Zasady działania czujników satelitarnych

Wszystkie czujniki satelitarne, jako nośniki danych używają promieniowania elektromagnetycznego. Wykorzystują one naturalnie wytworzone promieniowanie słoneczne (czujniki pasywne) lub generują własne (czujniki aktywne). Większość czujników wykorzystywanych w teledetekcji satelitarnej korzysta z pasma widzialnego promieniowania elektromagnetycznego (zakres 390 nm. – 780 nm.) jak i bliska podczerwień (700 nm. -1000 nm.)

Rys.1 Widmo elektromagnetyczne (http://www.bartoszkies.pl/fotografia-w-podczerwieni)

Promieniowanie mikrofalowe jest również wykorzystywane, ale głownie w czujnikach aktywnych.

Najczęściej wykorzystywane są czujniki pasywne działające w paśmie widzialnym, gdzie podstawową wielkością jest radiacja wyrażaną w [Wm-2sr-1nm-1] opisująca strumień energii o długość fali λ w kierunku przypadającym na jednostkę rzutu powierzchni źródła na płaszczyznę. Większość czujników przeliczy radiację na reflektancję zdalną (Rrs), która jest funkcją zależną od długości fali a jej rozkład w spektrum widzialnym opisuje nam kolor powierzchni. Reflektancje zdalną oblicza się jako stosunek radiacji oddolnej Lu[Wm-2sr-1nm-1]  do oświetlenia odgórnego  Ed [Wm-2nm-1].  Oświetlenie odgórne dostajemy poprzez scałkowanie radiacji po wszystkich kierunkach a następnie  ograniczenie wyniku do górnej półsfery ( θ (0, ) ). Ważnym parametrem czujników jest ich rozdzielczość przestrzenna. Parametr ten informuje nas jaki jest najmniejszy fragment powierzchni rozpoznawalny przez czujnik.  Druga rozdzielczość podawana przy specyfikacji czujników to rozdzielczość spektralna, która informuje nas o zakresie długość fal odbieranych przez czujnik. Trzecia rozdzielczość wiąże się z planowanym przebiegiem obserwacji niż z samym czujnikiem. Jest to rozdzielczość czasowa, która wskazuje nam co ile dany czujnik zbiera pomiar z tej samej powierzchni.

Pierwszym czujnikiem przesyłającym nam obraz ziemi były dwie kamery zamontowane na satelicie meteorologicznym TRIOS (wystrzelony w 1960r). Kamery posiadały obiektywy typu widikon o średnicy 12,7 mm i miały rozdzielczość 500 linii po 500 pikseli każda. Zdjęcia wykonywane z nominalnej wysokości orbity (700 km) obejmowały:

  • Kamera szerokokątna – obszar ok. 1200 × 1200 km, z rozdzielczością (w nadirze) 2,5 – 3 km
  • Kamera wąskokątna – obszar 120 × 120 km z rozdzielczością (w nadirze) 300 – 800 m.

Kamera mogła wykonywać zdjęcia wyłącznie za dnia, fotografując obszary położone między 55° szerokości geograficznej południowej a 55° szerokości geograficznej północnej.

Dziś wykorzystuje się dedykowane czujniki o wąskich kanałach spektralnych i rozdzielczości przestrzennej dochodzącej, w niektórych komercyjnych rozwiązaniach do poniżej 1 m. Dzięki misjom takim jak Sentinel 2 prowadzonej przez Europejską Agencje Kosmiczna każdy z nas ma dostęp do danych o rozdzielczości przestrzennej 10m  i rozdzielczości spektralnej 12 kanałów mogących dokonywać pomiarów w zakresie 441 nm do 2190nm.

Grzegorz Puciul

Spec. ds. ochrony wód i gospodarki wodnej | teledetekcja