Способ дистанционного определения геофизических и геометрических характеристик океаносферы и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к технике съемки водных пространств с летательных аппаратов и может быть использовано для геодезических, географических и природоресурсных исследований океана, континентального шельфа и прибрежной зоны. Целью изобретения является повышение точности измерений посредством адаптации параметров спектральных зон фотометрирования подстилающей поверхности в зависимости от оптического состояния океанической среды, выполнения океаносферной и атмосферной коррекции с опорной феноменологической моделью и применения корректируемых алгоритмов определения искомых характеристик. 2 с. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к технике съемки водных пространств с летательных аппаратов и может быть использовано для геодезических, географических и природоресурсных исследований океана, континентального шельфа и прибрежной зоны.

Известен способ дистанционного определения геофизических и геометрических характеристик океаносферы путем приема излучения от участка подстилающей поверхности океана с двух различных направлений, определяемый сканированием по участнику подстилающей поверхности океана под двумя противоположными углами к вертикали места по трассе движения летательного аппарата над океаном, преобразования излучения в электрические сигналы, получения по ним двух изображений участка подстилающей поверхности океана, измерения расстояния Х между идентичными элементами двух изображений участка подстилающей поверхности океана по их продольной оси и определения разности Δh высот h₁ и h₂ двух элементов континентального шельфа.

Недостатком этого способа является невысокая точность измерений.

Известно устройство для дистанционного определения геофизических и геометрических характеристик океаносферы, содержащее сферическое зеркало, развертывающее устройство с анализирующими диафрагмами, спектроделительную систему, приемники излучения, блоки амплитудной обработки видеосигналов, каждый из которых соединен входом с выходом соответствующего приемника излучения, канал связи, соединенный входами с выходами блоков амплитудной обработки видеосигналов, блок отображения информации и блок двумерной обработки информации, соединенный входом с выходом канала связи, а выходом с входом блока отображения информации.

