetic Aperture Interferometric Radiometer Test Bed for Potential Improvements in Future Missions. Sensors. 2012. 12 (6). P. 7738–7777. https://doi.org/10.3390/s120607738

8. Maeda T. et al. Direct RF Sampling Hyperspectral Microwave Radiometer (DSμRAD) for Ground Use. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters. 2021. 18 (6). P. 1084–1088. https://doi.org/10.1109/lgrs.2020.2990707

9. Maeda T., Kawaguchi N., Tomii N. Demonstration of Ultrawideband Hyperspectral Microwave Interferometer by True Time Delay. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters. 2022. 19. P. 1–5. https://doi.org/10.1109/lgrs.2020.3023697

10. Henry M. et al. Development of a Hyperspectral Microwave Sounder for Enhanced Weather Forecasting. IGARSS 2023 – 2023 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium. 2023. P. 1092–1095. https://doi.org/10.1109/IGARSS52108.2023.10282436

11. Liu L. et al. Radiative closure tests of collocated hyperspectral microwave and infrared radiometers. Atmospheric Measurement Techniques. 2024. № 17. P. 2219–2233. https://doi.org/10.5194/amt-17-2219-2024

12. Brown S. et al. Demonstrating a low-cost sustainable passive microwave sensor architecture: The Compact Ocean Wind Vector Radiometer Mission. 2016 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS). 2016. P. 5561–5564. https://doi.org/10.1109/igarss.2016.7730452

13. Padmanabhan S. et al. TEMPEST-D Radiometer: Instrument Description and Prelaunch Calibration. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2020. P. 1–14.

14. Foy K. Lincoln Laboratory honored for technology transfer of hurricane-tracking satellites. URL: https://www.ll.mit.edu/news/lincoln-laboratory-honored-technology-transfer-hurricane-tracking-satellites (дата звернення: 04.07.2025).

15. Yang L. et al. Satellite Altimetry: Achievements and Future Trends by a Scientometrics Analysis. Remote Sensing. 2022. 14. P. 3332. https://doi.org/10.3390/rs14143332

16. Rosmorduc V. et al. The first 25 years of altimetry outreach. Advances in Space Research, 2021. 68 (2). P. 1225–1241. https://doi.org/10.1016/j.asr.2020.08.026

17. Srinivasan M., Tsontos V. Satellite Altimetry for Ocean and Coastal Applications: A Review. Remote Sensing. 2023. 15 (16). P. 3939. https://doi.org/10.3390/rs15163939

18. Gelsthorpe R. V., Schied E., Wilson J. J. W. ASCAT – Metop’s Advanced Scatterometer. 2000. URL: https://www.esa.int/esapub/bulletin/bullet102/Gelsthorpe102.pdf (дата звернення: 04.07.2025).

19. SCATSAT-1 Level 4 Data Products Format Document. 2017. URL: https://mosdac.gov.in/docs/scatsat_level4_dataproducts.pdf (дата звернення: 04.07.2025).

20. Li H. et al. Design of a New Sensor Integrating Scatterometer and SAR to Observe Sea Surface Wind Field. 2021 CIE International Conference on Radar (Radar). 2021. P. 2990–2993. https://doi.org/10.1109/Radar53847.2021.10028170

21. Martin A. C. H. et al. Performance of the Earth Explorer 11 SeaSTAR Mission Candidate for Simultaneous Retrieval of Total Surface Current and Wind Vectors. Remote Sensing, 2024. 16 (19). P. 3556. https://doi.org/10.3390/rs16193556

22. Frison P. L., Jarlan L., Mougin E. Using Satellite Scatterometers to Monitor Continental Surfaces. Land Surface Remote Sensing in Continental Hydrology. 2016. P. 79–113. https://doi.org/10.1016/b978-1-78548-104-8.50003-6

23. Lillesand T.M., Kiefer R.W., Chipman J. Remote Sensing and Image Interpretation (7th edition), Wiley, 2015.

24. SAR Handbook: Comprehensive Methodologies for Forest Monitoring and Biomass Estimation / eds. Flores A. et al. NASA. 2019. URL: https://servirglobal.net/Global/Articles/Article/2674/sar-handbook-comprehensive-methodologies-for-forest-monitoring-and-biomass-estimation (дата звернення: 04.07.2025).

25. Ti J. et al. A Novel SAR Imaging Method for GEO Satellite–Ground Bistatic SAR System with Severe Azimuth Spectrum Aliasing and 2-D Spatial Variability. Remote Sensing. 2024. 16 (15). P. 2853. https://doi.org/10.3390/rs16152853

26. Yan W. et al. Design and On-Orbit Performance of Ku-Band Phased-Array Synthetic-Aperture Radar Payload System. Sensors. 2024. 24 (20). P. 6741. https://doi.org/10.3390/s24206741

27. Yang R. et al. Polarimetric Microwave Imaging. Springer, 2021. https://doi.org/10.1007/978-981-15-8897-6

28. Fan Q. et al. Ship Detection Using a Fully Convolutional Network with Compact Polarimetric SAR Images. Remote Sensing. 2019. 11 (18). P. 2171. https://doi.org/10.3390/rs11182171

29. Paek S. et al. Small-Satellite Synthetic Aperture Radar for Continuous Global Biospheric Monitoring: A Review. Remote Sensing. 2020. 12 (16). P. 2546. https://doi.org/10.3390/rs12162546

30. Guccione P. et al. Along-Track Multistatic Synthetic Aperture Radar Formations of Minisatellites. Remote Sensing. 2020. 12 (1). P. 124. https://doi.org/10.3390/rs12010124

31. Sommervold O., Gazzea M., Arghandeh R. A Survey on SAR and Optical Satellite Image Registration. Remote Sensing. 2023. 15 (3), 850. https://doi.org/10.3390/rs15030850

32. Arumugam D. et al. Remote sensing of soil moisture using Rydberg atoms and satellite signals of opportunity. Scientific Reports. 2024. 14 (1). 18025. https://doi.org/10.1038/s41598-024-68914-6