CC BY
14Использование гдсмичесгихсредств, технологий и геоинформационныхсистем для мониторинга и моделирования природной среды
На рисунке представлены графики для действительной части ДП. Вариации мнимых частей e"L и е"с в интервале влажности 10-80 % ограничены величинами 0,002 < e"L < 0,036 и 0,002 < e"C <0,016 для слоя стволов. Изотропный слой кроны имеет величину е"~ 0,002.
Рост абсолютных величин e"L и е"с зависит от количества древесины и сопровождается увеличением анизотропии e"L-e"c , что приводит к изменению состояния правокруговой поляризации сигнала ГНСС на трассе прохождения по лесному пологу.
В рамках рассмотренной модели проведен расчет численных значений комплексной ДП лесного полога при различных величинах влажности и объемного содержания древесины для частот спутников ГЛО-НАСС и GPS.
Выявлены отличия эффективных диэлектрических констант слоя крон и стволов, зависимость анизотропии ДП слоя стволов от влажности древесины и таксационных характеристик.
Библиографические ссылки
1. Jin S., Cardellach E., Xie F. GNSS Remote Sensing Springer Dordrecht Heidelberg, New York, London. 2014. 286 p.
2. Кашкин В. Б., Кокорин В. И., Миронов В. Л., Сизасов С. В. Экспериментальное определение электрофизических параметров лесного покрова с использованием сигналов глобальных навигационных систем ГЛОНАСС и GPS // Радиотехника и электроника. 2006. Т. 51, № 7. С. 825-830.
3. Wu X., Jin Sh. GNSS-Reflectometry: Forest canopies polarization scattering properties and modeling // Advances in Space Research. 2014. Vol. 54. P. 863-870.
4. Сорокин А. В., Фомин С. В., Михайлов М. И. Адаптивная модель взаимодействия сигналов навига-
ционных спутников с лесным пологом с учетом анизотропных свойств древесины // Региональные проблемы дистанционного зондирования Земли : материалы III междунар. науч. конф. (13-16 сентября 2016, Красноярск) / Сиб. федер. ун-т. Красноярск, 2016. С. 186-189.
5. Torgovnikov G. I. Dielectric Properties of Wood and Wood-Based Materials. Springer-Verlag. 1993. 194 p.
References
1. Jin S., Cardellach E., Xie F. GNSS Remote Sensing Springer Dordrecht Heidelberg, New York, London. 2014. 286 p.
2. Kashkin V. B., Kokorin V. I., MironovV. L., Sizasov S. V. [Experimental determination of the electrophysical parameters of forest cover using signals of global navigation systems GLONASS and GPS] // Radiotehnika I electronika. 2006. Vol. 54, № 4. P. 825-830 (In Russ.)
3. Wu X., Jin Sh. GNSS-Reflectometry: Forest canopies polarization scattering properties and modeling // Advances in Space Research. 2014. Vol. 54. P. 863-870.
4. Sorokin A. V., Fomin S. V., Mikhailov V. I. [Adaptive interaction model of navigation satellite signals with the forest canopy taking into account the anisotropic properties of wood] // Regionalnie problem distantsionnogo zondirovaniya Zemli:materiali III mejdunar. nauch. konf. 13-16 sentyabrya 2016, Krasnoyarsk) Sib. Fed. Un-t. Krasnoyarsk, 2016. Р. 186-189. (In Russ.)
5. Torgovnikov G. I. Dielectric Properties of Wood and Wood-Based Materials. Springer-Verlag. 1993. 194 p.
© Сорокин А. В., Фомин С. В., Белоусов М. А., 2016
УДК 537.86
БАЗА ДАННЫХ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫХ ВАРИАЦИЙ АМПЛИТУДЫ ПРЯМЫХ СИГНАЛОВ ГЛОНАСС И GPS ВБЛИЗИ ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ
С. В. Фомин1,2, А. В. Сорокин 2,3 Д. В. Харламов3
Институт физики имени Л. В. Киренского СО РАН Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50/38
2Красноярский научный центр Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50
3Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31 E-mail: [email protected], [email protected]
Представлены результаты непрерывной регистрации прямых сигналов ГЛОНАСС и GPS в открытом пространстве в течение 12 дней. Сформулированы условия использования пространственно-временных зависимостей их амплитуды для калибровки сигнала при измерениях затухания в лесном пологе и рефлектометрии земной поверхности.