Недостатком этого устройства является невысокая точность измерений.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается в способе дистанционного определения геофизических и геометрических характеристик океаносферы путем приема излучения от участка подстилающей поверхности океана с двух различных направлений, определяемых сканированием по участку подстилающей поверхности океана под двумя противоположными углами к вертикали места по трассе движения летательного аппарата над океаном, преобразования излучения в электрические сигналы, получения по ним двух изображений участка подстилающей поверхности океана, измерения расстояния Х между идентичными элементами двух изображений участка подстилающей поверхности океана по их продольной оси и определения разности Δh высот h₁ и h₂ двух элементов континентального шельфа тем, что в нем прием излучения ведут при круговом сканировании участка подстилающей поверхности океана под равновеликими углами Θ к вертикали места в двух диаметрально противоположных дуговых сканах с угловыми размерами 2А < 180^о, осуществляют разложение принимаемого излучения на спектральные составляющие, формируют два спектра принимаемого излучения и преобразуют его в электрический видеосигнал, измеряют значения видеосигнала в двух участках спектра с длинами волн 0,35-0,42 мкм и 0,66-0,755 мкм, сравнивают два значения видеосигнала с эталонными, по результатам сравнения определяют спектральную зависимость оптической характеристики атмосферы по формуле f(λ,λ_o) измеряют значения видеосигнала в промежутке между первой и второй длинами волны излучения, определяют по ним спектр излучения водных масс океана L_ок, координаты цветности и длину волны максимума спектра излучения, по этим данным определяют оптимальную спектральную зону красного-инфракрасного участка и зоны видимого диапазона, при смещении оптимальной зоны красного-инфракрасного участка от исходной повторно измеряют значение видеосигнала в этом участке спектра, после чего уточняют спектральную зависимость f(λ, λ_o) оптической характеристики атмосферы, выделяют оптимальные зоны во втором спектре принимаемого излучения, преобразуют излучение спектральных зон в электрические сигналы, формируют дополнительное количество идентичных сигналов красной-инфракрасной зоны по числу остальных зон видимого диапазона, усиливают дополнительные сигналы красной-инфракрасной зоны пропорционально коэффициенту K_у= K_of(λ, λ_o) вычитают усиленные по такому закону дополнительные сигналы красной-инфракрасной зоны из сигналов остальных зон видимого диапазона и получают разностные сигналы U₁, по отношению разностных сигналов U₁ определяют индекс цвета масс, по значениям разностных сигналов U₁ для каждого дугового скана формируют однозональные изображения участка подстилающей поверхности океана, а измерение расстояний Х между идентичными элементами двух изображений участка подстилающей поверхности океана ведут по изображениям континентального шельфа в выделенной зоне максимальной прозрачности вод, разности Δh высот h₁ и h₂ двух элементов континентального шельфа определяют по формуле Δh= h по полученным данным одновременно определяют концентрацию примесей в воде, в том числе и концентрацию хлорофилла по формуле C= A(κ_уд) а также гидрооптические характеристики водных масс, рельеф поверхности и дна океана, на однозональных изображениях участка подстилающей поверхности выделяют граничные участки континентального шельфа с глубинами невидимого дна, ослабляют сигналы U₁, соответствующие элементам изображения этих участков пропорционально коэффициенту K(λ, )= 1-exp[-α(λ, )Z()(secΘʹ+secΘʹ] вычитают из сигналов U₁, соответствующих элементам изображения участка подстилающей поверхности ослабленные сигналы U₁(λ)K(λ) U₂(λ) элементов граничных участков с глубинами невидимости дна, разностный сигнал U₃ U₁ U₂ усиливают пропорционально коэффициенту K_у(λ, ) по значениям усиленных сигналов U₄ K_у.U₃ формируют однозональные изображения континентального шельфа, по ним вторично измеряют величины Х, по которым определяют уточненные значения Δh, по уточненным значениям Δh и спектру диффузионного излучения океана L_ок(λ) определяют спектр излучения видимых объектов дна океана, координаты цветности, эффективную длину волны спектра излучений, формируют уточненные однозональные изображения континентального шельфа и по полученным данным осуществляют выделение его из геофизических и геометрических характеристик, где f (λ, λ_o)=r_a(λ)/r_a(λ_o), r_а коэффициент яркости излучения атмосферы с учетом отражения рассеянного излучения от водной поверхности;
