6.1.1. Електромагнітний спектр

Система збору даних ДЗЗ складається із чотирьох основних частин: джерела ЕМ випромінювання, шляху випромінювання в атмосфері, об'єкта й давача. Під ЕМ енергією розуміється енергія в діапазоні довжин хвиль 10-10 мкм (космічні промені) до 1010 мкм (радіохвилі).

Існує три основні джерела ЕМ хвиль: власне випромінювання Землі, випромінювання Сонця і відбитого від поверхні Землі. Власне випромінювання Землі пов'язане із внутрішньоземним тепловим потоком, геохімічними й біохімічними процесами й складається з гамма-променів і теплового випромінювання.

Енергія первинного джерела випромінювання Сонця розподілена по всьому ЕМ спектру. При поширенні через атмосферу її інтенсивність і спектральний розподіл змінюються атмосферою. Потім це випромінювання взаємодіє з об'єктом і відбивається й/або і поглинається ним. Відбита випромінена енергія проходить назад через атмосферу й знову змінюється в спектральному розподілі й інтенсивності, після чого випромінювання досягає давача, де воно вимірюється й перетворюється в дані для наступної обробки. Спосіб відбиття й/або поглинання й випромінювання об'єктом падаючої енергії - це сигнал, який необхідно зареєструвати й перетворити в кількісну форму подання. Відбите випромінювання характеризує відбивну здатність об'єкта, що представляється значеннями спектральної щільності енергетичної яскравості, яку вимірюють за допомогою дистанційного давача. Одержувані в результаті величини переводяться в дискретні цифрові значення, відповідні до характеристик відбивної здатності. У вітчизняній літературі вони називаються коефіцієнтами спектральної яскравості або спектральною яскравістю (СЯ). Далі будемо вважати, що форма подання даних ДЗЗ - цифрові дані, придатні для машинної обробки.

Відбите від поверхні сонячне випромінювання реєструється в близькому ультрафіолетовому, видимому (0,38-0,72 мкм), близькому (0,72- 1,3 мкм), середньому (1,3-3 мкм) і далекому (тепловому, 7,0-15,0 мкм) ІЧ діапазонах спектра з урахуванням прозорості атмосфери. Атмосферні явища - ускладнюють інтерпретацію даних випромінювання в ультрафіолетовій ділянці ЕМ спектра й у діапазоні 3,0-7,0 мкм і фактично обмежують використання зазначених діапазонів для ДЗЗ.

Видимий діапазон займає невелику частину ЕМ спектра, що представляє інтерес при дослідженні поверхні Землі. Звичайно для збільшення інформативності видимий діапазон розбивається на три зони:

- синю (0,4-0,5 мкм);

- зелену (0,5-0,6 мкм);

- червону (0,6-0,7 мкм).

Це пов'язане з тим, що різні типи поверхні (сніг, ґрунт, рослинність) по-різному "проявляються” у цих зонах. Дані видимого ділянки спектра корисні для кількісної оцінки кольору й текстури зображень об'єктів. Ці параметри особливо ефективно використовуються при розв'язку завдань визначення площ загиблих і ушкоджених посівів, вмісту хлорофілу в листах, гумусу в ґрунтах і т.д.

Зображення об'єктів у ближньому ІЧ діапазоні мало відрізняється від видимого. Більше того, для багатьох завдань характерно комбіноване використання цих діапазонів.

Для контролю стану сільськогосподарських культур у різні періоди їх вегетації, оцінки якості ґрунтів, біологічних ресурсів морів і океанів найбільш інформативними є видимий і ближній ІЧ діапазони. Саме тут проявляється поглинаюча здатність більшості рослинних пігментів.

Середній ІЧ діапазон часто використовують при розпізнаванні й ідентифікації типів земної поверхні.

Теплові зйомки засновані на реєстрації власного випромінювання Землі (максимум зосереджено в діапазоні 8-14 мкм), відбитого сонячного випромінювання або їх сумарного ефекту в середньому й далекому ІЧ або мікрохвильовому діапазонах.

Для підвищення інформативності й вірогідності зйомок вибір спектральних діапазонів здійснюється з урахуванням мінімізації розсіючого та трансформуючого ефектів атмосфери. Атмосфера може впливати на дані спостереження двома способами: шляхом розсіювання й поглинання енергії. Розсіювання має місце, коли випромінювання в атмосфері відбивається або переломлюється молекулами або кластерами газів, що складають атмосферу, частками пилу, водяними краплями. Поглинання включає перетворення енергії падаючого випромінювання в енергію руху молекул атмосфери. Через наявність водяної пари в атмосфері є вузькі смуги сильного поглинання на довжині хвилі 1,4 і 1,9 мкм. Гази, що утворюють атмосферу, водяна пара, озон і аерозолі сильно спотворюють сигнал і є джерелами різних перешкод, тому системи ДЗЗ націлені в так звані «вікна прозорості» атмосфери - спектральні ділянки, де випромінювання проходить із відносно малим ослабленням і які в основному розташовані у видимому й ІЧ діапазонах:

- 0,3-1,3 мкм;

- 1,5-1,8 мкм;

- 2,0-2,6 мкм;

- 3,0-3,6 мкм;

- 4,2-5,0 мкм;

- 7,0-15,0 мкм.

У системах збору даних ДЗЗ спектральні діапазони звичайно вибираються з атмосферних «вікон прозорості» 1, 2, 3 і 6, тому що в цих ділянках вплив відбиття й випромінювання чітко ідентифікуються.

РЛС працюють у мікрохвильовому радіодіапазоні довжин хвиль від 1 мм до 1 м, при цьому найбільш уживаними є Kа(0,8- 1,1 см), X(2,4-3,8 см)- і L (15-30 см)-діапазони.