Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2025. Т. 22. № 4. С. 40-50
Метод наклонной калибровки радиометрического приёмника в натурных условиях
Д.С. Сазонов
1 , И.Н. Садовский
1 , Е.В. Пашинов
1 , А.В. Кузьмин
1 1 Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
Одобрена к печати: 29.05.2025
DOI: 10.21046/2070-7401-2025-22-4-40-50
Работа посвящена описанию и сравнению двух вариантов реализации метода наклонной калибровки, проводимой на основе анализа угловой зависимости нисходящего излучения атмосферы. Калибровка применяется для установления взаимно-однозначного соответствия между сигналом на выходе радиометра и интенсивностью излучения среды. Оба представленных метода («итерационный» и вариант поиска опорного «холодного» источника радиоизлучения) позволяют выполнять указанную операцию при проведении натурных экспериментальных исследований. Рассматриваемые варианты калибровки возможно использовать только в приближении плоской однослойной атмосферы, что, естественно, накладывает ограничение на возможные метеорологические условия в точке реализации эксперимента, а также на диапазон зенитных углов измерений, привлекаемых в данной операции. Основой итерационного алгоритма, применяемого традиционно коллективом авторов при обработке натурных данных, является псевдослучайная генерация как набора метеопараметров, входящих в модель излучения атмосферы, так и непосредственно калибровочных коэффициентов радиометрического приёмника, обеспечивающих минимизацию функции невязки расчётных значений яркости небосвода и экспериментально измеренных. Вариант поиска опорного холодного источника радиоизлучения базируется на линейности зависимости излучения атмосферы от её коэффициента оптической толщины в паре с линейностью передаточной функции радиометра. Это позволяет на основе угловой зависимости яркости атмосферы выполнять поиск (в рамках используемых приближений) точки калибровочной прямой, которая бы соответствовала измерениям излучения холодного космоса (отсюда и условное названия метода), принципиально недостижимое в наземных условиях. Детальному описанию обоих вариантов, используемых в них приближений и допущений, а также рассмотрению преимуществ и недостатков каждого и посвящена содержательная часть работы. Показано, что метод калибровки по холодному источнику излучения является предпочтительным в силу инвариантности к физической температуре атмосферы и возможности онлайн-оценки калибровочных коэффициентов при полном совпадении с результатами итерационного подхода.
Ключевые слова: дистанционное зондирование, внешняя калибровка, радиометр, натурный эксперимент, модель атмосферы
Полный текстСписок литературы:
- Анискович В. М., Кузьмин А. В., Сазонов Д. С., Хайкин В. Б. Радиометр-поляриметр диапазона 0,8 см для натурных и лабораторных измерений // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 2. С. 213–223. DOI: 10.21046/2070-7401-2016-13-2-213-223.
- Кузьмин А. В., Горячкин Ю. А., Ермаков Д. М., Ермаков С. А., Комарова Н. Ю., Кузнецов А. С., Репина И. А., Садовский И. Н., Смирнов М. Т., Шарков Е. А., Чухарев А. М. Морская гидрографическая платформа «Кацивели» как подспутниковый полигон на Черном море // Исслед. Земли из космоса. 2009. № 1. С. 31–44.
- Кузьмин А. В., Репина И. А., Садовский И. Н., Селунский А. Б. Микроволновые радиометрические исследования морской поверхности // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 5. С. 76–97.
- Рис У. Г. Основы дистанционного зондирования. М.: Техносфера, 2006. 336 с.
- Садовский И. Н., Сазонов Д. С. Оценка влияния асимметрии крупных волн на собственное излучение морской поверхности // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2024. Т. 21. № 6. С. 331–343. DOI: 10.21046/2070-7401-2024-21-6-331-343.
- Садовский И. Н., Кузьмин А. В., Поспелов М. Н. и др. Экспериментальные исследования коротковолновой части спектра ветровых волн. Предварительный анализ результатов дистанционных радиометрических измерений // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 5. С. 55–67.
- Сазонов Д. С., Садовский И. Н. Калибровка как часть обработки экспериментальных радиополяриметрических измерений // Материалы 8-й Всероссийской открытой конф. «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». М.: ИКИ РАН, 2010. С. 232.
- Сазонов Д. С., Садовский И. Н. Использование метода наименьших квадратов и последовательных приближений для ускорения калибровки СВЧ-радиометра // Материалы 10-й Всероссийской открытой конф. «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». М.: ИКИ РАН, 2012. С. 66.
- Сазонов Д. С., Дулов В. А., Садовский И. Н., Чечина Е. В., Кузьмин А. В. Подспутниковые измерения асимметрии уклонов ветровых волн гравитационного диапазона // Украинский метролог. журн. 2014. № 1. С. 54–58.
- Сазонов Д. С., Садовский И. Н., Кузьмин А. В., Пашинов Е. В. Натурные исследования угловых зависимостей третьего параметра Стокса излучения морской поверхности на частоте 37 ГГц // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2024. Т. 21. № 6. С. 309–319. DOI: 10.21046/2070-7401-2024-21-6-309-319.
- Степаненко В. Д., Щукин Г. Г., Бобылев Л. П., Матросов С. Ю. Радиотеплолокация в метеорологии. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 283 с.
- Фалин В. В. Радиометрические системы СВЧ. М.: Луч, 1997. 440 с.
- Rosenkranz P. W. Water vapor microwave continuum absorption: A comparison of measurements and models // Radio Science. 1998. V. 33. Iss. 4. P. 919–928. DOI: 10.1029/98RS01182.
- Han Y., Westwater E. R. Analysis and improvement of tipping calibration for ground-based microwave radiometers // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2000. V. 38. No. 3. P. 1260–1276. DOI: 10.1109/36.843018.