Technika satelitarna w geofizyce - zasoby1.open.agh.edu.pl · będącego stusunkiem powierzchni satelity do jego masy. Po zakończeniu misji danego satelity pożądane jest jego zniszczenie,

Technika satelitarna w geofizyce

Michał Górkarok III A, Geofizyka Środowiska

e-mail: [email protected] http://www.mgorka.prv.pl

Konsultowała: dr hab. inż. Zofia Mortimer prof. AGH

Akademia Górniczo-Hutnicza w KrakowieWydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska

Kraków, maj 2003 - marzec 2004

1 Opracował: Michał Górka, http://www.mgorka.prv.pl

Spis treści

Podziękowania

I. WstępII. Podstawy fizyczne

1. Ruch satelitów2. Widmo promieniowania elektromagnetycznego3. Teledetekcja4. Fotografia w teledetekcji5. Skanery6. Telewizyjne pozyskiwanie obrazów7. Radiometry mikrofalowe8. Radary9. Wyposażenie satelity na przykładzie ERS-1 (European Remote

Sensing Satellite)10.GPS (Global Positioning System)

III. Zastosowanie w naukach o Ziemi1. Sejsmologia2. Przewidywanie błyskawic3. Geotektonika4. Geomagnetyzm5. Grawimetria

IV. DefinicjeV. Literatura


Wstęp

Geofizyka jest nauką o zastosowaniach zasad fizyki do badań Ziemi. Łączy sięściśle z fizyką, geologią, geomechaniką i geochemią. Nazwa ta stosowana jest wodniesieniu do globalnych pól i procesów fizycznych Ziemi jako planety oraz badańposzukiwawczych (np. wykrywania i rozpoznawania złóż). Trzem głównym geosferomplanety odpowiadają trzy działy geofizyki: geofizyka litosfery, geofizyka hydrosfery igeofizyka atmosfery. Do geofizyki litosfery należą nauki: o ziemskim polu siły ciężkości(grawimetria), o ziemskim polu magnetycznym (geomagnetyzm), o trzęsieniach ziemi irozchodzeniu się fal sprężystych we wnętrzu planety (sejsmologia), o stanie cieplnymZiemi i jej historii termicznej (geotermia), o deformacjach litosfery (geodynamika). Omówiono tu przykładowe zastosowania techniki satelitarnej w badaniach Ziemi.Teledetekcja (przy użyciu fotografii, skanerów, telewizji, radiometrów, radarów i innych)oraz system GPS mają zastosowanie w w/w działach geofizyki. Większość jeststreszczeniem prac różnych autorów, których nazwiska wraz z odnośnikami do literaturyumieszczone są poniżej każdego zacytowanego fragmentu. Dotyczy to również informacjizaczerpniętych z danego źrodła, ale nie zacytowanych.Część mojej pracy, szczgólnie część rozdziału pt. "Podstawy fizyczne", jestprzypomnieniem wiadomości ze szkoły średniej, dlatego jest ona przeznaczona nie tylkodla studentów, ale i również dla uczniów liceów, techników.Praca została tak przygotowana, że można zacząć ją czytać od dowolnego rozdziału. Gdydla Czytelnika jest coś niezrozumiałe, to może On kliknąć na link dostępny na danejstronie odnośnie trudnego słowa (przekierowanie do działu “definicje”), bądź na link, któryprzekieruje go do innego działu.W niektórych podrozdziałach zawarte są odnośniki (linki) do animacji umieszczonych nainnych serwerach ze względu na ograniczoną wiedzę i możliwość zastosowania tegobezpośrednio na tych stronach. Nie biorę odpowiedzialności za zmianę adresu stronyinternetowej autora animacji i innych obiektów graficznych bądź adresów stroninternetowych umieszczonych w literaturze oraz za zmianę ich zawartości.Aby zobaczyć zdjęcie bądź rysunek w powiększeniu, należy kliknąć na wybrany obiekt wobwódce. Wówczas otworzy się nowe okno z wyświetloną jego zawartością. Wszelkieobrazki umieszczone na tych stronach mają rozmiar nie większy niż 40 kB. Dopiero pokliknięciu należy spodziewać się większych rozmiarów, o czym informują napisy w kolorzeczerownym przy każdym takim obiekcie.Referat został przygotowany w języku HTML bez użycia ramek, z minimalną ilościązastosowanych elementów Javascript, dlatego można bez problemów oglądać i czytać gow przeglądarkach internetowych: Microsoft Internet Explorer, Mozilla (Windows, Linux),Opera (Windows, Linux), w przeglądarkach pod UNIXem (Lynx, Elinks) oraz(przypuszczam) w wielu innych. W przeglądarkach Lynx, Elinks itp. może pojawić sięproblem z oglądaniem obrazków i animacji, gdyż są to przeglądarki tekstowe. Materiał, zgromadzony na tej stronie, stanowi uzupełnienie wiadomości zprzedmiotów "Fizyka Ziemi" oraz "Geofizyka ogólna" na Wydziale Geologii, Geofizyki iOchrony Środowiska AGH.

Życzę miłej lektury!Michał Górka


Podziękowania

Pragnę serdecznie podziękować następującym osobom:

• pani dr hab. inż. Zofii Mortimer prof. AGH za czuwanie nad przygotowaniem tegoreferatu, za pomoc i cenne uwagi, dzięki którym nadałem temu opracowaniuostateczną formę,

• panu prof. dr hab. inż. Adamowi Gawinowi za wprowadzenie mnie w tematykędotyczącą techniki satelitarnej i za pomoc w poszukiwaniu literatury,

• panu prof. dr hab. inż. Henrykowi Marcakowi za udostępnienie mi materiałówdotyczących satelitarnej interferometrii radarowej,

• panu mgr inż. Jerzemu Ziętkowi za pomoc w poszukiwaniu literatury dotyczącejsatelitarnej interferometrii radarowej oraz za wyjaśnienie pojęć, których nie mogłemznaleźć w dostępnej mi literaturze,

• moim kolegom Rafałowi Szczeparze za udostępnienie mi komputera na czasprzygotowywania tego referatu oraz Krzysztofowi Wróblewskiemu zaudostępnienie mi skanera i za pomoc przy skanowaniu zdjęć i rysunków.

Michał Górka


Ruch satelitów

Od czasu wielkich odkryć Izaaka Newtona wiadomo, że ciało pozostawione samosobie nad powierzchnią Ziemi będzie opadać w kierunku jej środka ciężkości. Na ciałodziała bowiem siła przyciągania Ziemi, której wartość wyznaczamy ze wzoru:

Fdo=m•g ,

gdzie: Fdo - siła dośrodkowa, m - masa ciała, g - przyspieszenie ziemskie. Opadanie ciała można powstrzymać przykładając do niego siłę równą co dowielkości, lecz skierowaną przeciwnie do siły przyciągania. Taka siła może powstać wtedy,gdy ciału zostanie nadana prędkość skierowana prostopadle do siły przyciągania.Powstaje wówczas siła odśrodkowa, skierowana przeciwnie do siły przyciągania Ziemi, awięc jest ona w stanie ją równoważyć. Jej wartość obliczamy nastepująco:

Fod=mv2/R ,

gdzie: m - masa ciała, v - prędkość, R - odległość ciała od środka obrotu, w tym przypadkuod środka ciężkości Ziemi. Aby ciało stało się satelitą Ziemi, wartości bezwzględne siły przyciągania Ziemi i siłyodśrodkowej muszą być równe, a więc:

Fod=Fdo

mg=mv2/R

g=v2/R

Wartość przyspieszenia ziemskiego można uznać za znaną, która na powierzchniZiemi średnio wynosi g=9,81 m/s2. W miarę oddalania się od powierzchni Ziemiprzyspieszenie ziemskie maleje i na wysokości H nad powierzchnią wynosi:

gH=g•[Rz/(Rz+H)]2 ,

gdzie: Rz - średnia wielkość promienia kuli ziemskiej. Tak więc ogólne równanie ruchu satelity na orbicie kołowej można napisać wpostaci:

gH=v2/(Rz+H)

Pocisk wystrzelony równolegle do powierzchni Ziemi, spadnie. Zwiększenieprędkości początkowej pocisku spowoduje jego upadek dalej od punktu wystrzelenia. Przy


pewnej prędkości, zwanej pierwszą prędkością kosmiczną

v=(g•Rz)1/2 ,

która wynosi v= 7,91 km/s, ciało nigdy nie spadnie. Warto zwrócić uwagę, że jeżeli satelita będzie wystrzeliwany w kierunku wschodnimz terenów w pobliżu równika, to nie trzeba mu nadawać prędkości początkowej równej7,91 km/s, a tylko 7,43 km/s. Ziemia w swym ruchu wirowym porusza się bowiem w takisposób, że punkty na równiku mają zawsze prędkość równą 0,465 km/s w kierunkuwschodnim, więc prędkość początkowa 7,43 km/s wystarczy, aby suma prędkości satelity iruchu wirowego Ziemi dała łącznie pierwszą prędkość kosmiczną.