λ длина волны излучения;
λ_о опорная длина волны излучения;
λ₁, λ₂ длины волн первого 0,35-0,42 мкм и второго 0,66-0,75 мкм диапазонов излучений;
L яркость системы атмосфера океан;
r_эт коэффициент яркости эталонной атмосферы с учетом отражения рассеянного излучения от водной поверхности;
Х_эт показатель степени спектральной изменчивости эталонной атмосферы;
К₀ коэффициент усиления сигнала красной инфракрасной зоны;
S₀ солнечная постоянная;
n показатель преломления воды;
A, B функции удельного показателя поглощения хлорофилла;
L_ок яркость диффузного излучения океана;
α показатель вертикального ослабления воды;
Θ_o зенитное расстояние Солнца;
sin (Θ₁'Θ_o')=sin (Θ, Θ_o)/n;
Z глубина.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для дистанционного определения геофизических и геометрических характеристик океаносферы, содержащее сферическое зеркало, развертывающее устройство с анализирующими диафрагмами, спектроделительную систему, приемники излучения, блоки амплитудной обработки видеосигналов, каждый из которых соединен входом с выходом соответствующего приемника излучения, канал связи, соединенный входами с выходами блоков амплитудной обработки видеосигналов, блок отображения информации и блок двумерной обработки информации, соединенный входом с выходом канала связи, а выходом с входом блока отображения информации, снабжено вторым сферическим зеркалом, светоделителем, квантовым усилителем, линейным многоэлементным приемником излучения, блоком формирования сигналов управления линейным многоэлементным приемником излучения, блоком амплитудной обработки видеосигнала линейного многоэлементного приемника излучения, аналого-цифровым преобразователем, блоком вычисления спектрозональных параметров и коэффициентов усиления сигналов красной-инфракрасной зоны, цифроаналоговым преобразователем, линейкой подвижных щелевых диафрагм, световодами в количестве, равном количеству приемников излучения, блоком схем вычитания электрических сигналов, блоком юстировки щелевых диафрагм, при этом развертывающее устройство выполнено в виде трех анализирующих диафрагм, а блок амплитудной обработки видеосигнала красной-инфракрасной зоны имеет дополнительное количество выходов по числу остальных зон видимого диапазона, при этом второе сферическое зеркало установлено на входе развертывающего устройства, на выходе полихроматора установлен светоделитель с возможностью формирования двух фокальных плоскостей, причем в первой фокальной плоскости полихроматора установлен квантовый усилитель, оптически сопряженный с линейным многоэлементным приемником, на вход линейного многоэлементного приемника излучения подключен блок формирования сигналов управления линейным многоэлементным приемником излучения, соединенный с развертывающим устройством, а выход линейного многоэлементного приемника излучения подключен к блоку амплитудной обработки видеосигнала линейного многоэлементного приемника излучения, выход которого соединен с аналого-цифровым преобразователем, соединенным выходом с входом блока вычисления спектрозональных параметров и коэффициентов усиления сигналов красной-инфракрасной зоны, который выходом соединен с входом цифроаналогового преобразователя, соединенным выходом со входом блока обработки видеосигнала красного-инфракрасного диапазона и с входом блока юстировки щелевых диафрагм, установленным во второй фокальной плоскости полихроматора и оптически сопряженным с помощью оптических световодов с приемниками излучения, блоки амплитудной обработки видеосигналов видимого диапазона подключены к первым входам блоков вычитания, к вторым входам которых подключены дополнительные выходы блока амплитудной обработки видеосигнала красного-инфракрасного диапазона, а выходы блоков вычитания соединены через канал связи с блоком двумерной обработки информации.

