// Вие четете...

Чиста вода

Радиолокационно изображение на акватории.

„Който не знае едно нещо, знае друго.“

За разлика от вече получените зад граница практически резултати в Русия за сега се извършва само теоретична оценка за възможността да се уточняват батиметричните карти на шелфа по радиолокационни и оптически изображения на морските акватории.

Методиката за обработка на радиолокационни изображения на морската повърхност, получени с помощта на руска РСА (радиолокатор със синтезируема апертура), установена на КА „Алмаз”, включва редица последователни операции. Отначало по НМК за участъците от акваторията на Карски врата в мащаб 1:250000 са били съставени цифрови модели на релефа на дъното на мрежа със стъпка 10 м.

На втория етап е бил направен анализ на радиолокационните изображения, на които са се проявили различни хидрофизични явления, такива като вътрешни вълни, фронтални зони, проявяващи се като вихрови зони или линейни структури, които се отразяват от полоси с различна тоналност, което може да бъде предизвикано от редуващи се полоси с различна наситеност на ледена каша и малки плаващи ледени късове. Като цяло на изображенията се вижда много сложна пространствена картина на разполагане на зони с различна относителна ефективност на повърхността по разсейване на радиовълните. На изображенията са били отделени линеаменти (граници), които се пренасят на батиметрична карта. При това се е използвал опита от морфоструктурния анализ на релефа на сушата, прилаган в геоморфологията.

На третия етап се уточнявали положението на изобатите с отчет на откритите линеаменти. Местоположенията на повдигане и понижение на дъното не се изменяли съществено. Но тяхната ориентация може да бъде променена на 10-20º. Изменили се също детайли по изрисуването на отделни изобати или тяхното групиране.

С отчет на резултатите от дешифрирането на радиолокационните изображения за разглежданите райони са били получени уточнения на батиметричните карти с нанасяне на определените линеаменти.

За координатното привързване на радиолокационните изображения на акваториите е била използвана технологията за автономно получаване на ъглови и линейни елементи за ориентиране на снимачната апаратура с точност, осигуряваща съставянето на детайлни карти при недостатъчно количество на геодезични опорни пунктове.

Едно от основните направления за решаване на този проблем – интегрирането на инерциалните навигационни системи (ИНС) и приемниците на спътниковите навигационни системи (СНС).

В интегрираните системи СНС – ИНС за определяне на координатите на центъра за фотографиране като стандартен инструмент се използва относително кинематичен способ на позициониране. Например, за мониторинга на крайбрежните акватории в Нидерландия с помощта авиационна РСА, положението на самолета в резултата на след полетната обработка на данните за обсервация по GPS ще се определя с погрешност не по-голяма от 10 см. За достигане на такава точност се използва метода на относително позициониране на основата на измерване на фазите на носещия сигнал в кинематичен режим. Решаването на фазовата неопределеност се осъществява в полет по така наречената технология OTF (On the Fly), когато за тази цел се използват всички полетни данни.

За оценка на надеждността на разработения метод се сравняват резултатите, получени от три различни пакета програми за обработка на данните от измерванията. За това са били използвани също две контролно коригиращи станции (ККС).

Допълнително с дадения метод са се извършвали определяне на координатите на краищата на две базови линии. Разминаването с истинските значения на координатите е било от порядъка на 2 см в план и 5 см във височина.

Проект, носещ название „Интерферометрия на повторния път при използване на PHARUS” (“Repeat pass interferometry with PHARUS”) се заключава в разработката на метод за координиране на радиолокационна снимка на акватория с помощта на РСА PHARUS с фазова антенна решетка, която позволява да се получи изображение на земната повърхност при вертикално сондиране от височина 6-10 км с разрешаваща способност, съответстваща на фото снимка. Разработката на метод с високо точно субдециметрово ниво на позициониране на самолета с използване на обсервации по GPS е осъществена от „Отдел математическа геодезия и позициониране” (MGP) на Delphi university technology (DUT) в Нидерландия.

Разрешаването на нееднозначността на фазовите измервания при обсервация по GPS се извършвали в хода на след полетната обработка с използване на данните от обсервациите по целия маршрут. Скоростта на самолета определя висок темп на обсервации, поради това бил избран интервал от една секунда, който е приемлив за повечето геодезични GPS приемници.

Относителното позициониране с помощта на фазовите измервания натрупват ограничение на разстоянието между подвижния обект и ККС. За надеждно разрешение на фазовата нееднозначност то не трябва да надвишава 20 км. Снимка с помощта на PHARUS се предлагало да се извършва на отдалечение от ККС на повече от 30-40 км.

Влиянието на йоносферните смущения, съответстващо на максимума на единадесет годишния цикъл на слънчевата активност в периода на провеждане на снимката, също е ограничавало най-голямото отдалечаване на мобилния обект от ККС, на което фазовата нееднозначност може да бъде разрешена.

За разрешаване на нееднозначността по метода OTF са били използвани три пакета програми: GPSurvey (Trimble), GeoGemus (Spectra Precision Terrasat) и Flykin Suite (Geosurvey Inc.).