Ze wzoru:

v=[gH•(Rz+H)]1/2

wynika, że prędkość v satelity zależy od wyskości jego orbity nad powierzchnią Ziemi H.Im ta wysokość jest większa, tym utrzymanie satelity na orbicie kołowej wymaga mniejszejprędkości poruszania się po niej. W niektórych przypadkach wygodnie jest operowaćpojęciem prędkości kątowej satelity:

ω=v/R ,

gdzie: ω - prędkość kątowa, v - prędkość poruszania się satelity po orbicie, R - promieńorbity. Jeżeli prędkość kątowa Ziemi będzie równa prędkości kątowej satelity, to o takimsatelicie mówi się, że znajduje się on na orbicie geosynchronicznej. Jej szczególnymprzypadkiem jest orbita, której płaszczyzna będzie leżała w płaszczyźnie równika. Satelitaporuszający się po tej orbicie będzie wydawał się nieruchomy dla obserwatoraziemskiego, podczas gdy gwiazdy i planety będą wykonywały ruch po nieboskłonie. Takaorbita nosi nazwę geostacjonarnej, a poruszający po niej satelita jest zwany satelitągeostacjonarnym.

W przypadku, gdy satelicie znajdującemu się na orbicie zostałaby nadana prędkośćpozioma mniejsza niż wymagana jest dla tej orbity kołowej o danej wysokości, wówczassatelita ten opadnie na niższą orbitę. W czasie tego opadania nabierze większejpredkości, niż jest wymagana do utrzymania się na niższej orbicie kołowej, co z koleispowoduje ponowne wyniesienie go na orbitę o większej wysokości. Wynika z tego, żesatelita będzie poruszał się po orbicie eliptycznej, w której w jednym z ognisk znajdzie sięZiemia. Podobny efekt zmiany orbity kołowej na eliptyczną można uzyskać wtedy, gdyprędkość wymagana do utrzymania się na danej orbicie kołowej będzie odpowiednia, alesatelita zostanie skierowany nie dokładnie poziomo, lecz w dół lub w górę. Wówczas takżewejdzie na orbitę eliptyczną. Tak więc początkowa prędkość satelity i jego kierunek mają istotny wpływ na kształtorbity. Jeżeli satelicie nie stawia się specjalnych zadań, to zwykle jego orbita jesteliptyczna. W przypadku, gdy chcemy umieścić satelitę na orbicie kołowej, jego prędkośćmusi dokładnie odpowiadać prędkości wyliczonej dla danej orbity. Jeśli jednak prędkość


początkowa statku w momencie jego wejścia na orbitę będzie zawierała się w granicachmiędzy v0 a v0•21/2, to orbita będzie miała kształt eliptyczny. Jeśli natomiast prędkośćwprowadzenia statku na orbitę będzie równa lub większa od v0•21/2, to mimo poziomegoskierowania satelity zacznie poruszać się on po paraboli i ostatecznie oddali się odziemskiego pola grawitacyjnego, odlatując w przestrzeń.

Zależność między początkową prędkością satelity a kształtem jego orbityv0 - prędkość wymagana do utrzymania satelity na orbicie kołowej,

v1 - prędkość satelity na orbitach niekołowych (Ciołkosz, Kęsik 1989)

Jednym z elementów orbity jest nachylenie, czyli kąt dwuścienny jaki tworzypłaszczyzna orbity z płaszczyzną ekliptyki. Kąt ten może być zawarty w granicach 0°-180°.Jeżeli wartość kąta nachylenia orbity zawiera się w przedziale 0°-90°, to ruch satelity potakiej orbicie nazywamy ruchem prostym, czyli satelita porusza się w kierunku zgodnym zkierunkiem wirowego ruchu Ziemi, jeżeli natomiast od 90° do 180°, ruch satelity określonyjest jako ruch wsteczny. Czas przebywania satelitów na orbitach jest bardzo różny i zależy przede wszystkimod wysokości orbity. Jeśli perigeum orbity znajduje się na wysokości ponad 500 km, czasorbitalnego życia satelity zwykle przekracza 20 lat. Większość satelitów porusza się poorbitach, których perigea mieszczą się w przedziale 200-500 km. Czas życia tych satelitówwynosi od kilku dni do kilkutastu lat, w zależności od parametrów orbity i wskaźnikabędącego stusunkiem powierzchni satelity do jego masy. Po zakończeniu misji danego satelity pożądane jest jego zniszczenie, aby niezaśmiecał przestrzeni wokółziemskiej. Zwykle odbywa się to przez deorbitację (usunięcie zorbity) i spalenie satelity w atmosferze ziemskiej, bądź wysłanie go na inną "śmietniskową"orbitę.


Satelity krążące na wysokości kilkuset kilometrów kieruje się po zakończeniu misjido atmosfery ziemskiej. Satelity poruszające się na wysokościach 1500-10000 km są albospalane w atmosferze ziemskiej, albo wysyłane na orbitę, która nie jest wykorzystywanaprzez inne systemy satelitarne. Taka orbita, zwana "śmietnikową", jest zwykle wyższa niżpierwotna. Satelity geostacjonarne natomiast wysyła się na orbitę położoną około 500 kmpowyżej orbity geosynchronicznej. W przypadku satelitów krążących po szczególnie wysokich orbitach, powyżej 40000km, najbardziej ekonomiczną metodą deorbitacji satelity jest wysłanie go w przestrzeńkosmiczną, poza zasięg grawitacyjnego pola Ziemi. Małe satelity, bez systemów dodatkowych rakiet napędowych, jak również szczątkisatelitów czy stacji orbitalnych są usuwane z orbit okołoziemskich za pomocą załogowychi bezzałogowych stacji kosmicznych wyposażonych w specjalne urządzenia do zbierania"śmieci" kosmicznych.

(Ciołkosz, Kęsik 1989)


Promieniowanie elektromagnetyczne

Słońce, a także inne naturalne źródła promieniują energię elektromagnetyczną oróżnych długościach fal. Światło widzialne wywołujące u ludzi wrażenia świetlne jest jednąz postaci energii elektromagnetycznej. Przez długi okres historii, do obserwacji i opisupowierzchni Ziemi człowiek wykotrzystywał tylko widzialny zakres widma. Promienie X,promienie ultrafioletowe, ciepło czy fale radiowe są innymi postaciami tej energii, a zakresdługości fal elektromagnetycznych jest olbrzymi. Wszystkie te postacie energiielektromagnetycznej sa dziedzicznie podobne i można je opisać dwojako: jako falę i jakistrumień fotonów. Fala elektromagnetyczna to rozchodząca się w przestrzeni i w czasie spójnazmiana pola elektrycznego i magnetycznego. Każdej takiej fali można przyporządkowaćdługość λ (odległość pomiędzy kolejnymi ekstremami fali) i częstotliwość f (liczbę cykli,które w czasie sekundy przechodzą przez ustalony punkt). Między tymi wielkościamizachodzi zależność:

λ=c/f

gdzie: c - prędkość światła w próżni (c=300000 km/s)

Widmo promieniowania elektromagnetycznego(Chwaleba et al 1998)


Innym sposobem opisu promieniowania elektromagnetycznego jest traktowanie gojak strumienia cząstek - fotonów, pozbawionych masy spoczynkowej, ale niosącychokreśloną energię E:

E=h•f

gdzie: f - częstotliwość fali elektromagnetycznej, h - stała Plancka (h=6,626•10-34 J•s).

Promieniowanie elektromagnetyczne od nadfioletu do podczerwieni obejmuje zakrespromieniowania o długości fal λ od ok. 1 nm do ok. 1 mm, przy czym nadfioletowa częśćwidma zawiera się w zakresie 1 - 380 nm, a podczerwona - w zakresie 780nm - 1mm.Promieniowanie w zakresie 380-780 nm jest promieniowaniem widzialnym.Podczerwony zakres widma elektromagnetycznego, zarówno w fizyce, jak i w teledetekcji,dzieli się na trzy podzakresy: podczerwień bliską (0,7 - 2,5 µm) rejestrującą odbiciedługofalowego światła słonecznego, oraz podczerwień środkową (do 10 µm) i daleką (10 -100 µm) ujmującą własne, termalne promieniowanie Ziemi.

Zakres oraz rodzaj oddziaływania enargii jest uzależniony od długości falipromieniowania oraz od atomowej, molekularnej i krystalicznej struktury ośrodka.