На фиг. 1 изображены схема дистанционного зондирования и функциональная схема устройства для дистанционного определения геофизических и геометрических характеристик океаносферы; на фиг. 2 изображены графики функции А(κ_уд), В(κ_уд) для различных диапазонов концентрации хлорофилла, найденные модельно, где А1, В1 соответствуют диапазону изменения концентрации хлорофилла от 0,04 до 0,14 мг/м³, А2, В2 от 0,2 до 0,5 мг/м³, А3, В3 от 0,5 до 9,2 мг/м³.

Предлагаемое устройство содержит сферические зеркала 1 и 2, развертывающее устройство 3 с анализирующими диафрагмами, линейку 4 подвижных щелевых диафрагм, спектроделительную систему 5, приемники 6 излучения, блоки 7 амплитудной обработки видеосигналов, каждый из которых соединен входом с выходом соответствующего приемника излучения, канал 8 связи, соединенный входами с выходами блоков 7, блок 9 отображения информации, блок 10 двумерной обработки информации, соединенный входом с выходом канала 8, а выходом с входом блока 9, светоделитель 11, квантовый усилитель 12, линейный многоэлементный приемник 13 излучения, блок 14 формирования сигналов управления линейным многоэлементным приемником 13 излучения, блок 15 амплитудной обработки видеосигнала линейного многоэлементного приемника 13 излучения, аналого-цифровой преобразователь 16, блок 17 вычисления спектрозональных параметров и коэффициентов усиления сигналов красной-инфракрасной зоны, цифроаналоговый преобразователь 18, световоды 19 в количестве, равном количеству приемников 6 излучения, блок 20 схем вычитания электрических сигналов и блок 21 юстировки подвижных щелевых диафрагм 4. При этом развертывающее устройство 3 выполнено в виде трех анализирующих диафрагм, а блок 7 амплитудной обработки видеосигнала красной-инфракрасной зоны имеет дополнительное количество выходов по числу остальных зон видимого диапазона. При этом сферические зеркала 1 и 2 установлены на входе развертывающего устройства 3, на выходе полихроматора установлен светоделитель 11 с возможностью формирования двух фокальных плоскостей. Причем в первой фокальной плоскости полихроматора установлен квантовый усилитель 12, оптически сопряженный с линейным многоэлементным приемником 13 излучения. На вход приемника 13 подключен блок 14, соединенный с развертывающим устройством 3, а выход приемника 13 подключен к блоку 15, выход которого соединен с аналого-цифровым преобразователем 16, соединенным выходом с входом блока 17, который выходом соединен с входом цифроаналогового преобразователя 18, соединенным выходами с входом блока 7 входом блока 21, установленным во второй фокальной плоскости полихроматора и оптически сопряженным с помощью оптических световодов с приемниками 6 излучения. Блоки 7 подключены к первым входам блоков 20 вычитания, к вторым входам которых подключены дополнительные выходы блока 7, а выходы блоков 20 вычитания соединены через канал 8 связи с блоком 10 двумерной обработки информации.

