Радиометрическая и геометрическая коррекция данных фотоспектральной системы

Созданная в Институте прикладных физических проблем им. А.Н. Севченко БГУ по заказу Института географии Российской академии наук и ОАО «Ракетно-космическая корпорация «Энергия» им. С.П. Королева» фотоспектральная система (ФСС) используется на борту Российского сегмента Международной космической станции (МКС) в космическом эксперименте «Ураган» с июля 2010 года.

ФСС предназначена для проведения измерений спектров отраженного излучения подстилающих поверхностей высокого спектрального разрешения в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне длин волн и изображений высокого пространственного разрешения в видимом диапазоне длин волн.
ФСС состоит из двух оптических модулей – модуля спектрорадиометра (МС) и модуля регистрации изображений (МРИ) – которые жестко закреплены друг относительно друга.

Для совместной обработки спектров МС и изображений МРИ создан специальный программный комплекс, в котором осуществляются следующие операции:
- относительная пространственная привязка данных ФСС;
- спектральная декомпозиция смешанных спектров на спектры отдельных поверхностей, попадающих в поле зрения МС, с помощью соответствующих изображений МРИ;
- пересчет выходного цифрового сигнала МС в абсолютные единицы СПЭЯ;
- коррекция влияния атмосферы на спектры и изображения ФСС.

Для уточнения взаимной ориентации полей зрения оптических модулей ФСС 8 февраля 2012 года на борту МКС был проведен эксперимент «Калибровка по Луне». Лунный диск использовался в качестве бесконечно удаленного контрастного источника излучения. В результате анализа данных эксперимента установлено смещение поля зрения МС относительно поля зрения МРИ по сравнению со значениями наземных калибровок. Анализ съемок контрастных объектов показал, что рассчитанная корректировка соответствует действительности, улучшая достоверность идентификации типов поверхности при совместной обработке изображений и спектров.

Для коррекции влияния атмосферы на данные ФСС используется аналитическое выражение, моделирующее яркость излучения на верхней границе атмосферы. Выражение состоит из двух компонент:
- Первое слагаемое, определяющее вклад отраженного от подстилающей поверхности излучения в регистрируемое на верхней границе атмосферы. Освещенность подстилающей поверхности рассчитывается в приближении Эддингтона;
- Второе слагаемое, представляющее вклад атмосферной дымки, для его описания предлагается полуэмпирическая формула. Погрешность аналитической функции не превышает 3-5%.
Аналитическое выражение содержит восемь неизвестных параметров атмосферы и подстилающей поверхности. Достоинством метода является его быстродействие и отсутствие необходимости дополнительных данных о состоянии атмосферы в момент съемки.
Проведенные многоуровневые эксперименты подтвердили работоспособность метода коррекции влияния атмосферы на зарегистрированные из космоса данные ФСС.