(Sitek 1997, Chwaleba et al 1998, Winogradow 1983)


Teledetekcja

Teledetekcja jest działem nauk technicznych zajmującym się pozyskiwaniem,przetwarzaniem i interpretowaniem danych będących wynikiem rejestracji promieniowaniaelektromagnetycznego odbitego lub emitowanego przez różnego rodzaju obiekty.Rejestracji dokonuje się przyrządami przenoszonymi przez satelity lub samoloty. Pomiarytakie pozwalają wnioskować o istocie i rodzaju terenu oraz zachodzących na nimzjawiskach, lub też badać stan mórz i oceanów. Rozwój fotografii satelitarnej, a następnie obrazowań powierzchni Ziemi przezsensory niefotograficzne, spowodował ogromne rozszerzenie zakresu technikteledetekcyjnych przydatnych do badań geograficznych. Teledetekcja satelitarna wiąże się ściśle z zastosowaniem sensorówelektronicznych, zapisem danych na taśmach magnetycznych i z komputerowymopracowaniem danych. Pozyskiwanie danych o powierzchni Ziemi za pomocą sensorów wielospektralnychodgrywa istotną rolę w teledetekcji satelitarnej. Pozwala ono na rozszerzenie zakresuobserwacji poza widmo widzialne i fotograficzne, a także na wybór ze zbioru pozyskanychdanych tych, które są najbardziej przydatne do rozpoznania i charakterystyki badanychelementów środowiska. Wraz z pojawieniem się technicznych możliwości rejestracji, przez sensoryumieszczone na satelitach, długofalowego promieniowania podczerwonego emitowanegoprzez powierzchnię Ziemi, rozpoczęto obrazowanie rozkładu temperatury na powierzchninaszego globu.

(Sitek 1997)

Mapa satelitarna przedstawiająca temperaturę na Ziemi. Kolor wprowadzono dla uczynienia mapy bardziejczytelną - temperatura zmienia się od -38ºC (obszary zaznaczone na granatowo) do +40ºC (obszary

zaznaczone na czarno). (Preston 1995)

Satelity geostacjonarne wyposażone są w bardzo różny sprzęt naukowo -badawczy,zależnie od programów, jakie mają realizować - jednakże minimum oprzyrządowaniakażdego z nich stanowią urządzenia teledetekcyjne pozwalające na obrazowanie Ziemi wwidzialnym i podczerwonym pasmach widma.

(Stachlewski, Zubek 1985)


Fotografia w teledetekcji

W ostatnim okresie wprowadzono do rejestracji obrazów różne nowe techniki, takiejak obrazowanie skanerowe, telewizyjne, wielospektralne i radarowe. W dalszym ciągu wpozyskiwaniu informacji największą rolę odgrywa obraz fotograficzny. Fotografia dostarczapółtonowych lub barwnych o dobrej rozdzielczości. Współczesna fotografia w stosunku do fotografii dawnej zmieniła się zasadniczo -cechuje ją różnorodność rejestracji obrazu optycznego utworzonego w płaszczyźnieobrazowej objektywu. Obraz ten może być utrwalony w postaci czarno-białej fotografii(czyli w postaci modulowanej jasności), w postaci fotografii barwnej (modulowanąjasność obrazu zastępują barwy), w postaci fotografii spektrostrefowej (barwnafotografia o fałszywych kolorach, przypisanych różnym zakresom widmaelektromagnetycznego). Nową współczesną techniką jest fotografia wielospektralna(rejestrująca równocześnie ten sam obraz w wybranych zakresach widmaelektromagnetycznego). Systemy fotograficzne wykorzystują najczęściej energięsłoneczną odbitą od obiektów. Można rejestrować fotograficznie zarówno zakresultrafioletu o fali krótszej niż 0,4 µm jak i promieniowanie widzialne o długosci fali od 0,4do 0,7 µm oraz promieniowanie z zakresu bliskiej podczerwieni (nazywanej teżpodczerwienią fotograficzną) o długości fali od 0,76 do 1,2 µm. Oznacza to, że opróczpromieniowania widzialnego można rejestrować promieniowanie o mniejszych i większychzakresach fal elektromagnetycznych. Filmy spektrostrefowe są stosowane przede wszystkim do badania szatyroślinnej.W rezultacie rejestracji na takich materiałach niezauważalnego dla wzrokupromieniowania podczerwonego powstają barwne obrazy szczegółów i zjawisk, którychnie można wykryć ani bezpośrednio w terenie ani na zdjęciach panchromatycznych ibarwnych. Fotografię wielospektralną można scharakteryzować przez cechy energetycznepromieniowania elektromagnetycznego. Wybrany przedział tego promieniowania zostajeprzekształcony na obraz fotograficzny w zakresie pasma widzialnego (0,4-0,7) µm. Tenrejestrowany przedział może być znacznie szerszy od zakresu promieniowaniawidzialnego, ale może też być znacznie węższy lub może może stanowić tylko wyciągspektralny, tzn. bardzo małą jego część. Zdjęcia panoramiczne pozyskiwane metodą skanowania to poprzeczny do kierunkulotu obraz wydłużonego pasa terenu. Takie fotografie wykonuje się specjalną kamerą,która skanuje poprzecznie od lewej do prawej strony wybieranego pasa (lub odwrotnie). Zdjęcia panoramiczne dostarczają obrazów o dużo większym pokryciu niż zdjęciakonwencjonalne (kadrowe), a ponadto rozdzielczość zdjęć panoramicznych w częściachśrodkowych jest 5 razy większa niż zdjęć kadrowych.

(Sitek 1997)


Skanery

Zasadniczym źródłem obrazów cyfrowych, zwłaszcza w systemach satelitarnych, jesttechnika skanerowa. Obrazy są pozyskiwane przez skanery wyposażone w detektoryuczulone na odpowiednie zakresy widma elektromagnetycznego. Po przetworzeniu napostać cyfrową, obrazy są przesyłane drogą telekomunikacyjną z satelity do stacjiodbiorczych na Ziemi. Skaner satelitarny jest radiometrem badającym w sposób ciągły pasy terenu poniżejlotu statku, na którym jest umieszczony. Taki pas składa się z przylegających do siebielinii skanowania, wciąż na nowo wybieranych poprzecznie do linii lotu. Ze wzgledu nazakres rejestrowanego promieniowania skanery można podzielić na:

termalne skanery liniowe (IRLS - Infra Red Line Scanner) - działające wpodczerwieni,

wielospektralne (MSS - Multi Spectral Scanner).

Skaner termalny liniowy służy do badania promieniowania jedynie w rejoniedalekiej podczerwieni, natomiast skaner wielospektralny umożliwia zbieranie danychzarówno w widzialnej jak i termalnej części widma elektromagnetycznego. Ze względu na sposób działania wyróżnia się skanery optyczno-mechaniczne iskanery elektrooptyczne. Kiedy instrument skanuje (wybiera liniami) przestrzeńprzedmiotową, otrzymywane w detektorze sygnały (proporcjonalne do promieniowania) sąwzmacniane i rejestrowane w stosunku proporcjonalnym do szybkości statku (nosicielaskanera). W ten sposób otrzymuje się serię elektrycznych profili charakteryzujących linieskanowania, które można rejestrować rozmaitymi sposobami analogowymi i cyfrowymi. Ze wzdlędu na czas powstania skanery dzielimy na:

skanery I generacji - optyczno-mechaniczne, które badają tylko pojedynczepowierzchnie elementarne (piksele terenowe), a przez zmianę orientacji układuoptycznego skanera, kolejno po sobie przekazują informacje o wybieranej linii.Skanery te używane są zwłaszcza w systemach LANDSAT oraz innychamerykańskich systemach satelitarnych.

skanery II generacji - elektrooptyczne liniowe, w których jedna linia zawierającakilka tysięcy detektorów w tej samej chwili bada odpowiadający tej linii detektorówpas terenu. Takie skanery zainstalowano na francuskim satelicie SPOT.

skanery III generacji - skanery elektrooptyczne powierzchniowe, tzw. kamery CCD(Charge-Coupled Devices - przyrządy ze sprzężeniem ładunkowym), czyli skaneryzbudowane jak kamera fotograficzna z tym, że w płaszczyźnie obrazowej (zamiastemulsji fotograficznej) znajdują się matryce detektorów CCD. Są to, odpowiedniopołączone w macierze (rastry), zestawy elementów pólprzewodnikowych zesprzężeniem ładunkowym, w których następuje przekształcenie promieniowaniaelektromagnetycznego na sygnały elektryczne - rejestrowane w postaci cyfrowej.

Skaner wielospektralny jest wyposażony w kilka detektorów i bada promieniowaniena różnych długościach pasm w tym samym czasie i w tych samych warunkach. Dziękitemu różnice w obrazach otrzymywanych z rozmaitych kanałów przypisywane są niezmianom atmosferycznym, lecz charakterowi fizyczno-chemicznemu obiektu. W skanerach optyczno-mechanicznych promieniowanie pada na obracające sięlustro i kierowane do elementów układu optycznego jest rozszczepiane na różne zakresylub kanały. Najpierw następuje rozdział na promieniowanie widzialne (0,38-0,72 µm) i


podczerwone (0,72-14,0 µm), a następnie promieniowanie widzialne jest rozdzielane zapomocą pryzmatu na różne pasma. Detektory dobrane są w taki sposób, że każdy jestuczulony na dany zakres promieniowania elektromagnetycznego. W skanerach elektrooptycznych układ optyczny jest wyposażony w pakietywymiennych filtrów, połączonych z odpowiednimi detektorami odbierającymipromieniowanie w ustalonych długościach fal. Na wyjściu każdego detektora otrzymuje sięsygnał elektryczny, który jest wzmacniany i w skanerze wielospektralnym zazwyczajrejestrowany na taśmie magnetycznej. Sygnał może być również bezpośredniotransmitowany z satelity do stacji odbiorczej.