Предлагаемый способ заключается в том, что принимают излучение от участка подстилающей поверхности океана с двух различных направлений, определяемых сканированием по участку подстилающей поверхности океана под двумя противоположными углами к вертикали места по трассе движения летательного аппарата над океаном, преобразуют излучение в электрические сигналы, получают по ним два изображения участка подстилающей поверхности океана, измеряют расстояния Х между идентичными элементами двух изображений участка подстилающей поверхности океана по их продольной оси и определяют разности Δh высот h₁ и h₂ двух элементов континентального шельфа. При этом прием излучения ведут при круговом сканировании участка подстилающей поверхности океана под равновеликими углами Θ и вертикали места в двух диаметрально противоположных дуговых сканах с угловыми размерами 2А < 180^о, осуществляют разложение принимаемого излучения на спектральные составляющие, формируют два спектра принимаемого излучения, усиливают интенсивность первого спектра принимаемого излучения и преобразуют его в электрический видеосигнал, измеряют значения видеосигнала в двух участках спектра с длинами волн 0,35-0,42 мкм и 0,66-0,755 мкм, сравнивают два значения видеосигнала с эталонными по результатам сравнения определяют спектральную зависимость оптической характеристики атмосферы по формуле
f(λ,λ_o)
измеряют значения видеосигнала в промежутке между первой и второй длиной волны излучения, определяют по ним спектр излучения водных масс L_ок, координаты цветности и длину волны максимума спектра излучения, по этим данным определяют оптимальную спектральную зону красного-инфракрасного участка и зоны видимого диапазона, при смещении оптимальной зоны красного-инфракрасного участка от исходной повторно измеряют значения видеосигнала в этом участке спектра. После чего уточняют спектральную зависимость f(λ, λ_o) оптической характеристики атмосферы, выделяют оптимальные зоны во втором спектре принимаемого излучения, преобразуют излучение спектральных зон в электрические сигналы, формируют дополнительное количество идентичных сигналов красной-инфракрасной зоны по числу остальных зон видимого диапазона, усиливают дополнительные сигналы красной-инфракрасной зоны пропорционально коэффициенту
K_у= K_of(λ, λ_o) вычитают усиленные по такому закону дополнительные сигналы красной-инфракрасной зоны из сигналов остальных зон видимого диапазона и получают разностные сигналы U₁, по отношению разностных сигналов U₁ определяют индекс цвета масс, по значениям разностных сигналов U₁ для каждого дугового скана формируют однозольные изображения участка подстилающей поверхности океана, а измерение расстояний Х между идентичными элементами двух изображений участка подстилающей поверхности океана ведут по изображениям континентального шельфа в выделенной зоне максимальной прозрачности вод. Разности Δh высот h₁ и h₂ двух элементов континентального шельфа определяют по формуле
Δh=h По полученным данным одновременно определяют концентрацию примесей в воде, в том числе концентрацию хлорофилла по формуле:
C= A(κ_уд) а также гидрооптические характеристики водных масс, рельеф поверхности и дна океана. На однозональных изображениях участка подстилающей поверхности выделяют граничные участки континентального шельфа с глубинами невидимости дна ослабляют сигналы U₁, соответствующие элементам изображения этих участков, пропорционально коэффициенту
K(λ, )= 1-exp[-α(λ, )Z()(secΘʹ+secΘʹ] вычитают из сигналов U₁, соответствующих элементам изображения участка подстилающей поверхности, ослабленные сигналы U₁(λ)K(λ) U₂(λ) элементов граничных участков с глубинами невидимости дна. Разностный сигнал U₃ U₁ U₂ усиливают пропорциоально коэффициенту K_у(λ, ) По значениям усиленных сигналов U₄ K_уU₃ формируют однозональные изображения континентального шельфа. По ним вторично измеряют величины Х, по которым определяют уточненные значения. По уточненным значениям Δh и спектру диффузного излучения океана L_ок определяют спектр излучения видимых объектов дна океана, координаты цветности, эффективную длину волны спектра излучений, формируют уточненные однозональные изображения континентального шельфа и по полученным данным осуществляют выделение его геофизических и геометрических характеристик. При этом f( λ, λ_о) r_a(λ)/r_a( λ_о), где r_а коэффициент яркости излучения атмосферы с учетом отражения рассеянного излучения от водной поверхности, λ длина волны излучения, λ_о опорная длина волны излучения, λ₁, λ₂ длины волн первого 0,35-0,42 мкм и второго 0,66-0,75 мкм диапазонов излучений, L яркость системы атмосфера-океан, r_эт коэффициент яркости эталонной атмосферы с учетом отражения рассеянного излучения от водной поверхности, κ_эт(λ) показатель степени спектральной изменчивости эталонной атмосферы, К₀ коэффициент усиления сигнала красной-инфракрасной зоны, S₀ солнечная постоянная, n показатель преломления воды, А, В функции удельного показателя поглощения хлорофилла, L_ок яркость диффузного излучения океана, α- показатель вертикального ослабления воды, Θ зенитное расстояние Солнца, sin(Θ', Θ_o') sin(Θʹ, ) sin(Θ, Θ_o) sin(ΘΘ_o), Z глубина.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Сферические зеркала 1 и 2 принимают световые волны, излучаемые атмосферой и океаном под равновеликими углами Θ перед космическим летательным аппаратом и позади его, выделяя на водной поверхности две дуги с угловыми размерами 2А, лежащими на одной окружности в плоскости предметов. Принимаемое излучение отражается зеркалами 1 и 2 в сторону развертывающего устройства 3, которое вращается вокруг своей оси, совмещенной с биссектрисой угла пересечения оптических осей сферических зеркал 1 и 2. При вращении развертывающего устройства 3 три его анализирующие диафрагмы последовательно перемещаются вдоль каждого зеркала 1 и 2, формируя мгновенное поле приема, которое в пространстве предметов последовательно перемещается сначала вдоль одной дуги, а затем вдоль другой дуги, лежащей на океанской поверхности. Излучение от элемента дуговой полосы океанской поверхности, отражаясь от сферических зеркал 1 и 2, проходит через анализирующие диафрагмы и попадает в полихроматор. Там принятое от атмосферы и океана излучение разлагается в спектр, изображение которого с помощью светоделителя 11 отображается в две фокальные плоскости полихроматора. Изображение в первой фокальной плоскости полихроматора, попадающее на квантовый усилитель 12, усиливается и передается на линейный многоэлементный приемник 13 излучения, который преобразует усиленное изображение спектра яркости элемента океанской поверхности в электрический видеосигнал. Момент и процесс формирования видеосигнала для каждого элемента океанской поверхности определяется угловым положением развертывающего устройства 3 через формирователь 14 управляющих импульсов, электрические импульсы которого подаются на линейный многоэлементный приемник 13 излучения. Видеосигнал, снимаемый с линейного многоэлементного приемника 13 излучения фильтруется, преобразуется и усиливается блоком 15 амплитудной обработки видеосигнала и подается в аналого-цифровой преобразователь 16 и затем в блок 17 вычитания спектрозональных параметров и коэффициентов усиления сигналов красной-инфракрасной зоны. Там значения видеосигнала в двух участках спектра λλ 0,35-0,42 мкм и λλ 0,66-0,755 мкм сравниваются с эталонными из банка эталонных данных, содержащихся в памяти этого блока 17. По результатам сравнения выбираются ближайшие эталонные значения видеосигнала, пропорциональные спектральной яркости излучения атмосферы и океана и вычисляется зависимость f(λ, λ_о) спектральной изменчивости оптических характеристик атмосферы.