Резултатът от обработката е показал, че при разстояние до ККС по-малко от 35 км хоризонталните координати се съгласуват в повечето случаи в пределите на 2 см, а с разлика на повече от 5 см са били по изключение. На големи отдалечения от ККС съгласуваността е била по-малко добра, но винаги е била по-малка от 20 см.

Оказало се, че формализацията по определяне на целите фазови цикли е достатъчно сложна. Ако различието в разстоянията, на съответстващите измерени фази, превишава 5 см, приемало се обикновено, че в измерването на разстоянието до един от навигационните ИСЗ има грешка в цялото число от цикли (това съответства на 20 см). Минималното възвишение на използваните спътници съответства на 15º.

Разликите в координатите на точките на обсервации и на техните височини над елипсоида, изчислени с помощта на различните пакети програми при отдалечение на самолета от ККС на разстояние около 60 км, са достигали 10 и 15 см съответно. Диференциалните поправки са получавали на ККС, оборудвани с приемници Trimble 4000 SSI. На самолета са установявали приемник Ashtech Z-12.

За снижение на грешките и разрешаване на неопределеността се използвал апарат за калмановска филтрация на разнородната навигационна информация. В отделни райони успешното използване на СНС се ограничавало от недостатъчния брой на точки, на които да се знае височината на геоида.

Качеството и възможностите на съвременните ИНС съществено се е подобрило, щото те вече да могат да се използват за определяне на линейни и ъглови елементи за ориентиране на самолета при изпълнение на снимка, в това число и радиолокационна.

Авиационното електромагнитно сондиране се използва за картографиране на релефа на дъното на крайбрежните акватории, плитчини и канали, представляващи интерес за корабоплаването, когато заради ниската прозрачност на водата или в зоните на прибоя лазерните системи са неефективни.

За тези цели в Австралия е разработена авиационна електромагнитна батиметрична система (АЕМБС). Системата се явява аналог на прибора, който вече в течение на няколко десетилетия се използва за разузнаване на местонахождението на минерали и включващ антена, закрепена на самолет или буксирана от въртолет, за да излъчва магнитно поле в земята. Индуцираните токове в земята генерират магнитно поле, което, достигайки авиационната приемна антена, навеждат в нея токове на индукция и тези сигнали се интерпретират като следствие за наличие под земната повърхност на стратифицирани планински породи с различна мощност и проводимост.

Този метод предоставя възможност за измерване на дебелината на водния слой над дъното, а също и измерване на дебелината на отлаганията на морското дъно. Организация за отбранителни науки и технологии е предприела няколко снимки с помощта на АЕМБС в бреговата зона, за да оцени ефективността на този метод.

АЕМБС включва сложно оборудване и поддържащо програмно осигуряване и действа на принципа обработка на сигналите от електромагнитното сондиране във времева и честотна област. Времевия метод използва периодични вълнови форми на пулсиращия ток, а приемника определя магнитното поле, индуцираните токове във водата и грунта, за сега отсъства ток в предаващото устройство. АЕМБС, обработвания сигнал в честотната област, използва за това непрекъснатите синусоидални електрически токове, на ред с дискретните честоти, които генерират магнитното поле, проникващи в морската вода и морския грунт. В такъв режим работи АЕМБС, установена на въртолет, макар редица от тях да работят във времева област.

Апаратурата включва няколко двойки предаващи и приемащи бобини във фиксирано положение в пространството. Всяка приемна бобина е завъртяна относно излъчващата бобина. Двойките бобини са разделени на 6-8 м, заключени в здрава тръба, висяща на 30 м под въртолета и на около 30-40 м над повърхността на морето. Измервания се извършват на всеки 3 м по трасето на полета. Използвания честотен диапазон на сондиращите сигнали – от 350 Хц до 100 кХц. Снижавайки действащата честота до 350 Хц се постига най-добрия проникващ сигнал в морската вода. Но за измерване на дълбочината се използват сигнали на няколко честоти.

АЕМБС, установена на самолет, има предаващ контур, който е положен вътре в самолета, повтаряйки го с обгръщане: обхваща краищата на крилете, предния и задния край на самолета. Приемните бобини са поместени в гондола, буксирана на 40-60 м по-ниско и в 90-120 м зад самолета.

Височината на снимката е около 120 м. Дискретността на измерванията е примерно през 12 м по трасето на полета. Разклащането на самолета води до грешки при интерпретацията, вследствие на нерегистрирани вариации на височината на гондолата, нейното отстояние и ориентация.

Комбинираната по-голяма площ на контура на АЕМБС, установена на самолет, и по-голям пулсиращ ток правят възможно да се излъчва по-силно магнитно поле, от у АЕМБС, установявани на въртолет.

Продължителността на цикъла на предаване от бобините сигнал е 40 мс (25 Хц). Излъчването на магнитно поле е в продължение на 4 мс на импулса на тока, а в последващите 16 мс сигнал не се излъчва. Този полуцикъл след това се повтаря с импулс на тока с противоположна полярност.

