На свежей лекции TacticMedia историк Валерий Николаевич Замулин рассказывает о применении архивной аэрофотосъемки с геопривязкой в исследованиях по истории Второй мировой войны.

#история

Российский проект освоения сверхнизких околоземных орбит

30 июня на встрече Владимира Путина с главой “Роскосмоса” Юрием Борисовым обсуждалась тема сверхнизких околоземных орбит.

Незадолго до этого, на форуме Агентства стратегических инициатив (АСИ), президенту был представлен проект освоения сверхнизких околоземных орбит высотой до 200 километров. Одной из проблем в этом направлении являются трудности поддержания таких орбит: остатки атмосферы слишком быстро “садят” спутник. Авторы проекта разработали ионный двигатель открытого типа, работа которого обеспечивается именно за счет использования остатков атмосферы. Лабораторный макет двигателя создан и испытан в 2022 году.

Далее, процитируем Asi.Ru: “Лидер проекта попросил президента поручить “Роскосмосу” завершить совместные испытания, изготовить пять опытных спутников и провести их летные испытания. Также он попросил главу государства поручить правительству России сформировать отдельную программу освоения низкого космоса до 200 км и предусмотреть финансирование на ее реализацию. Владимир Путин пообещал оказать поддержку проекту и обсудить его с главой “Роскосмоса” Юрием Борисовым”.

#VLEO

GEE-30. Создание RGB-композита радарных данных Sentinel-1

Рассмотрим как по данным радарного снимка Sentinel-1 GRD создать RGB-композит, состоящий из отраженных сигналов различных поляризаций.

Район: окрестности болгарской Варны. Время: вторая половина марта 2019 года. В том году облачность в указанный период была минимальной, что позволяет продемонстрировать оптический снимок Sentinel-2 (рисунок 1️⃣) и сравнить его с радарным Sentinel-1.

Данные Sentinel-1 GRD (Ground Range Detected) прошли предварительную обработку, и представляют собой амплитуду обратного рассеяния радарного сигнала σ0 в координатах азимута и наземной дальности (ground range). Про различие представления сигнала в наклонной и наземной дальностях можно прочитать здесь.

Загрузим коллекцию Sentinel-1 GRD и отфильтруем ее по времени и местоположению:

var s1Col = ee.ImageCollection('COPERNICUS/S1_GRD')
  .filterDate('2019-03-20', '2019-03-29')
  .filterBounds(point) // point - точка, в окрестностях Варны

Для оптических снимков каналы (слои) данных представляют собой значения отражения в определенном диапазоне длин волн, а также различные маски качества. У радарных снимков Sentinel-1 слои данных — значения амплитуд отраженного сигнала в двух поляризациях — VV и VH*, а также угол падения сигнала.

Буква V (vertical) обозначает вертикальную поляризацию сигнала, а H (horisontal) — горизонтальную поляризацию. VV означает, что радар излучал сигнал вертикальной поляризации принял его в той же поляризации, VH — излученный сигнал вертикальной поляризации, а принятый — горизонтальной.

RGB-композит радарных данных часто составляют следующим образом: Red=VV, Green=VH, Blue=VV/VH. Данные S1 GRD на GEE представлены в логарифмах (10*log10(x)). В логарифмическом представлении тот же композит запишется как: Red=VV, Green=VH, Blue=VV-VH.

Для получения RGB-композита, обработаем снимки коллекции функцией

  .map(function(image) {
  var band = image.select('VV').subtract(image.select('VH')).rename('VV_VH');
  return image.addBands(band);
});

Отображение каждого канала настроим отдельно:

var s1VisParam = {
  bands: ['VV','VH','VV_VH'],
  min: [-20,-25, 2],
  max: [-7,-14, 10],
  gamma: 1
};

Чтобы найти границы отображения (min, max), мы выводили на карту каждый канал по отдельности и настраивали эти границы для него. Итоговый композит показан на рисунке 2️⃣

Код примера.

*Чаще всего именно эти комбинации поляризации. Иногда бывает только одна комбинация, или две другие пары — HH и HV.

#GEE #SAR

Чтобы научиться "читать" радарный снимок, понадобится теория, которой мы займемся уже на этой неделе.