Ключевые слова: лесной полог, земные покровы, сигналы навигационных спутников, калибровка.
Фешетневс^ие чтения. 2016
DATABASE SPACE-TIME VARIATIONS AMPLITUDE DIRECT SIGNALS OF GLONASS FND GPS NEAR THE GRAUND
S. V. Fomin1,2, A. V. Sorokin2,3, D. V. Kharlamov3
1Kirensky Institute of Physics SB RAS 50/38, Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russian Federation 2Krasnoyarsk Scientific Center SB RAS 50, Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russian Federation 3Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected], [email protected]
Results of the continuous filing of direct signals of GLONASS and GPS in open space within 12 days are presented. Conditions of use a space-time dependence of their amplitude for calibration the signal at measurements of attenuation in a forest canopy and a reflectometry of the land surface are formulated.
Keywords: forest canopy, terrestrial covers, signals of navigation satellites, attenuation, calibration.
Сигналы навигационных спутников ГЛОНАСС и GPS активно используются в мониторинге земных покровов. Исследования в данном направлении определяют реальную перспективу создания эффективных методик и аппаратуры для непрерывного мониторинга океана, почвы и растительности на основе этого мощного орбитального ресурса [1].
Измерение параметров лесного полога и подстилающей поверхности с применением радиоизлучения глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) в диапазоне 1,5-1,6 ГГц предполагает регистрацию прошедших, отраженных и рассеянных средой сигналов. Лесной полог как неоднородная, анизотропная и слоистая среда эффективно рассеивает и ослабляет мощность сигнала, изменяет состояние поляризации [2-5]. Анализ изменений поляризации и
амплитуды сигналов ГНСС, возникающих при взаимодействии с поверхностью и объемом лесного полога позволяет решать задачи восстановления влажности древесины и подстилающей поверхности.
Вариации характеристик прямых сигналов ГНСС каждого спутника на трассе «излучатель-приемник» в свободном пространстве в зависимости от времени, угла места и азимута необходимы для корректного восстановления значений показателя ослабления сигналов в лесном пологе.
На рисунке приведены простраственно-времен-ные зависимости амплитуды регистрируемого сигнала навигационного спутника ГЛОНАСС 1 (см. рисунок, а, б, в), угловые координаты - угол возвышения спутника (см. рисунок, г, д, е) и азимут (см. рисунок, ж, з, и).
Время
Пространственно-временные зависимости сигнала ГЛОНАСС 1
Использование космичесщхсредстА, технологий и геоинформационныхсистем для мониторинга и моделирования природной среды
Данные представлены для трех дней наблюдения: 11.01.2016 (рисунок, а, г, ж), 12.01.2016 (рисунок, б, д, з) и 13.01.2016 (рисунок, в, е, и).
Повторяемость трасс движения аппаратов ГЛОНАСС с периодом обращения 11 часов 46 минут составляет 7 суток 23 часа 27 минут. Аппараты GPS с периодом обращения 11 часов 58 минут имеют период повторяемости 1 сутки. Вариации параметров орбит спутников, ионосферы и атмосферы будут малыми возмущениями амплитуды зондирующего сигнала. Действующие спутники в интервале повторяемости имеют свой базовый набор изменяющихся трасс. Регистрация сигналов каждого спутника в открытом пространстве для базового набора трасс позволяет создать базу данных калибровочных функций для всей группировки.
Особенность регистрации изменений сигнала ГНСС внутри лесных массивов заключается в отсутствии опорного прямого сигнала, который есть в ин-терферометрических измерениях.
Обработка ослабленных лесным массивом сигналов на трассах разной протяженности требует его калибровки на входе.