(Sitek 1997)


Telewizyjne pozyskiwanie obrazów

Do metod zdalnego obrazowania należy również telewizja. Obrazy telewizyjnerejestruje magnetowid lub przystawka fotograficzna do wykonywania zdjęć ekranukineskopu. Kamerę telewizyjną można przystosować do odbioru promieniowaniaelektromagnetycznego w wybranym przedziale spektralnym przez dobór odpowiedniegodetektora, odpowiedniego układu optycznego i filtrów.

Zasada działania systemów telewizyjnych polega na przetworzeniu obrazuoptycznego, za pomocą lampy analizującej, na odpowiedni ciąg sygnałów elektrycznych(analiza obrazu), które po przesłaniu na miejsce odbioru ponownie są przeształcone naobraz optyczny (synteza obrazu). W analizie i syntezie obrazu wykorzystuje się strumieńelektronów.

W obrazowaniu telewizyjnym stosuje się też kamery termowizyjne. W niektórychradiometrach termalnych, zwanych termowizorami lub kamerami termalnymi, nawyjściu otrzymuje się obraz telewizyjny w postaci czarno-białego lub barwnego obrazuniewidzialnego promieniowania podczerwonego. To promieniowanie, wysyłane przezprzedmiot, po przejściu przez obiektyw i układ przeszukujący jest ogniskowane wpłaszczyźnie detektora. Detektor przetwarza to promieniowanie na proporcjonalne do jegomocy sygnały elektryczne. Sygnały te są przekazywane do układów elektronicznej obróbkisygnału, a następnie, przez układy odtwarzania, formują obraz telewizyjny na monitorze.

Kamera może rozpoznawać temperatury od -20ºC do +900ºC, a używającspecjalnych filtrów - do +2000ºC. Rozkład promieniowania pojawia się na monitorze TV wpostaci odcieni szarości jako termogram tworzący obraz czarno-biały lub w postacimozaiki barwnej dla obrazu barwnego.

(Sitek 1997)


Radiometry mikrofalowe

Dla pozyskiwania informacji w rejonie mikrofal (1mm do 1m) stosuje się systemypasywne i systemy aktywne. W systemach pasywnych ten zakres długości fal obejmujepromieniowanie o mniejszym natężeniu, nazywane jest też cieplnym promieniowaniemradiowym (CPR) i wykrywane za pomocą systemów mikrofalowych (radiometrówmikrofalowych nazywanych niekiedy termolokatorami). Ze względu na wykorzystane długości fal elektromagnetycznych, radiometrymikrofalowe można podzielić na dwie grupy: radiometry o zasięgu spektralnym 0,3 - 14µm i takie, w których stosuje się fale milimetrowe. Radiometr, będąc przyrządem dopomiaru natężenia promieniowania elektromagnetycznego, jest zazwyczaj sensoremnieobrazującym. Reaguje elektronicznie na natężenie promieniowania odbieranego odobiektów, porównuje jego wielkość z promieniowaniem przyjętym za wzorcowe(przyjmując za wzorzec np. ciało doskonale czarne) i na podstawie tej różnicy tworzyodpowiedni sygnał. Charakterystyka fizyczna radiometrów zależy od zastosowania. Wszystkie radiometry o zasięgu spektralnym 0,3 - 14 µm posiadają:

układ optyczny do zbierania energii promieniowania urządzenie do selekcjonowania długości fali urządzenie do przekształcenia sygnału.

Radiometry mikrofalowe służą do pomiaru mocy promieniowania o małym natężeniu.W rezultacie wzmocnienia i przekształcenia promieniowania na sygnał elektrycznydostarczają na wyjściu systemu (ekranie monitora) wynik podobny do wyniku uzyskanegow radiometrze termalnym. Mogą też tworzyć czarno-biały obraz termalny terenu w postacilinii o modulowanej jasności. W odniesieniu do urządzeń rejestrujących podczerwieńtermalną urządzenia mikrofalowe mają większy zakres wykorzystywanych długości faloraz dużo większy powierzchniowy zasięg penetracji. Przeszukiwanie określonego sektoraprzestrzeni anteną radiometru mikrofalowego polega na prowadzeniu wiązki antenowejliniami, podobnie jak wybiera się linie w systemie telewizji. Radiometry mikrofalowe stosuje się m. in. do:

badania środowiska wykrywania i określania położenia obiektów naziemnych, nawodnych, powietrznych

i kosmicznych rozpoznawania i sporządzania mapy terenu.

(Sitek 1997)


Radary

Radar (ang. Radio Detection And Ranging) jest to nazwa urządzenia do wykrywania iokreślania położenia lub parametrów ruchu objektów, które wykazują zdolność odbijaniafal elektromagnetycznych. Pod wieloma względami działanie radaru jest podobne doprocesu fotografowania wykonywanego z lampą błyskową. Rolę lampy, która oświetlaobiekt, spełnia w radarze wąski strumień fal radiowych, wysyłanych za pośrednictwiemanteny kierunkowej, a rolę kamery fotograficznej pełni odbiornik radiowy wychwytującyodbite fale radiowe. Radar należy zatem do systemów aktywnych, gdyż generuje itransmituje własną energię. Systemy aktywne wykorzystują zazwyczaj energięelektromagnetyczną fal dłuższych, która może przechodzić przez chmurę i mgłę. Jest topromieniowanie mikrofalowe (zwane też cieplnym promieniowaniem radiowym) o długościfali od 1 mm do 1 m.

(Sitek 1997)

W radarach satelitarnych do rejestracji używa się promieniowania należącego donastępujących pasm:

P - w zakresie λ = (136 - 77) cm, f = (0,22 - 0,39) GHz UHF - w zakresie λ = (100 - 30) cm, f = (0,30 - 1) GHz L - w zakresie λ = (30 - 15) cm, f = (1 - 2) GHz S - w zakresie λ = (15 - 7,5) cm, f = (2 - 4) GHz C - w zakresie λ = (7,5 - 3,75) cm, f = (4 - 8) GHz X - w zakresie λ = (3,75 - 2,40) cm, f = (8 - 12,5) GHz Ku - w zakresie λ = (2,40 - 1,67) cm, f = (12,5 - 18) GHz K - w zakresie λ = (1,67 - 1,18) cm, f = (18 - 26,5) GHz Ka - w zakresie λ = (1,18 - 0,75) cm, f = (26,5 - 40) GHz Pasmo milimetrowe - w zakresie λ < 0,75 cm, f >40 GHz

(Marcak 2001)

Zasada działania radaru

Większość obrazujących radarów wykorzystuje transmisję impulsową. Cykl zaczynasię generowaniem w nadajniku krótkiego impulsu napięcia oscylującego sinusoidalnie przyczęstotliwości nośnej (3•108/λ[m]). Czas trwania impulsu zawiera się od 0,01 do 0,1 µs.Dla większości radarów moc w czasie trwania impulsu wynosi sporo kilowatów. Impulsrozchodzi się (promieniuje) z anteny nadawczej i fale wędrują w przestrzeni dopowierzchni terenu. Odbite od różnych części powierzchni terenu fale dochodzą do antenyodbiorczej w różnym czasie w zależności od odległości, w jakiej znajduje się systemradarowy od penetrowanego terenu. Układ synchronizacji, który zainicjował impulsnadawczy, rozpoczyna działanie obrazujące lub uruchamia system zapisu alborównocześnie z transmisją albo z dostatecznie długim opóźnieniem po tym jak pierwszeecha osiągnęły odbiornik. Odbiornik wzmacnia powracające sygnały (obecnie na poziomie10-12 W) do poziomu odpowiedniego do uruchomienia systemu obrazowania lub zapisu.

(Sitek 1997)


Systemy satelitarnej rejestracji radarowej

Satelitarne pomiary radarowe polegają na wysyłaniu impulsu w postaci fali radarowejz satelity, w ten sposób, aby oświetlił on scenę (ograniczony obszar powierzchni Ziemi), izarejestrowaniu impulsu przez nią rozproszonego. Jeżeli używa się satelitarnychsystemów z antenami monostatycznymi, to ta sama antena może służyć jako źródło faliradarowej i jej odbiornik. Istotnym elementem, który wpływa na sposób tworzenia obrazówradarowych, jest długość fali radarowej używanej do rejestracji satelitarnej. Na potrzeby geologiczne i geodezyjne używa się radarów z bocznym wybieraniemSLAR (ang. Side Looking Airborne Radar).