Едва ли не половина космических аппаратов в мире — спутники ДЗЗ. Без данных ДЗЗ не могут полноценно трудиться метеорологи, геологи, спасатели, фермеры, другие специалисты. Как разглядеть из космоса то, что не видно на Земле?

Задача космических аппаратов ДЗЗ — создание изображений Земли в разных спектрах с разным разрешением. А уже учёные видят на снимках зарождение ураганов, снежный покров планеты, масштабные изменения атмосферы. Снимки в невидимом глазу спектре позволяют увидеть то, что в видимом диапазоне не разобрать. Вода поглощает волны в ближнем ИК диапазоне, это важно для определения границы земельных и водных объектов, не всегда различимых в видимом свете. Изображения в среднем ИК канале покажут лесные пожары, количество влаги в облаках, что важно для метеорологов.

Секция ДЗЗ включает изучение Big Data и практической работы со спутниковой информацией. Хотите разобраться как обрабатываются массивы информации из космоса, что ученые могут из нее узнать?
Приходите на секцию ДЗЗ!

GEE-31. Свойства радарных снимков

Возьмем радарный снимок из примера и рассмотрим его свойства.* Многие свойства снимка можно узнать из имени файла, которое выглядит так:

S1A_IW_GRDH_1SDV_20190322T160833_20190322T160858_026453_02F641_4B47

Группировка Sentinel-1 с апреля 2016 года по январь 2022 года состояла из двух идентичных аппаратов: Sentinel-1A и Sentinel-1B. Повторяемость съемки одним аппаратом составляет 12 суток, двумя — 6 суток. Кроме этого, существуют ограничения на возможность проведения съемки и передачи данных наземным станциям, которые приводят к тому, что даже в случае двух аппаратов покрытием с повторяемостью 6 суток была обеспечена только территория Европейского Союза. В этом нет ничего удивительного, так как Sentinel’и — спутники Европейского космического агентства. В конце декабря 2021 года связь с Sentinel-1B была потеряна и сейчас данные поставляет только Sentinel-1A, работающий на орбите с апреля 2014 года. Чтобы узнать ближайшие планы съемки Sentinel-1, используйте Sentinel-1 observation scenario.

Так вот, наш снимок сделан аппаратом Sentinel-1A, о чем говорит первый фрагмент имени снимка — S1A.

Sentinel-1 может вести съемку в различных режимах — с различным разрешением или комбинациями поляризации. Наиболее распространенным режимом на суше является Interferometric Wide (IW), в котором используется поляризации VV и VH (в некоторых морских и полярных районах — HH и HV). Наш снимок относится к режиму Interferometric Wide, о чем говорит второй фрагмент имени снимка — IW.

Режим Extra Wide (EW) используется в морских районах. По сравнению с IW, он имеет большую полосу обзора, то есть больший размер области, освещаемой лучом радара в направлении дальности. Полоса обзора в режиме IW составляет примерно 250 км, тогда как режим EW охватывает полосу около 400 км (фактически, в обоих режимах изображение состоит не из одной сплошной полосы, а из 3–5 отдельных подполос). Достигается это за счет снижения пространственного разрешения.

Третий фрагмент имени файла (GRDH) указывает на тип продукта. О данных GRD мы говорили здесь. Продуктов Sentinel-1 других типов на GEE сейчас нет. Буква H указывает на пространственное разрешение (High resolution). Номинально оно составляет 10 метров.

В четвертом фрагменте имени файла 1SDV указаны уровень обработки данных (1), класс продукта — стандартный (S) и комбинации поляризаций. Их две (dual, D) и поляризация исходящего сигнала — вертикальная (V).

Дальше в имени файла идут фрагменты с датами начала и конца съемки. Каждый состоит из 14 символов. Дата и время разделены буквой "T".

Всю эту информацию можно получить и из свойств снимка: familyName, platform_number, instrumentMode, productType, resolution, productClassDescription, system:time_start, system:time_end, названия которых говорят сами за себя.

Полное описание формата имени файла Sentinel-1 дано здесь.