Един от примерите за АЕМБС на въртолет, работещ във времева област, която е била използвана в експериментални снимки, се явява HoisTEM. Системата включва излъчващ контур с диаметър 24 м с вътрешни концентрични приемни контура. Тази система действа на базова честота от 25 Хц подобно на авиационната система, обработваща сигнала във времевата област. Използването на ниските честоти подобрява проникването на сигнала във водата, но предизвиква проблеми свързани с електронен шум и стабилността на системата.

Използвайки цифрово моделиране и оптимизация по метода на най-малките квадрати, получаваните данни се инвентират, за да се определят параметрите на модела, които по най-добрия начин им съответстват. Параметрите на модела включват дебелина и електропроводимост в хоризонталните слоеве, които съставят слоя вода. Тези данни се използват за определяне на дълбочините, височината на предавателя над водата, проводимост на водата и в някои случаи – дебелината на утаечните породи.

Инверсията на данните с помощта на дву и три мерни модели е много по трудоемка, от при използването на едно мерен модел, но може да повиши достоверността на получените данни, например, в случаите на снимка на тесни канали и стърчащи скали. Като цяло едно мерния модел е приложим там, където вариациите в морската топография се изменят незначително в пределите на измерителното петно, размерът на което обикновено е от 10 м до 150 м и зависи от системата и височината на полета. Системата позволява откриване на подводни обекти, ако техните размери са по-малки от облъчваното на дъното петно и ако има достатъчно контраст в проводимостта между обекта и дъното. С помощта на АЕМБС, работеща в честотната област, е изпълнена снимка в бухтата на Сидни. В снимката са направени 21 паралелни галса с протяжност от около 5,5 км с разстояние между галсите от 50 м.

В значителна част от тази акватория има дълбочини по-големи от 18 м. Заради ниската прозрачност на водата използването на лазерни системи е било невъзможно. Дълбочината определена по положението на границите, където проводимостта се изменя от висока (повече от 3 сименс/м) до ниска (по-малка от 0,1 сименс/м). Достигнатата при това точност на получените дълбочини е 0,5 м. На по-големите дълбочини точността се влошава.

Батиметричната снимка, изпълнена с помощта на АЕМБС на няколко места е показала, че методът може да осигури надеждно получаване на дълбочините в плитководните райони. Но е необходимо подобрението на програмното осигуряване за обработка на измерените и интерпретация на данните. Сега АЕМБС още не е оптимизирана за морска снимка. Значителното задържане на тяхното развитие означава, че пълния потенциал на АЕМБС все още не е реализиран.

Снижението на диапазона на честотите на сондиращия сигнал, височината на снимката, повишаването на точността на определяне положението и ориентацията на предаващата и приемащата антена по време на снимката трябва да доведе до съществено повишаване на точността на измерените дълбочини и повишаване на вероятността на разпознаване различните типове дънен грунт.

На основание на направения анализ на състоянието на дистанционните методи и средствата за сбор на хидрографска информация може да се направи извода за това, че съвременния етап се отбелязва с много по-интензивна разработка и използване на активни методи, такива като радиолокационното и електромагнитното сондиране. При което първия има много по-висока ефективност благодарение на възможностите за площадната снимка в много по-широк диапазон от дълбочини и с много по-висока точност.

Техен основен недостатък е в необходимостта от специфични хидро метеорологични условия, при които на радиолокационното изображения се регистрира информация за релефа на дъното: наличието на акваторията в момента на радиолокационната снимка на приливно отливни течения във всички слоеве на водата и малки вълни, предизвикани от вятъра с определена сила.

Едно от условията за практическото приложение на метода за радиолокационно сондиране се явява повишаването на пространственото разрешение на РСА. Такива свойства притежават създадените неотдавна интерферометрически радиолокатори със синтезируема апертура. Тяхното използване за радиолокационно сондиране на акватория ще позволи получаването на много по-достоверна информация с много по-високо пространствено разрешение, което трябва да повиши ефективността на методите за сбор на хидрографска информация на основата на радиолокационното сондиране на акваторията.

С цел повишаване на точността на координатното привързване на данните, получавани от различните дистанционни датчици, на дадения етап се разработват и използват интегрирани навигационни системи на базата на инерциалните и спътниковите навигационни системи и новите методи за относителни измервания. Тези методи са намерили ново практическо приложение за мониторинга на акватории, подложени на процесите на засипване и образуване на наноси. Разработването на тази технология позволява построяването на цифрови модели на релефа на дъното с пространствено разрешение и точност с по-малко разходи.

Нов и много обещаващ метод се явява използването на електромагнитното сондиране на корабоплавателните акватории с не висока прозрачност на водата или на акватории, покрити с лед. Разработката на ефективни методи за дистанционно сондиране за решаване на задачите по картографирането на морските акватории се разглеждат като съществено разширяване на възможностите с цел получаване на хидрографска информация за практическо, в това число, и за военно приложение.

Коментари

Все още няма коментари

Публикувай коментар