Полный набор калибровочных функций целесообразно получать антенной, расположенной над кронами либо на открытой поляне с обеспечением угла возвышения регистрируемых спутников более 10.
В рамках экспедиционного проекта КНЦ СО РАН «Изучение процессов излучения и рассеяния электромагнитных волн СВЧ-диапазона лесными покровами территории Сибири» за период исследований 2011-2016 гг. проведены длительные сеансы измерений. Начато формирование базы данных пространственно-временных вариаций характеристик сигналов навигационных спутников в открытом пространстве, применимых на опытных площадках стационара «Погорельский бор».
Использование полного набора калибровочных функций группировок ГЛОНАСС и GPS позволяет корректно учесть аппаратную функцию ГНСС-радиометра на трассе «излучатель-приемник».
Библиографические ссылки
1. Jin S., Cardellach E., Xie F. GNSS Remote Sensing. Springer Dordrecht Heidelberg, New York, London, 2014. 286 p.
2. Сорокин А. В., Фомин С. В., Михайлов М. И. Адаптивная модель взаимодействия сигналов навигационных спутников с лесным пологом с учетом анизотропных свойств древесины // Региональные проблемы дистанционного зондирования Земли : мате-
риалы III междунар. науч. конф. (13-16 сентября 2016, Красноярск) / Сиб. федер. ун-т. Красноярск, 2016. С. 186-189.
3. Mironov V. L., Fomin S. V., Muzalevsky K. V., Sorokin A. V., Mikhaylov M. I. The Use of Navigation Satellites Signals for Determination the Characteristics of the Soil and Forest Canopy // Proc. IGARSS. Munich, Germany, Jul. 22-27 E. 2012. P. 7527-7529.
4. Метод измерения ослабления микроволнового излучения в лесном пологе с использованием сигналов ГЛОНАСС и GPS. / В. Л. Миронов, А. В. Сорокин, М. И. Михайлов и др. // Вестник СибГАУ. 2013. Т. 51, № 5. С. 123-126.
5. Восстановление влажности древесины лесного полога с использованием сигналов навигационных спутников / М. И. Михайлов, А. В. Сорокин, С. В. Фомин и др. // Решетневские чтения : материалы XIX Междунар. науч. конф. (10-14 ноября 2015, г. Красноярск). Ч. 1 / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2015. С. 308-310.
References
1. Jin S., Cardellach E., Xie F. GNSS Remote Sensing. Springer Dordrecht Heidelberg, New York, London. 2014. 286 p.
2. Sorokin A. V., Fomin S. V., Mikhailov V. I. [Adaptive interaction model of navigation satellite signals with the forest canopy taking into account the anisotropic properties of wood] // Regionalnie problem distantsion-nogo zondirovaniya Zemli:materiali III mejdunar. nauch. konf.13-16 sentyabrya 2016, Krasnoyarsk) / Sib. Fed. Un-t, Krasnoyarsk, 2016. Р. 186-189. (In Russ.)
3. Mironov V. L., Fomin S. V., Muzalevsky K. V., Sorokin A. V., Mikhaylov M. I. [The Use of Navigation Satellites Signals for Determination the Characteristics of the Soil and Forest Canopy]. Proc. IGARSS. Munich, Germany, Jul. 22-27 E., 2012. P. 7527-7529.
4. Mironov V. L., Mikhailov V. I., Sorokin A. V. [The method of measuring the attenuation of microwave radiation in the forest canopy using signals of GLONASS and GPS] // Vestnik SibGAU. 2013. Vol. 51, № 5. Р. 123-126.
5. Mikhailov M. I., Sorokin A. V., Fomin S. V., Muzalevsky K. V. [Restoring the moisture content of the wood of the forest canopy using signals of navigation satellites] // Materialy XIX Mezhdunar. nauch. konf. "Reshetnevskie chteniya" [Materials XIX Intern. Scientific. Conf. "Reshetnev reading"]. Krasnoyarsk, 2015. P. 308-310. (In Russ.)
© Фомин С. В., Сорокин А. В., Харламов Д. В., 2016
