Многоспектральный построчно-прямолинейный сканер.

Поток энергии: сигнал и шум.

Многоспектральный сканер можно рассматривать как датчик излучения, дающий изображение в спектральном виде, излучение приходит от значительно удаленного объекта. Энергия идет от элемента разрешения на местности через атмосферу сканера. Размер эффективной апертуры сканера определяется площадью собирающего зеркала. Фокусное расстояние сканера и, следовательно, его поле зрения определяется фокусным расстоянием собирающего зеркала и оптической входной щели. монохроматора. Электромагнитная энергия в монохраматоре и в диапазоне длин волн от до выражается так:

3.4.1.

где Ф - поток энергии для абсолютно черного тела при Т=300К в спектральном

диапазоне 10-12 мкм = 5,1 х 10-7Вт;

- прозрачность атмосферы ( =0,5);

- спектральная плотность энергетической яркости элемента разрешения на

местности = 9,5 Вт/м2 х ср. мкм;

= 2 мкм;

- МПЗ сканера, раз;

- апертура сканера, м2; Ар х В2=5,37 х 10-8м2 х ср. мкм.

Спектральная плотность энергетической яркости элемента размещения на местности Z , есть тепловое излучение площади земли, зависящее от её температуры. Спектральная плотность энергетической яркости сцены, если рассматривать, что исследуемый объект представляет собой абсолютно черное тело с излучательной способностью Е около 1 при температуре 300 К

3.4.2.

где Е - излучательная способность (коэффициент излучения), безразмерная величина

(Е=1 для А<П);

С1- первая константа излучения = 3,7413 х 108 Вт (мкм)4/м2;

- длина волны излучения, мкм;

С2 - вторая константа излучения = 1,4388 х 104 мкм х К;

Т - абсолютная температура излучения, К.

Изменение потока энергии, попадающей в сканер, вызванное изменением Z , следующее:

3.4.3.

тогда 3.4.4.

В дальней инфракрасной области спектра, изменение Z , как показано на рисунке 3.4.4., могут возникнуть из-за изменений температуры. Поскольку

мы можем показать, что

3.4.5.

Для представляющих интересов диапазона длин волн и температур, это выражение может быть записано:

и записываем в виде:

3.4.6.

Тогда образом изменение энергии, вызванное изменением температуры от 300 К до 301 К для =11 мкм

Шум ограничивает способность сканера различать изменения в температуре в той части спектра, где преобладает тепловые эффекты.

Выражение Ф=5,1 х 10-7 Вт и ( Ф)Т=7,41 х 10-9 Вт, дают нам представление о средних уровнях мощности сигнала и об изменении уровней мощности сигнала, имеющих место в дистанционном зондировании.

Рассмотрим детали процесса сканирования (рис.3.4.5.). Предположим, что имеем плоское сканирующее зеркало и детекторную сетку и q детекторов. Главное фокусное расстояние зеркала d, а эффективная площадь первичного зеркала (П/4)Д2. Временный интервал (в сек.), необходимый для сдвига элемента разрешения на одну единицу вдоль растровой линии сканирования, В/W, где W- скорость вращения зеркала.

Площадь детектора = (Вd)2.

Время нарастания детектора усилителя записывающей системы должно составлять часть этого времени, то есть

3.4.7.

где g - константа, значение её принимают обычно между 5 и 10.

Для смежного сканирования сканирующее зеркало должно повернуться на полный угол сканирования Q за время продвижения носителя аппаратуры на расстояние qBH, т.е. за , сек, таким образом

, рад 3.4.8.

Зеркало должно вращаться со скоростью:

, рад/с 3.4.9.

Полоса пропускания системы: детектор - усилитель - записывающее устройство:

, Гц 3.4.10

где а - константа, обычно её значение между и ,

тогда

, Гц 3.4.11

Мощность, эквивалентная шуму детектора будет равна:

, Вт 3.4.12

где - способность обнаружения;

А - площадь детектора.

Мощность входного сигнала с учетом ситической эффективности :

, Вт 3.4.13

Разделив на МЭШ получим отношение сигнал/шум:

3.4.14

для управления примем а=3: g=2П; q=6; =0,34

Интересное по теме

Проблемы экологии на предприятии ОАО Сибур-Волжский
По-гречески «экос» - «дом», «логос» - «наука». Экология – наука о доме, о месте жительства. Вся Земля является домом для существ, на ней живущих. Революцией во взаимоотношениях человека и природы стало развитие промышленности. Современ ...

Биосфера Земли
Сегодняшняя экологическая обстановка на нашей планете оставляет желать лучшего, поэтому прежде всего стоит обратить внимание на взаимоотношения человечества и биосферы. Загрязнение биосферы – первопричина болезней и преждевременны ...