Sposób oświetlenia powierzchni ZiemiRys. B: β - kąt odbicia, φ - kąt patrzenia;

Rys. C: βH -śzerokość kątowa wiązki.(Marcak 2001)

W takim systemie pomiarowym antena umieszczona na platformie satelitarnejporusza się ruchem kołowym w kierunku prostopadłym do kierunku ruchu satelity wzakresie ograniczonym kątami: maksymalnym i minimalnym. Impuls radarowy, któregoczas trwania τ jest bardzo krótki, oświetla scenę o rozmiarach zależnych od rozmiaruanteny, wysokości satelity nad powierzchnią Ziemi i długości fali radarowej. Fala radarowarozproszona przez scenę w kierunku satelity jest przez system rejestrowana izapamiętywana. Istnieją dwa sposoby rejestracji tak rozproszonej fali:

1. Rzeczywisty System Wybierania RAR (ang. Real Aperture Radar), pozwala narejestrację obrazu ze scen o zmieniającym się rozmiarze, zarówno jegozwiększającej się długości, jak i jego szerokości, które to zmiany są wynikiemzmiany kąta patrzenia promieni radarowych.


Rzeczywiste systemy wybierania w obserwacjach radarowychβ - kąt patrzenia.

(Marcak 2001)

2. Syntetyczny System Wybierania SAR (ang. Synthetic Aperture Radar) -szerokość sceny jest mała, mimo zmiany odległości pomiędzy satelitą a oświetlanąprzez niego powierzchnią.

Syntetyczne systemy wybierania w obserwacjach radarowych(Marcak 2001)

System SAR wymaga instalacji nowoczesnego systemu informatycznego,pozwalającego na regulowanie szerokości wiązki w funkcji kąta patrzenia. Wielkośćpowierzchni oświetlenia jest zależna od kąta patrzenia. Dla elementów pionowychrośnie wówczas strefa cienia, która zaznacza się na obrazie w postaci czarnychplam.

Zależność długości obszaru rejestracji i obszaru zacienionego od kąta patrzenia w systemie SAR(Marcak 2001)


Ruch satelity w stosunku do powierzchni Ziemi powoduje powstanie zjawiskaDopplera. W przypadku satelitarnych obserwacji radarowych efekt ten oznaczaprzesunięcie widma obserwowanych sygnałów - w tym kierunku, w którym odbywa sięruch satelity - o tzw. częstotliwość dopplerowską:

fdopl=2vR/λ

gdzie: vR jest względną prędkością satelity wzdłuż profilu, λ - długością fali radarowej.

(Marcak 2001)

Rejestrowanie odbitego promieniowania dokonywane jest cyfrowo lub analogowo. Dorejestracji analogowej wykorzystuje się ruchomy film, na którym w postaci fotograficznejobrazowane są wąskie linie o modulowanej jasności powstające na lampieelektronopromiennej. Zgodnie z ruchem postępowym statku (i odpowiedniego do niegoprzesuwania filmu) linie tworzą dwuwymiarowy obraz tej części terenu, która jestsukcesywnie opromieniowana emitowaną wiązką fal radiowych. Skala takiegozobrazowania jest bardzo mała i zmienia się od 1:100000 do 1:250000.

(Sitek 1997)

Satelitarna interferometria radarowa

Z obrazów radarowych można wydobyć informacje o bardzo niewielkich pionowychruchach obszarów przedstawionych na tych obrazach. Takie informacje można otrzymać zobrazów interferometrycznych. Obrazy takie powstają przez sumowanie wynikówrejestracji radarowych, przeprowadzonych z tego samego miejsca w różnym czasie. Jeżeli powierzchnia odbijająca przesunie się w kierunku pionowym o połowędługości fali, to odbita monochromatyczna fala radarowa jest w fazie przeciwnej wstosunku do fali powstałej z odbicia od powierzchni odbijającej przed przesunięciem.Dodanie takich zapisów, jeżeli inne czynniki wpływające na strukturę obrazu są takiesame, daje wartości zerowe. Z drugiej strony, jeżeli pionowe przesunięcie pomiędzypowierzchniami odbijającymi w czasie, jaki upłynął pomiędzy kolejnymi satelitarnymizdjęciami radarowymi, jest równe całej długości monochromatycznej fali radarowej, to wrezultacie sumowania zdjęć powstaje wzmocnienie, wynikające z sumowania amplitudodbijających się fal radarowych. Każde inne przesunięcie pomiędzy położeniempowierzchni odbijających daje w wyniku sumowania obrazów radarowych wartości zawartepomiędzy powyżej omówionymi wartościami maksymalnymi. W rezultacie obrazyinterferencyjne, powstałe w wyniku sumowania obrazów radarowych, mają strukturęprążkową. Położenie prążków na obrazie interferometrycznym i jego intensywność mogąbyć przekształcane na wielkość przesunięć, a nawet na prędkość ruchu powierzchniodbijającej. Takie informacje są szczególnie użyteczne w rejonach, gdzie występują trzęsieniaziemi, erupcje wulkaniczne, jak również ruchy lodowców, przesunięcia dużych wydm, itp. Dokładność i rozdzielczość obrazów interferometrycznych zależy od dokładnościlokalizacji położenia satelity podczas dwóch kolejnych zdjęć radarowych, długości faliradarowych i powtarzalności parametrów, które trzeba ustalić w czasie wykonania zdjęcia.


Obraz interferometryczny części lodowca Rutford the Streom AntarcticaZaznaczone strzałki wskazują kierunek płynięcia lodowca.

(wg Goldstein 1993 w Marcak 2001)

Z powyższego obrazu można było ocenić prędkość ruchu mas lodowych naAntarktydzie na 390 m w ciągu roku.

(Marcak 2001)


Wyposażenie satelity na przykładzie ERS-1 (European Remote Sensing Satellite)

17 lipca 1991 roku satelita teledetekcyjny ERS-1 został umieszczony przezEuropejską Agencję Kosmiczną ESA (European Space Agency) na orbiciewokółbiegunowej.

Satelita ERS-1(Sitek 1997)

Na pokładzie satelity zainstalowano 3 urządzenia radarowe i 2 pasywne. Urządzenia radarowe służą zarówno do obrazowania terenu jak i celów pomiarowych iskładają się z następujących instrumentów:

1. Radiolokatora mikrofalowego o nazwie AMI (Active Microwave Instrument)wykorzystującego promieniowanie z zakresu pasma C (5,66 cm). Instrument tenwyposażono w 3 sposoby (tryby) operacyjne. Działa jako radiolokator obrazowy wdwóch wariantach i jako skaterometr.

2. Wysokościomierza radarowego (Radar Altimeter) służącego do pomiarówwysokości fal mórz i oceanów, prędkości wiatru w warstwie przypowierzchniowej, atakże do określania pokrywy lodowej, jej rodzaju i topografii.

3. Urządzenia do precyzyjnego określania pozycji satelity i charakterystyki orbityPRARE (Precision Range and Range-Rate Equipment). Wykorzystuje ono nadajnikimikrofalowe o dwóch częstotliwościach, które umożliwiają dwukierunkową łącznośćmiędzy satelitą a ruchomymi stacjami naziemnymi wyposażonymi w anteny o małejśerdnicy (0,6 m).

Urządzenia pasywne to: 1. Radiometr skanujący ATSR i sonda mikrofalowa (Analog-Track-Scaning

Radiometer and Microwave Sounder). Są to sensory podczerwieni i mikrofal. Służądo pomiaru temperatury powierzchni wody, temperatury górnej warstwy chmur i dookreślania całkowitej zawartości wody w atmosferze. Czterokanałowy radiometr


podczerwieni wykorzystuje promieniowanie z zakresu: 1,6 - 12,0 µm zrozdzielczością przestrzenną 1 km • 1 km i radiometryczną 0,1 K. Sondamikrofalowa (pasywny radiometr) służy do pomiaru całkowitej zawartości wody watmosferze.

2. Reflektor laserowy LRR (Laser-Retro-Reflector) służący do precyzyjnego pomiaruodległości między satelitą i stacjami naziemnymi z laserami pulsacyjnymi dużejmocy.

(Sitek 1997)


GPS (Global Positioning System)

Globalny System Pozycjonowania składa się z trzech powiązanych ze sobązespołów:

1. segmentu kosmicznego - satelitów okrążających Ziemię, 2. segmentu kontroli - stacji kontrolujących i monitorujących prowadzonych przez

Departament Obrony USA (U. S. Department of Defense - DOD), 3. segmentu użytkownika - odbiorników GPS, będących w posiadaniu osób

prywatnych, instytucji, firm i wojska. Segment kosmiczny składa się z układu 24 aktywnych satelitów, okrążających Ziemię wciągu 12 godzin.

Konstelacja satelitów GPS(Dana 1998)

Na każdej z sześciu orbit konstelacji znajdują się cztery satelity na wysokości ponad 20000 km nad powierzchnią Ziemi. Orbity są rozmieszczone wokół całej Ziemi i nachylonedo powierzchni równika pod kątem 55°.

Każdy satelita transmituje dwa rodzaje sygnałów: L1 (1575.42 MHz) i L2 (1227.60 MHz).Sygnał L1 jest przetwarzany dwoma pseudo-przypadkowymi sygnałami zagłuszającymi:chronionym kodem P i kodem C/A (Coarse Aquisition - pseudolosowa sekwencja bitów,która powtarza się cyklicznie co 1 ms). Sygnał L2 zawiera jedynie kod P. Każdy satelitawysyła inny sygnał, co ułatwia odbiornikom rozpoznanie, z którego satelity pochodzi danysygnał.

