относящихся к метеорологическим и другим специфическим факторам, описывающим исследуемую сцену;

4) подсистемы и процедуры для проверки полученных системой данных и перевода их в формат, который легко может быть использован аналитиком данных обычно при некоторых видах машинной обработки.

Характеристики основных приборов для спектральных измерений, используемых в полевых инструментальных системах, отличаются от обычных лабораторных приборов, используемых для получения спектральных данных. На заре дистанционных исследований для получения спектральных данных в полевых условиях часто использовались обычные лабораторные приборы, и процедуры часто были сложными из-за несовместимости лабораторных приборов с полевыми условиями. Ниже приведены требования, которым должны удовлетворять приборы для измерения спектральных данных в полевых условиях в составе системы дистанционного зондирования.

1. Необходимо быстрое спектральное сканирование. Тогда как некоторым лабораторным приборам требуется до 5 мин для получения спектрального скана по всему спектральному диапазону прибора, полевые приборы обычно должны получать спектральный скан за 1 с. Это необходимо из-за быстрых изменений лараметров окружающей среды, влияющих на спектральные характеристики сцены.

2. Чувствительность приборов, используемых в полевых условиях, должна соответствовать уровням сигнала, вызываемого прямым и отраженным солнечным излучением.

3. Прибор должен быть достаточно прочен, чтобы выдерживать физические нагрузки, возможные в полевых условиях.

4. Прибор должен иметь внутреннюю калибровочную систему, соответствующую полевым эталонам калибровки, необходимым для получения надежных, откалиброванных полевых спектральных данных.

Сейчас рассмотрим три различных типа полевых спектральных приборов. Все они спектрорадиометры, поскольку для них источником излучения является Солнце, а не внутренние источники излучения. Три основных типа приборов такие: интерферометр, спектрорадиометр с диспергирующей призмой или дифракционной решеткой и спектрорадиометр с вращающимися сменными фильтрами. В основном эти приборы отличаются тем, как они диспергируют входное излучение на его спектральные компоненты. Различные способы диспергирования определяют пути установления внутренних опорных излучателей в приборе.

На рис. П.24 схематически изображено устройство детектора и диспергирующих элементов интерферометра. В течение многих лет интерферометры использовались в спектроскопии высокой точности. Устройство полевого интерферометра отличается от лабораторного варианта в основном способом, которым приводится в движение подвижное зеркало. В лабораторных

фиксированное зеркало

Система расщепления пучка

Приходящее излучение

Подвижное зеркало Выходная апертура Детектор

Рис. 11.24. Ход луча в интерферо-.четре

приборах для приведения в движение зеркала применяется винт с очень малым шагом, в конструкции полевых приборов подвижное зеркало быстро приводится в движение с помощьк> системы электродинамических катушек, что дает несколько спектральных сканов в 1 с. Детектор установлен таким образом, что может наблюдать расщепитель пучка в точке, где сходятся два отраженных пучка. Два пучка излучения интерферируют друг с другом, либо усиливаясь, либо ослабляясь в зависимости от длины хода каждого пучка по мере прохождения им соответствующего оптического пути. Расщепитель пучка устроен таким образом, что длины оптических путей обоих расщепленных пучков примерно одинаковы и отличаются только на часть длины волны. Таким образом, детектор будет «видеть» интерференционное кольцо Ньютона (обычно интерферометры имеют круговую симметрию). Детектор устроен так, что он нацелен только в центральное пятно интерференционного кольца

Ньютона. Прибор не дает изображения сцены в его поле зрения, а просто наблюдает интерференционную картину, возникающую вследствие излучения энергии сценой.

Предположим, что на прибор падает пучок монохроматического света. Так как положение подвижного зеркала меняется,, пятно, то яркое, то темное, появляется в точке слияния лучей расщепителя пучка и, следовательно, наблюдается детектором. Это происходит из-за того, что поочередно на расщепителе пучка возникает то ослабляющаяся, то усиливающаяся интерференция, когда длина пути, связанная с подвижным зеркалом, изменяется относительно длины пути, связанной с фиксированным зеркалом. Если движение подвижного зеркала сделать линейным по времени, то детектор будет экспонировать поочередно темнеющую и светлеющую интерференционную картину, так что электрический сигнал на выходе детектора будет меняться по времени с частотой, зависящей от скорости движения зеркала и длины волны приходящего пучка света. Если изменяется длина волны приходящего монохроматического пучка, то будет изменяться и число пересекаемых подвижным зеркалом на данном расстоянии (или за данное время) длин волн; поэтому будет изменяться и число изменений интенсивности интерференционной картины для данного механического движения зеркала.

Сейчас предположим, что приходящий пучок - полихроматический (т. е. состоящий из нескольких световых длин волн).

Обобщая предыдущее описание, мы увидим, что каждая частотная составляющая выходящего из детектора сигнала будет связана с компонентой длины волны приходящего пучка излучения. Таким образом, если выполнить частотный анализ выходного сигнала, то может быть восстановлена волновая структура приходящего пучка излучения. Кроме того, средняя яркость интерференционной картины прямо пропорциональна интенсивности излучения. При выполнении такого анализа может быть использовано численное преобразование Фурье.

Использование интерферометров связано с приложениями, требующими спектра с очень высоким разрещением. Однако этап Фурье-анализа усложняет использование данных интерферометра в прикладных дистанционных исследованиях. Кроме того, хотя подвижное зеркало дает несколько сканов в 1 с, для процесса преобразования необходимо усреднять результаты нескольких сканов для получения достаточной энергии для формирования выходного сигнала с довольно большим отнощением сигнал/щум. Таким образом, действительная скорость спектральной развертки прибора более точно составляет один спектральный скан каждые 3-4 с. К тому же требования к механической прочности прибора сильно затрудняют его использование в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах спектра. Интерферометры требуют берел<ного обращения и большой осторожности при калибровке и использовании в полевых условиях.

Второй тип полевых приборов, часто используемых в дистанционном исследовании, - приборы, в которых в качестве основных диспергирующих элементов применяются призмы и дифракционные решетки. Впервые в полевых работах были использованы приборы именно этого типа, поскольку сначала полевые исследования в дистанционном зондировании выполнялись лабораторными приборами, модифицированными для применения в полевых условиях. Обычно для преобразования оптического сигнала в переменный сигнал, более подходящий для обработки в электронной части прибора, в этих приборах используется система оптического прерывания. Кроме того, оптический прерыватель позволяет установить внутренний калибровочный опорный излучатель для прибора.

На рис. 11.25 приведена схема расположения диспергирующих элементов для приборов с призмой и приборов с дифракционной решеткой. Как показано на рисунке, в приборе с дифракционной решеткой обычно применяется отражательная дифракционная решетка; приходящее излучение попадает на дифракционную решетку и отражается, разлагаясь на различные спектральные составляющие. Характеристикой прибора с дифракционной решеткой служит то, что несколько порядков спектра отражаются в заданном направлении. Кратные частоты излучения относятся к одному и тому же порядку. Необходимо провести сортировку порядков, используя фильтры пе-