По измеренным значениям видеосигнала в промежутке между первой и второй длиной волны излучения вычисляют спектр излучения водных масс океана, координаты цветности и эффективную длину волны спектра излучений. По этим данным определяют оптимальную спектральную зону красного-инфракрасного участка и зоны видимого диапазона. При смещении оптимальной зоны красного-инфракрасного участка от исходной по значению видеосигнала, но уже в оптимальной зоне, вычисляют новую зависимость.

Найденные цифровые значения параметров зон и характеристики f(λ, λ_о) подаются на цифроаналоговый преобразователь 18, где они преобразуются в управляющие сигналы. Управляющий сигнал о положении оптимальных зон дистанционного зондирования в спектре отражаемого океаном излучения подается на блок 21 юстировки щелевых диафрагм, который осуществляет юстировку щелевых диафрагм линейки 4 подвижных диафрагм, выделяющих требуемые зоны во втором изображении спектра принятого излучения общим числом N. Излучение, прошедшее каждую щелевую диафрагму линейки 4 подвижных диафрагм по N световодам 19, передается на N приемников 6 излучения, где преобразуется в N электрических сигналов, пропорциональных спектральной освещенности элемента изображения океанской поверхности. Эти сигналы по числу спектральных зон дистанционного зондирования океана фильтруются, преобразуются и усиливаются N блоками 7 амплитудной обработки видеосигналов. Длины волн N зон дистанционного зондирования могут быть, например, следующими: 0,44 мкм, 0,52 мкм, 0,55 мкм длины волн для определения гидрооптических и гидробиологических характеристик, 0,53 мкм длина волны максимальной прозрачности чистых океанских вод для исследования континентального шельфа, 0,61 мкм длина волны для определения минеральной взвеси в воде, 0,67 мкм длина волны, на которой в чистых океанских водах диффузное отражение пренебрежимо мало и которая в этой связи используется для исследования характеристик водной поверхности и является опорной для атмосферной коррекции. На блок 7 амплитудной обработки видеосигналов красной-инфракрасной зоны подаются управляющие сигналы с блока 17 вычисления спектрозональных параметров и коэффициентов усиления сигналов красной-инфракрасной зоны через цифроаналоговый преобразователь 18 для регулировки усиления дополнительных сигналов этой зоны по числу остальных сигналов видимого диапазона, например, с такими длинами волн λ= 0,44 мкм, 0,52 мкм, 0,55 мкм, 0,61 мкм. Эти дополнительные сигналы видеоканала красного-инфракрасного диапазона числом, равным N 1 подаются на соответствующее число схем вычитания блока 20 схем вычитания электрических сигналов. На каждую отдельную схему вычитания подается еще и видеосигнал с отдельного видеоканала за исключением канала красного-инфракрасного диапазона. Разностные видеосигналы блока 20 схем вычисления и видеосигналы с блока 7 амплитудной обработки видеосигналов красной-инфракрасной зоны, а также сигналы с блока 17 вычиcления спектрозональных параметров и коэффициентов усиления сигналов красной-инфракрасной зоны в цифровом виде через канал 8 связи направляются в блок 10 обработки информации для формирования однозональных и цветных изображений океана в блоке 9 отображения информации.

В блоках 10 и 9 из сигналов, полученных последовательно для всех элементов дуговой полосы поверхности океана, вдоль которой осуществляется сканирование, формируют строку однозонального изображения. Кадры формируются из дуговых строк, последовательно регистрируемых за счет перемещения сканирующего оптико-электронного устройства вдоль трассы полета космического летательного аппарата. Кадровая информация представляется в цифровом виде или в виде изображений. В блоке 10 двумерной обработки информации для каждого элемента кадра определяется отношение разностных сигналов, по ним определяется индекс цвета водных масс, спектральные показатели вертикального ослабления и концентрации хлорофилла в воде с использованием априорных данных об удельном показателе поглощения хлорофилла в водах данного района и времени зондирования. По абсолютному значению разностного сигнала в участке 0,56 мкм 0,62 мкм определяют концентрацию мелкой взвеси в воде. Вычисленные характеристики водных масс океана представляются в блоке 9 отображения информации в цифровом виде или в виде изображения, плотность или цвет которых соответствует определенному значению того или иного параметра.

Рельеф поверхности океана или поверхностных природных объектов определяется по двум однозональным стереоскопическим кадрам, полученным в красном-инфракрасном диапазоне. На них выделяют идентичные объекты, их элементы. Измеряют расстояние Х между идентичными элементами двух изображений объекта и вычисляют разность высот элементов объекта. По этим данным определяют рельеф объекта, который может быть отображен в цифровом виде, в виде изображений изолиний равных высот или в виде изображений, плотность которых пропорциональна высоте.