(GPS-PL 2003)


Zasada działania

Zasada działania systemu opiera się na pomiarze odległości pomiędzy satelitą, któryporusza się po ściśle wyznaczonej orbicie a odbiornikiem. Znana odległość od satelitylokuje odbiornik na sferze o promieniu równym zmierzonej odległości. Znana odległość oddwóch satelitów lokuje odbiornik na okręgu będącym przecięciem dwóch sfer. Kiedyodbiornik zmierzy odległość od trzech satelitów, istnieją tylko dwa punkty, w których możesię on znajdować. Jeden z tych punktów można wykluczyć jako znajdujący się zbytwysoko lub poruszający się zbyt szybko i w ten sposób wyznaczyć swoją pozycję. Należytylko poznać odległość od satelitów emitujących bardzo słabe sygnały (o mocy zbliżonejdo szumu tła), i to z centymetrową dokładnością. Dokonuje się tego poprzez pomiaropóźnienia sygnału odebranego z poszczególnych satelitów. Odbiornik GPS dysponujetylko własnym zegarem kwarcowym. Wyznaczanie godziny z dokładnością donanosekund odbywa się poprzez odbieranie sygnału nie od trzech, a od czterechsatelitów. Można wówczas wyliczyć zarówno rzeczywisty czas, jak i położenie.

Pozycja i czas z sygnałów odebranych z czterech satelitów GPS(Dana 1998)

Opisana metoda pomiaru daje błąd poniżej 10 metrów. Dokładność taką mogłyuzyskać tylko amerykańskie odbiorniki wojskowe. Odbiorniki cywilne wówczas musiałyzadowolić się kodem C/A, w którym sygnał czasu był umyślnie zakłócany poprzezDepartament Obrony USA. Stąd też spadek dokładności do ok. 50-100 metrów.Zakłócenia wprowadzone sztucznie do systemu nazywają się SA (Selective Availability) isprawiają, że każdy samodzielny odbiornik GPS, pozostawiony w bezruchu, będziestopniowo wykazywał zmiany pozycji w promieniu do 100 metrów. Od 1 maja 2000 rokusytuacja ta zmieniła się, Departament Obrony USA zaprzestał wprowadzania błędu doGPS i obecnie dokładność pozycji wynosi do 10 m. Zmiany te dotyczą całego świata, zwyjątkiem niektórych regionów, na których toczy się wojna lub jest niestabilna sytuacjapolityczna. Pomiary bez użycia technologii różnicowej są obarczone dużym błędem. Wielkość


błędu jest trudno przewidywalna; również technologie uśredniania stają się w miaręskuteczne (5-7 metrów) dopiero przy bardzo długich czasach obserwacji. Dokładnośćstandardowa jest wystarczająca tylko do nawigacji, dlatego wymyślono metodę obejściaproblemu zakłócania sygnału. Metodą tą jest pomiar względny DGPS (Differential GPS).Zasada jest prosta: jeżeli ustawi się odbiornik GPS w ustalonym punkcie, to na skutekzakłócenia sygnału pozycja przez niego wyznaczona będzie się ciągle zmieniać. Jeżeliobliczymy różnicę pomiędzy zmierzoną przez odbiornik pozycją, a pozycją rzeczywistąodbiornika to otrzymamy tzw. wektor błędu. Otrzymane w ten sposób informacje, tzw.dane korekcyjne, odejmuje się od danych odbieranych przez GPS-y dokonującepomiarów w terenie. Uzyskana w ten sposób pozycja jest tym dokładniejsza, im bliżejznajdują się baza korekcyjna i odbiornik dokonujący pomiarów.

System DGPS(Dana 1992)

W odległości kilkunastu kilometrów od bazy można dokonywać pomiarów geodezyjnych(dokładności centymetrowe); do pozostałych zastosowań wystarczy baza umieszczona wpromieniu paruset kilometrów (dokładność kilku metrów).

System GPS nie posiada żadnych ograniczeń prędkości i wysokości, lecz zgodniewymogami USA komercyjne odbiorniki mogą pracować jedynie poniżej prędkości 1665km/h i poniżej wysokości 18 km. Nie produkowane już modele starszego typu (np. GPS40, GPS 45) miały ograniczenie do prędkości 166,5 km/h. Z chwilą wprowadzenia doprodukcji 12-kanałowych odbiorników to ograniczenie zostało zniesione.

(Perfect s.c. 2000)

Czasami może zdarzyć się, że wartości wysokości podawane przez odbiornik GPSróżnią się tak bardzo od siebie. Sytuacja taka może być efektem geometrii satelitów, zktórych korzysta odbiornik. W celu uzyskania najbardziej dokładnej wysokości i lokalizacji,należy używać satelitów zlokalizowanych jak najdalej od siebie (ale niezbyt niskopołożonych nad horyzontem) i jednego dokładnie nad głową.


Poprawna geometria satelitów GPS(Dana 1994)

Niepoprawna geometria satelitów GPS(Dana 1994)

Z reguły satelity występują częściej bliżej linii horyzontu, jak również odbiornik częściejwybiera satelity bliższe horyzontu w celu uzyskania bardziej dokładnej pozycji poziomej,na tym bowiem zależy większości użytkowników odbiorników nawigacyjnych. Dlatego teżbłąd w obliczaniu wysokości jest większy, zazwyczaj 1.5 razy w stosunku do błędupoziomego. Powoduje to duże różnice wartości wysokości w danym punkcie.

(GPS-PL 2003)

Nawigacja - WAAS / EGNOS

System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych: WAAS(Wide Area Augmentation System) w Ameryce, EGNOS (Euro Geostationary NavigationOverlay Service) w Europie oraz japoński MSAS (Multi-Functional Satellite AugmentationSystem) w Azji. Mnogość nazw jest skutkiem zarządzania każdego z systemów przezodrębne instytucje. W Polsce często używa się zamiennie obu tych nazw. WAAS, EGNOSi MSAS są też niekiedy wspólnie określane jako SBAS (Satellite-Based Augmentation


Systems). System z założenia nie działa samodzielnie, lecz jest uzupełnieniem systemu GPS.Pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z 10 m do poniżej 3 metrów wodbiornikach przystosowanych do odbioru sygnału WAAS. Składa się z naziemnych stacjireferencyjnych, które przesyłają poprawki do dwóch satelitów geostacjonarnych EGNOS.Za pośrednictwem tych satelitów, sygnał trafia do odbiorników GPS pozwalając naskorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitów GPS. EGNOS jestobecnie w fazie wdrażania, przeprowadzane są testy, dlatego dostępność sygnału jestokresowa, mimo że satelity WAAS mogą być stale widoczne na ekranie odbiornika.

Różnice pomiędzy dokładnością GPS, DGPS i WAAS(Perfect s.c. 2003)

• <3 m: dokładność odbiornika odbierającego sygnał WAAS/EGNOS. • 5-3 m: taki przedział dokładności jest możliwy przy zastosowaniu odbiornika do

odbioru sygnału korekcji różnicowej DGPS. • 10 m: taką dokładność w praktyce osiągają odbiorniki korzystające z sygnału GPS

bez SA. • 100 m: to dokładność z jaką odbiorniki określały pozycję do 2 maja 2000 r. kiedy to

wyłączono sygnał ograniczający dostęp (SA) do pełnej dokładności. Europejska Agencja Kosmiczna (ESA - European Space Agency) administrującasystemem EGNOS poinformowała, że sygnał od 1 kwietnia 2003 jest dostępny w sposóbciągły.

(Perfect s.c. 2003)

Centymetrowa dokładność?

Bardzo dokładne pomiary GPS przeprowadza się przy użyciu innych odbiornikówokreślanych mianem "systemów kartograficznych / geodezyjnych". Systemy te używająobydwu częstotliwości oraz skorygowanych danych, uzyskanych poprzez porównaniepomiarów z odbiornika ruchomego i pomiarów z odbiornika stacjonarnego o znanejlokalizacji. Mogą one również dokonywać uśredniania pozycji co pewien okres czasu.Uśrednianie to pozwala raczej określić bardzo dokładnie różnice w pomiarze pozycjipomiędzy odbiornikiem ruchomym i stacjonarnym, niż absolutną pozycję obydwuodbiorników.

(GPS-PL 2003)


Zasada działania (wersja poszerzona)

(Perfect s.c. 2000)

To jeden z 24 satelitów okrążających Ziemię na wysokości 20200 km. System jestdodatkowo wyposażony w 4 satelity rezerwowe, które są uaktywniane w przypadku awariiktóregoś z podstawowych.

Satelity umieszczone są wokół Ziemi na sześciu orbitach. Każdy z nich okrąża Ziemię 2razy na dobę. Takie rozwiązanie gwarantuje, że w każdym miejscu Ziemi o dowolnej porzenad horyzontem znajdują się conajmnej trzy satelity. Zaś prawdopodobieństwo, że w dowolnym miejscu na Ziemi nad horyzontem znajdzie się5 satelitów wynosi aż 0.9996.

