6. Определить, какое влияние оказывает изменение параметров сканера на отношение сигнал/шум.

7. Определить допустимые границы параметров конструкции сканирующей системы при заданных характеристиках устойчивости платформы сканера.

Полихроматический источник

Входная апертура

"Быстро- Формиро-действие" вание ПЗ сигнала

Спектральные компоненты

Усиление, демодуляция, запись

Коллимиру-ющая или фокусирующая оптика

Оптическая обработка

Фиксированное или регулируемое диспергирование (фильтр, дифракционная решетка или диспергирующая призма)

Выходная апертура

Рис. 11.15. Функциональная схема спектрометра

8. Описать, как выглядит объект на цветной инфракрасной пленке, если во всем спектре, кроме определенной его области, он имеет очень низкую отражательную способность.

9. Сравнить относительные преимущества и недостатки многоспектральных сканеров и телевизионных систем.

11.4. Основные принципы устройства приборов для измерений излучения

В системах приборов дистанционного зондирования излучение попадает в апертуру измерительного прибора, и далее идет его оптическая и электронная обработка. Хотя фотографические системы дистанционного зондирования важны во многих отношениях, получаемые ими данные не всегда пригодны для систем обработки данных дистанционного зондирования, ориентированных на число. Поэтому системы, более пригодные для совместного использования с системами цифровой обработки, будут выделены здесь особо, в частности те их основные компоненты, которые являются общими для всех подобных систем. С функциональной точки зрения будут рассмотрены приборы, наиболее часто используемые в лабораторных и полевых измерениях при дистанционном исследовании. После представления основ в разд. П.6 будет дано подробное описание как приборов, предназначенных для полевых исследований, так и самолетных, бортовых систем сбора данных.

Основной измерительный прибор для определения излучения в численно ориентированных системах, описанных здесь, - спектрометр. В действительности в качестве основного измерительного прибора применяется монохроматор - прибор, разде-

ляющий полихроматическое излучение на его отдельные спект-ральные компоненты. На самом деле спектрометр есть регу, лируемый монохроматор. На рис. 11.15 приведена функциональная схема спектрометра. Полихроматическое излучение попадает в прибор через входную апертуру. Эта апертура использу. ется для регулирования интенсивности входного излучения и иногда для регулирования поля зрения системы дистанционного зондирования, в которую спектрометр может входить как сое-тавная часть. Излучение после входной апертуры проходит систему коллимирующих или фокусирующих объективов, которые могут быть отражающими, преломляющими или комбинированными (катадиоптрическими) и используются для фокусирования излучения. Фактическое быстродействие оптической системы и поле зрения определяются коллимирующей или фокусирующей оптической системой. В некоторых приборах излучение проходит через систему оптической обработки, такую, как оптический прерыватель, в которой формируется оптический сигнал. Далее сигнал проходит диспергирующую часть прибора - интерференционный фильтр, дифракционную рещетку, диспергирующую призму или любую другую составляющую оптической системы,/ характеристики пропускания или отражения которой есть функция длин волн падающего излучения. Именно в этой части прибора падающее излучение разлагается на спектральные составляющие. (Оптическая обработка может быть проведена как после этого диспергирования, так и до него.) Обычно далее излучение фокусируется на выходной апертуре, которая в некоторых случаях определяет поле зрения прибора или его спектральное разрещение. Пройдя выходную апертуру, излучение попадает на один или несколько детекторов, преобразуется в электрический сигнал, усиливается, обрабатывается различными способами и затем регистрируется. Реально используемые спектрометры могут быть очень различны по конструкции, но все они состоят из основных узлов, показанных на рис. П. 15.

Описанный выще спектрометр входит как основная компонента в ряд приборов, используемых в спектральном анализе. Например, прибор, в который входит как спектрометр, так и внутренний источник освещения, генерирующий и видимое, и инфракрасное излучение, - это спектрофотометр (рис. П.16). Прибор сконструирован так, что генерируемое внутреннее излучение может быть сфокусировано на исследуемом объекте. Спектрометр в этом случае используется для анализа идущего от объекта излучения. Спектрометр и внутренний источник излучения объединены так, что выход спектрометра может быть нормализован относительно приходящего излучения. Обычно внутренний источник освещает также эталонный объект, так что характеристики неизвестного объекта могут быть выражены относительно известного эталона.

Если прибор сделан так, что в спектрометр попадает отраженное от объекта излучение, то это - рефлекторный спектро-62

Внутренний источник

Обьектг

Спектрометр

Объект

Рис. 11.16. Схема основного спектрофотометра в различных приборах:

а - рефлекторный спектрометр, б - транс-миссионный спектрометр

Рис. 11.17. Функциональная схема спектрорадиометра

метр. В случае, когда в приборе спектрометр принимает прошедшее сквозь объект излучение, мы имеем трансмиссионный спектрометр. Обычно последние два прибора устроены таким образом, что объект находится в фиксированном положении относительно приходящего излучения; в лучшем случае возможна лишь ограниченная геометрическая регулировка между спектрометром и внутренним источником. Если прибор устроен так, что углы установки внутреннего источника и спектрометра относительно объекта можно изменять, то прибор называется гониометрическим спектрофотометром.

Прибор без внутреннего источника света, но связанный с внешним источником освещения - это спектрорадиометр. Он применяется для исследования расположенных в естественном окружении объектов, так что спектральный анализ может быть проведен в естественных условиях. На рис. П. 17 приведена функциональная блок-схема этого прибора. Обычно спектрора-диометром можно проводить спектральные измерения излучения от внешнего источника, позволяющие вычислять отражательную способность, а также устанавливать определенный тип калибровки внутреннего эталона, что делает возможным измерение абсолютного излучения. Подробно такая система приборов описана в разд. II.6.

С помощью приборов, рассмотренных выше, получают данные, которые можно непосредственно интерпретировать в терминах спектральной плотности энергетической освещенности и длины волны. Приборы, называемые интерферометрами, дают данные очень высокого спектрального разрешения, но до того, как интерпретировать их в терминах спектральной плотности, энергетической освещенности и длины волны, необходимо подвергнуть их сложной обработке. Интерферометры рассмотрены в разд. II.6.