Характеристики подводных объектов определяются после океаносферной коррекции. Сначала по двум стереоскопическим кадрам, получаемым в зоне максимальной прозрачности океанских вод определяют рельеф дна. Выделяют граничные участки континентального шельфа с глубинами невидимости дна. Используя полученные значения спектрального показателя вертикального ослабления для пограничных участков и значения глубины элементов дна, ослабляют видеосигнал пограничного участка пропорционально коэффициенту К(, λ, λ) и вычитают в блоке 10 двумерной обработки информации эти ослабленные сигналы из сигналов элементов изображений дна и получают контрастные изображения дна без помехообразующей толщи океанских вод над дном. Затем сигналы этих изображений усиливают пропорционально коэффициенту К_у(, λ, λ), т.е. пропорционально ослаблению толщей воды солнечного света, упавшего на дно и отразившегося от дна, и получают еще более контрастные изображения природных объектов континентального шельфа, как будто бы он не покрыт слоем воды. По двум таким стереоскопическим кадрам континентального шельфа вновь проводят измерение Х и уточненное определение рельефа. По уточненным значениям глубин континентального шельфа и спектрам диффузного излучения его элементов вычисляют спектры яркости, спектры коэффициентов яркости данных объектов, вычисляют координаты их цветности, эффективные длины волн и по сигналам, пропорциональным коэффициентам яркости элементов дна в блоке 9 отображения информации, формируют уточненные однозональные изображения континентального шельфа.

По полученным изображениям и изображениям рельефа континентального шельфа осуществляют выделение его геологических и геоботанических структур. Комплекс тематических изображений океана применяют для картографирования, мониторинга и моделирования океаносферы.

Формула изобретения

1. Способ дистанционного определения геофизических и геометрических характеристик океаносферы путем приема излучения от участка подстилающей поверхности океана с двух различных направлений, определяемых сканированием по участку подстилающей поверхности океана под двумя противоположными углами к вертикали места по трассе движения летательного аппарата над океаном, преобразования излучения в электрические сигналы, получения по ним двух изображений участка подстилающей поверхности океана, измерения расстояния X между идентичными элементами двух изображений участка подстилающей поверхности океана по их продольной оси и определения разности Δh высот h₁ и h₂ двух элементов континентального шельфа, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, прием излучения ведут при круговом сканировании участка подстилающей поверхности океана под равновеликими углами Θ к вертикали места в двух диаметрально противоположных дуговых сканах с угловыми размерами 2А < 180^o, осуществляют разложение принимаемого излучения на спектральные составляющие, формируют два спектра принимаемого излучения, интенсивность первого спектра принимаемого излучения и преобразуют его в электрический видеосигнал, измеряют значения видеосигнала в двух участках спектра с длинами волн 0,35 0,42 и 0,66 0,755 мкм, сравнивают два значения видеосигнала с эталонными, по результатам сравнения определяют спектральную зависимость оптической характеристики атмосферы по формуле

измеряют значения видеосигнала в промежутке между первой и второй длинами волны излучения, определяют по ним спектр излучения водным масс океана L_ок, координаты цветности и длину волны максимума спектра излучения, по этим данным определяют оптимальную спектральную зону красного-инфракрасного участка и зоны видимого диапазона, при смещении оптимальной зоны красного-инфракрасного участка от исходной повторно измеряют значение видеосигнала в этом участке спектра, после чего уточняют спектральную зависимость f(λ, λ_o) оптической характеристики атмосферы, выделяют оптимальные зоны во втором спектре принимаемого излучения, преобразуют излучение спектральных зон в электрические сигналы, формируют дополнительное количество идентичных сигналов красной-инфракрасной зоны по числу остальных зон видимого диапазона, усиливают дополнительные сигналы красной-инфракрасной зоны пропорционально коэффициенту

вычитают усиленные по такому закону дополнительные сигналы красной-инфракрасной зоны от сигналов остальных зон видимого диапазона и получают разностные сигналы U₁, по отношению разностных сигналов U₁ определяют индекс цвета масс, по значениям разностных сигналов U₁ для каждого дугового скана формируют однозональные изображения участка подстилающей поверхности океана, а измерение расстояний X между идентичными элементами двух изображений участка подстилающей поверхности океана ведут по изображениям континентального шельфа в выделенной зоне максимальной прозрачности вод, разности Δh высот h₁ и h₂ двух элементов континентального шельфа определяют по формуле

по полученным данным одновременно определяют концентрацию примесей в воде, в том числе концентрацию хлорофилла по формуле

а также гидрооптические характеристики водных масс, рельеф поверхности и дна океана, на однозональных изображениях участка подстилающей поверхности выделяют граничные участки континентального шельфа с глубинами невидимости дна, ослабляют сигналы U₁, соответствующие элементы изображения этих участков, пропорционально коэффициенту

вычитают из сигналов U₁, соответствующих элементам изображения участка подстилающей поверхности, ослабленные сигналы U₁(λ)K(λ) = U₂(λ) элементов граничных участков с глубинами невидимости дна, разностный сигнал U₃ U₁ U₂ усиливают пропорционально коэффициенту