(Perfect s.c. 2000)

Widoczność satelitów nad horyzontem jest istotna, bowiem do określenia pozycjiodbiornik GPS potrzebuje sygnałów z trzech satelitów.

Odbiornik GPS odbiera z satelitów dokładne informacje o ich położeniu, następnie określaodległość dzielącą go od każdego z nich. Czyni to na podstawie pomiaru czasu przebiegusygnału radiowego nadawanego na częstotliwości 1575,42MHz.

Dane o lokalizacji satelitów i odległości od każdego z nich są wystarczające do obliczeniapozycji odbiornika GPS na kuli ziemskiej. Dokładność tak obliczonej pozycji wynosi ok. 10m.


(Perfect s.c. 2000)

Czwarty satelita umożliwia określenie wysokości n.p.m., na której znajduje sięodbiornik. Dane o aktualnej pozycji, prędkości, kierunku poruszania się i wiele innychmożna odczytywać z wyświetlacza odbiornika GPS. Wskazania będą na bieżąco zmieniaćsię w miarę naszego przemieszczania.

(Perfect s.c. 2000)

Przykładem prostej, podstawowej funkcji każdego odbiornika GPS jest wprowadzeniejego lokalizacji do podręcznej pamięci. Umożliwia to powrót dokładnie w to samo miejsce.W większości odbiorników GPS takich punktów z opisem słownym i ikoną można wpisać500.

(Perfect s.c. 2000)

Inną możliwością wszystkich odbiorników GPS GARMIN jest automatyczny zapistrasy - TrackLog. Wynikiem zapisu jest ślad, po którym możemy wrócić lub po latachprzemierzyć dokładnie tą samą trasę. Niezależnie od automatycznego zapisu możemyzaznaczyć i opisać ważne miejsca w terenie.

(Perfect s.c. 2000)


Sejsmologia i wulkanizm

Predykcja trzęsień ziemi

Trzęsienie ziemi nie jest zdarzeniem nagłym, lecz procesem, który przygotowuje sięjakiś czas i przejawia w różnych zjawiskach fizycznych. Jako zwiastun trzęsienia należytraktować zmiany pewnych parametrów lub pól fizycznych w okresie poprzedzającym tozjawisko. Anomalie tych pól lokalizują się w pobliżu przyszłego ogniska. Szczegółowe przewidywanie (predykcja) czasu, miejsca oraz magnitudy trzęsienianie jest możliwe przy dzisiejszym stanie wiedzy. Prognoza długoterminowa, że trzęsieniew danym rejonie pojawi się w okresie kilku, kilkudziesięciu lat, możliwa jest poprzezanalizę cykli (powtarzalności) sejsmicznych tego obszaru. Podejście statystyczne do prognozowania bazuje na czasowo-przestrzennejkorelacji między trzęsieniami dla oceny prawdopodobieństwa wystąpienia kolejnegotrzęsienia. Statystyka zdarzeń wykazała, że nie są one zdarzeniami zupełnieniezależnymi. Możliwe są obserwacje pośrednie: oddziaływanie naprężenia na magnetyczne ielektryczne własności skał i na prędkości fal sprężystych. Naprężenie modyfikujemagnetokrystaliczną anizotropię minerałów magnetycznych. Szacuje się. że oczekiwaneanomalie magnetyczne mogą być rzędu 10 nT. Jest to wartość mierzalnamagnetometrami protonowymi połączonymi różnicowo, by wyeliminować zakłóceniageomagnetyczne pochodzenia magnetosferycznego. Niektórym trzęsieniom ziemi towarzyszą towarzyszą efekty świetlne: poświatagruntu, stoków gór, świecenie nieba nad wodą w obszarze epicentrum, świecenieobłoków. Efekty te mogą być tłumaczone powstaniem silnych pól elektrycznychwyzwalających lawinowe procesy jonizacji lub wzbudzenia metastabinych atomów. Występujące w atmosferze promieniowanie elektromagnetyczne o szerokim paśmieczęstotliwości pochodzi od źródeł sztucznych (komunikacja, przemysł) i naturalnych (burzemagnetyczne, procesy w jonosferze i magnetosferze). Rejestrowana jest zmianapotencjału elektrycznego atmosfery – wariacje pola elektrotellurycznego w okresie od kilkugodzin do kilku minut przed trzęsieniem ziemi w obszarze o promieniu kilkudziesięciu kmod epicentrum. Próbę predykcji trzęsień prowadzi się również poprzez pomiar zmian prędkości falsejsmicznych. Prędkość fal podłużnych VP maleje w stosunku do prędkości falpoprzecznych VS, przy czym im dłuższy jest czas pomiędzy pomiędzy zmianą względnejprędkości tych dwóch rodzajów fal a momentem kataklizmu, tym silniej jest następującepo niej trzęsienie ziemi. Teoria dylatancyjno-dyfuzyjna przypisuje duże znaczenia migracji wód podziemnychdo świeżo otwartych porów skały, co znacznie osłabia jej wytrzymałość na naprężeniastyczne i przyspiesza trzęsienie ziemi.

(Mortimer 2001)

Trzęsieniom ziemi towarzyszą fale sejsmiczne. Może też towarzyszyć emisjaakustyczna (głównie infradźwiękowa) i w mniejszym stopniu elektromagnetyczna(sprzężona fala elektromagneto-sprężysta). Obserwowany często niepokój zwierząt przedtrzęsieniami (np. paniczne uciekanie szczurów) tłumaczy się destruktywnym wpływeminfradźwięków na system nerwowy. Próby prognozy trzęsień ziemi wykonuje się m. in. napodstawie obserwacji i rejestacji satelitarnej zaburzeń pola elektromagnetycznegojonosfery. Propagująca fala akustyczna (np. przy wybuchach wulkanów powstają fale


infraakustyczne) zmienia profil koncentracji ładunków elektrycznych w jonosferze.Propagujące w jonosferze zaburzenia elektromagnetyczne powodują zakłóceniakrótkofalowej łączności radiowej, które są pierwszym symptomem emisji infraakustycznej,wywołanej trzęsieniem ziemi.

(Gawin 1996)

Istnieją również wstrząsy wywołane zmianą naprężeń w ośrodku skalnym na skutekdziałalności człowieka, np. prac wydobywczych czy kamieniołomach. Odkształceniaobjętościowe skał generują odpowiadające im zmiany gęstości. W związku z tym możnatutaj zastosować metodę grawitacyjną polegającej na badaniu pola siły ciężkości i jegozmian. Zależność, między dylatancyjną zmianą objętości i na skutek tego gęstości masskalnych a odpowiadającą jej zmianą siły ciężkości, stanowi podstawę do zastosowaniapomiarów mikroanomalii siły ciężkości do prognozowania wystąpienia zagrożeńdynamicznych w górotworze górniczym. Zmiany rozkładu gęstości (naprężeń) w górotworze w konsekwencji rozwijającegosię w nim wraz z upływem czasu procesu dylatancyjnego, można śledzić za pomocąmetody pomiaru czasowych zmian mikroanomalii siły ciężkości.

(Fajklewicz 1992)

Badanie trzęsień ziemi za pomocą systemu GPS

3 listopada 2002 roku o 22:12 naszego czasu trzęsienie ziemi o sile 7,9 stopni wskali Richtera potrząsnęło Parkiem Narodowym Denali na Alasce. W tym samymmomencie przelatujące 20 tysięcy kilometrów wyżej satelity systemu GPS pozwoliły namonitorowanie potężnej siły tego zjawiska.

Uskok Denali na Alasce widoczny jest na zdjęciu jako potężny ciemny łuk. Trzęsienie ziemi o magnitudzie 7,9zarzyło się 3 listopada 2002 r. w Parku Narodowym Denali na Alasce. Jego epicentrum zaznaczono

czerwonym kółkiem.(Astronet 20.05.2003)


Po raz pierwszy użyto GPS'a do śledzenia fal sejsmicznych. W odległości 3800kilometrów od epicentrum możliwa była rejestracja fal rozchodzących się w ziemi.Odbiorniki GPS zostały zaprogramowane tak, aby określać swoje położenie w odstępachjednosekundowych. W ten sposób zarejestrowano niewielkie ruchy ziemskiej skorupywywołane przez odległe trzęsienie.

Trzęsienie ziemi o magnitudzie 7,9, które nawiedziło Alaskę 3 listopada 2002 r. spowodowało widoczne nafotografii przesunięcie fragmentów szosy.

(Astronet 20.05.2003)

Trzęsienie na Alasce miało swoje skutki na obszarze o rozmiarach ponad 300kilometrów. W niektórych miejscach przemieszczenia gruntu wyniosły ponad 7 metrów.2400 kilometrów dalej, w stanie Washington 10 sekund później zarejestrowanoprzemieszczenia poziome o amplitudzie ponad 20 centymetrów. System GPS znalazł zastosowanie w nauce pozwalając między innymi na pomiaryruchów lodowców i magmy w głębi wulkanów.