#GEE #SAR

*Свойства снимка (properties) — это IT-шная терминология, широко представленная в GEE. В дистанционном зондировании эти характеристики снимка называют “метаданными”. Они описывают, каким спутником снят снимок, условия съемки, уровень обработки и другие данные о снимке. Метаданные — это данные о данных.

GEE-31. Свойства радарных снимков (продолжение)
Начало

Теперь поговорим о свойствах снимка, которые нельзя извлечь из имени файла.

Код примера.

Участок орбиты. Sentinel-1 движется по приполярной солнечно-синхронной орбите. После пересечения Северного полюса, он спускается к Южному полюсу, пересекает его и затем поднимается обратно к Северному полюсу. Можно сказать, что орбита состоит из двух участков — восходящего (подъем к Северному полюсу) и нисходящего (спуск к Южному полюсу). Участок орбиты, на котором был сделан снимок, указан в свойстве orbitProperties_pass, которое имеет значения ASCENDING или DESCENDING. Общее время время облета Земли составляет около 98 минут (175 орбит за 12 суток). За это время Земля поворачивается примерно на 23 градуса к востоку, поэтому участки орбит DESCENDING слегка повернуты на юго-запад, а ASCENDING — на северо-запад.

Номер относительной орбиты. Свойство relativeOrbitNumber_start или номер относительной орбиты сообщает порядковый номер орбиты в 12-суточном цикле повторного посещения. Сцены с одинаковым relativeOrbitNumber_start отстоят друг от друга по времени ровно на 12 суток (или на 6 суток, если объединить данные двух спутников) и имеют (почти) одинаковую конфигурацию съемки.

Номер среза. Радарная съемка, как правило, ведется полосами. Чтобы сохранять их в виде снимков разумного размера, “сырые” данные уровня 0 разрезают на азимутальные временные срезы — по 25 секунд (для IW), которые затем обрабатываются до уровня 1. 25 секунд движения спутниковой платформы по азимуту соответствует примерно 185 км на местности. Каждый срез имеет свой номер — sliceNumber.*

Если мы хотим получить радарные снимки, покрывающие одну и ту же область пространства, нужно выбирать снимки, принадлежащие к одной относительной орбите (relativeOrbitNumber_start) и одному срезу (sliceNumber).**

#GEE #SAR

*На Alaska Satellite Facility вместо номера среза используют понятие “кадр” (frame). Номера кадров не совпадают с номерами срезов в пределах относительной орбиты. GEE это не касается — здесь данные представлены в исходном “европейском” формате. Но, в принципе, такое разночтение нужно иметь в виду.

**Правило, касающееся одной относительной орбиты, незыблемо. Что касается срезов, то они слегка смещаются, так что “пограничная” местность, попавшая в один срез, через какое-то время может оказаться в соседнем. В таких случаях берем не один срез, а сразу два соседних.

Ещё один взгляд на прошедший 27 июня запуск от советника руководителя проектного офиса Space-π Александра Хохлова.

Александр поднимает интересную проблему радиочастотного ресурса. Сейчас практически все аппараты по программе Space-π проходят как радиолюбительские. Это загоняет её в серую зону.

Во-первых, практически все, да не все.
Во-вторых, практически ни у кого из участников нет своих станций связи и они управление спутниками заказывают аутсорс. А радиолюбительская связь за деньги не разрешена. Понятно, что это решаемый вопрос, и деньги берут за аренду оборудования. Но всё же.
В-третьих, собственно озвученная проблема. Позывные заканчиваются.

Я предлагаю решать эту проблему не расширением номерного фонда, от этого уже никуда не деться. А регистрацией программы Space-π, как группировки. Есть и амбиции, и ресурсы. При этом такой путь открывает более широкие возможности и по применяемым частотам, и по развитию различных наземных сетей для управления спутниками. Только в России которых я знаю минимум 4. Проект ЦНИИмаш для управления в рамках УниверСата, своя сеть есть у Спутникса, есть радиолюбительская сеть Эфир и есть сеть станций у ОКБ Пятое поколение Grid.

Так что развивается не только космический частный и образовательный сегмент, но и частный и радиолюбительский наземный.