по значениям усиленных сигналов U₄ K_уU₃ формируют однозональные изображения континентального шельфа, по ним вторично измеряют величины X, по которым определяют уточненные значения Δh, по уточненным значениям Δh и спектру диффузного излучения океана L_ок(λ) определяют спектр излучения видимых объектов дна океана, координаты цветности, эффективную длину волны спектра излучений, формируют уточненные однозональные изображения континентального шельфа и по полученным данным осуществляют выделение его геофизических и геометрических характеристик, где f(λ, λ_o) = r_a(λ)/r_a(λ_o), r_а коэффициент яркости излучения атмосферы с учетом отражения рассеянного излучения от водной поверхности, λ длина волны излучения; l_o опорная длина волны излучения; λ₁, λ₂ длины волн первого (0,35 0,42 мкм) и второго (0,66 0,75 мкм) диапазонов излучений; L яркость системы атмосфера-океан; r_эт коэффициент яркости эталонной атмосферы с учетом отражения рассеянного излучения от водной поверхности; X_эт(λ) показатель степени спектральной изменчивости эталонной атмосферы; K_о - коэффициент усиления сигнала красной-инфракрасной зоны, S₀ солнечная постоянная; n показатель преломления воды; A, B функции удельного показателя поглощения хлорофилла; l_ок яркость диффузного излучения океана; α показатель вертикального ослабления воды; q_o зенитное расстояние Солнца;
Z глубина.

2. Устройство для дистанционного определения геофизических и геометрических характеристик океаносферы, содержащее сферическое зеркало, развертывающее устройство с анализирующими диафрагмами, спектроделительную систему, приемники излучения, блоки амплитудной обработки видеосигналов, каждый из которых соединен входом с выходом соответствующего приемника излучения, канал связи, соединенный входами с выходами блоков амплитудной обработки видеосигналов, блок отображения информации и блок двумерной обработки информации, соединенный входом с выходом канала связи, а выходом с входом блока отображения информации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено вторым сферическим зеркалом, светоделителем, квантовым усилителем, линейным многоэлементным приемником излучения, блоком формирования сигналов управления линейным многоэлементным приемником излучения, блоком амплитудной обработки видеосигнала линейного многоэлементного приемника излучения, аналого-цифровым преобразователем, блоком вычисления спектрозональных параметров и коэффициентов усиления сигналов красной-инфракрасной зоны, цифроаналоговым преобразователем, линейкой подвижных щелевых диафрагм, световодами в количестве, равном количеству приемников излучения, блоком схем вычитания электрических сигналов, блоком юстировки щелевых диафрагм, при этом развертывающее устройство выполнено в виде трех анализирующих диафрагм, а блок амплитудной обработки видеосигнала красной-инфракрасной зоны имеет дополнительное количество выходов по числу остальных зон видимого диапазона, при этом второе сферическое зеркало установлено на входе развертывающего устройства, на выходе полихроматора установлен светоделитель с возможностью формирования двух фокальных плоскостей, причем в первой фокальной плоскости полихроматора установлен квантовый усилитель, оптически сопряженный с линейным многоэлементным приемником, на вход линейного многоэлементного приемника излучения подключен блок формирования сигналов управления линейным многоэлементным приемником излучения, соединенный с развертывающим устройством, а выход линейного многоэлементного приемника излучения подключен к блоку амплитудной обработки видеосигнала линейного многоэлементного приемника излучения, выход которого соединен с аналого-цифровым преобразователем, соединенным выходом с входом блока вычисления спектрозональных параметров и коэффициентов усиления сигналов красной-инфракрасной зоны, который выходом соединен с входом цифроаналогового преобразователя, соединенного выходом с входом блока обработки видеосигнала красного-инфракрасного диапазона и с входом блока юстировки щелевых диафрагм, установленного во второй фокальной плоскости полихроматора и оптически сопряженного с помощью оптических световодов с приемниками излучения, блоки амплитудной обработки видеосигналов видимого диапазона подключены к первым входам блоков вычитания, к вторым входам которых подключены дополнительные выходы блока амплитудной обработки видеосигнала красного-инфракрасного диапазона, а выходы блоков вычитания соединены через канал связи с блоком двумерной обработки информации.