(Astronet 20.05.2003)

Badanie trzęsień ziemi za pomocą satelitarnej interferomtrii radarowej

W 1992 roku w pobliżu Landers w południowej Kalifornii nastąpiło spore trzęsienieziemi. Zgromadzono zatem wszystkie zdjęcia radarowe tego terenu wykonane przezsatelitę ERS-1, tworząc kilka interferogramów przez kombinację zdjęcia wykonanegoprzed trzęsieniem ziemi z drugim, zrobionym z mniej więcej tej samej pozycji, potrzęsieniu. Ponieważ trajektoria satelity nie były nigdy identyczne, na interferogramyznacząco wpłynęła skalista rzeźba terenu w tym regionie. Dzięki numerycznej mapiewysokości obliczono wpływ topografii, a następnie go wyeliminowano. W wyniku tegopostępowania ukazał się bogaty obraz prążków interferencyjnych. Na podstawie tego wjednym miejscu wykryto zaledwie siedmiomilimetrowe przesunięcie na uskokuznajdującym się 100 km od epicentrum trzęsienia.


Interferogram po trzęsieniu ziemi w 1992 r. w pobliżu Landers w Kaliforni.(wg Massonnet 1997 w Murck et al. 1997)

Powyższe prążki interferencyjne, otrzymane z kolejnych skanowań radarowychwykonanych przez satelitę ERS-1, obrazują zniekształcenia terenu powstałe na skutektrzęsienia ziemi w pobliżu Landers. Każda sekwencja kolorów interferencyjnych (odczerwonego do niebieskiego) odpowiada 28 mm wyniesienia skorupy ziemskiej w kierunkusatelity.

(Massonnet 1997)

W 1999 roku na zachodzie USA zarejestrowano trzęsienie ziemi o sile 7,1 stopniRichtera. Trzęsienie to przetoczyło się przez 45 kilometrów uskoku na pustyni Mojave.Zebrane przez radar InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar) dane wskazują, żeuskoki tektoniczne mogą nie tylko przesuwać się do przodu, ale również cofać się. Nawetmałe zaburzenie sił pochodzące od odległego trzęsienia może spowodować przesunięciesię uskoku - tutaj uskok cofnął się pod wpływem niewielkiej zmiany nacisku. Wedługautorów odkrycia przyczyną takiego zachowania się uskoku są odmienne cechy materiału,z którego uskok jest zbudowany, nie zaś tarcie. Dzięki misjom satelitarnym ESA, będzie można zbadać przemieszczenia uskokuzarówno w pionie jak i poziomie, z dokładnością od kilku milimetrów do kilku centymetróww strefie rozciągającej się na kilka kilometrów. Naukowcy wykorzystali dane zebrane przez interferometry znajdujące się nanależących do Europejskiej Agencji Kosmicznej satelitach ERS-1 (wystrzelony w 1991roku) i ERS-2 (na orbicie od 1995 roku). W misjach tych z sukcesami używa siętechnologii InSAR. Dlatego między innymi na wystrzelonym 1 marca 2002 przez ESAsatelicie Envisat znajdują się instrumenty zaawansowanej technologii SAR - ASAR(Advanced SAR). Instrumenty te mają znacznie większą zdolność do rozróżnianiaodmiennych typów terenu w porównaniu z instrumentami ERS. Misja ta pozwoli równieżzachować ciągłość badań z użyciem technologii InSAR.

(Astronet 9.10.2002)


Badanie wulkanu Etna na Sycylii

W ciągu 18 miesięcy 1992-1993, gdy przelatywał nad Etną ponad 30 razy satelitaERS-1, wulkan znajdował się w końcowej fazie swojego cyklu erupcyjnego. Wykorzystująctę pokaźną liczbę zdjęć radarowych oraz mapę wysokościową terenu, można byłostworzyć kilkadziesiąt interferogramów wolnych od wpływów topograficznych. Częśćrezultatów była zniekształcona zmianami szaty roślinnej na zboczach wulkanu związanymiz wegetacją, ale mimo to, z pomocą badaczy z Instytutu Fizyki Ziemi w Paryżu, zdołanośledzić zapadanie się Etny podczas końcowej fazy erupcji magmy i zmniejszania sięciśnienia wewnątrz góry. Zdjęcia radarowe pokazały, że Etna miesięcznie zapadała się o 2cm w ostatnich siedmiu miesiącach erupcji. Deformacja ta rozciągała się w dużejodległości od wulkanu i na tej podstawie stwierdzono, że podziemna komora magmy jestznacznie głębsza, niż do tej pory sądzono. Technika ta powinna okazać się jeszcze bardziej przydatna w badaniu setek innychaktywnych wulkanów na Ziemi, które można obserwować z już działających satelitówradarowych. Interferometria nie może zastąpić naziemnych pomiarów geodezyjnych, alepowinna posłużyć geologom do wstępnej identyfikacji wolno budzących się wulkanów, gdyzaczynają pęcznieć i stają się niebezpieczne. Ta nowa metoda badań na odległośćoferuje także możliwość monitorowania stożków wulkanicznych położonych na obszarachniedostępnych. Ponieważ uczeni badając wiele miejsc, doszli do wniosku, że krótkotrwałezmiany zachodzące w atmosferze i jonosferze mogą czasami wpływać na obraz prążków.Podobne efekty powodują również zmiany składu gleby, mimo że powierzchnia pozostajew rzeczywistości nieruchoma. Zjawiska takie komplikują interpretację interferogramówradarowych.

(Massonnet 1997)


Przewidywanie błyskawic

Naukowcy z USA opracowali wskaźnik prawdopodobieństwa wystąpienia błyskawic(GPSLI) przy wykorzystaniu danych z systemu nawigacji satelitarnej GPS (GlobalPositioning System) oraz danych meteorologicznych. Wskaźnik ten ma pomóc międzyinnymi w planowaniu działań w Centrum Kosmicznym Kennedy'ego (Kennedy SpaceCenter - KSC) na Florydzie.

Dane z satelitarnych czujników optycznych prezentujące globalny rozkład uderzeń piorunów. Koloryodzwierciedlają średnią roczną liczbę błyskawic w przeliczeniu na kilometr kwadratowy.


Powyższa mapa zawiera dane zebrane w okresie od kwietnia 1995 do marca 2000przy pomocy urządzenia Optical Transient Detector, a także dane zebrane w okresie odgrudnia 1997 do listopada 2000 przez urządzenie Lighting Imaging Sensor. Obaurządzenia to szybkie satelitarne kamery zdolne zarejestrować krótkie błyski nawet wtrakcie dnia. KSC leży w jednym z najbardziej zagrożonych błyskawicami regionów w USA.Przyczyną tego jest południowo-zachodni prąd powietrza, który zderza się z bryzą morskąprzychodzącą znad wschodniego wybrzeża USA. Zderzenie wymusza gwałtownewznoszenie się ciepłego, wilgotnego powietrza i prowadzi do gwałtownych letnich burznad wschodnią i centralną Florydą. Wiejące z południowego zachodu wiatry spychajączęść nawałnic nad Centrum Kosmiczne. Umieszczony w Centrum Kosmicznym odbiornik GPS pozwala na zmierzeniestężenia pary wodnej w atmosferze. Jest to możliwe, ponieważ czas potrzebny jest doprzejścia sygnału zmienia się w zależności od wilgotności powietrza, przez któreprzechodzi. Wskaźnik GPSLI powstaje ze złożenia czterech danych: poziomunaładowania atmosfery, ilości wody w masie powietrza lub w chmurze, zmiany ilości parywodnej w ciągu ostatnich 9 godzin oraz tak zwanego czynnika K, który określa jakniestabilny jest dany stan atmosfery. Jak wynika ze wstępnych testów, opracowanywskaźnik zwiększa o 10% precyzję prognoz. Co więcej, użycie danych z ubiegłych latpokazało, że wskaźnik pomoże zmniejszyć o 26% liczbę fałszywych alarmówprowadzących do zmian w planach Centrum. To przede wszystkim wielka oszczędnośćpieniędzy.



Geotektonika

Tektonika globalna jest działem nauk o Ziemi badającym światowy systemnaprężeń i przemieszczeń powodujących powstanie kontynentów, basenów oceanicznych,łańcuchów górskich, trzęsień ziemi i innych wielkoskalowych cech powierzchni Ziemi. Podstawowe źródło wiedzy o współczesnych ruchach skorupy ziemskiej stanowiądeformacje powierzchniowe. Przez współczesne rozumie się ruchy ostatnich 6000 lat, gdypoziom oceanu ulegał względnej stabilizacji po silnym podniesieniu się w wyniku topnienialodowców ostatniego zlodowacenia, a wyrównanie izostatyczne na obszarachzlodowaconych w zasadzie się skończyło. Pionowe ruchy skorupy ziemskiej spowodowane obciążeniami lub zmniejszeniemobciążenia zwane są ruchami izostatycznymi, w odróżnieniu od ruchów tektonicznych,którym towarzyszą trzęsienia ziemi i wypiętrzenie gór. Lądolody pod ogromnym ciężaremobniżają powierzchnię Ziemi, która unosi się ponownie, gdy lód ulega stopieniu. Tak samoreaguje dno morza, gdy przybywa lub ubywa wody. Wielkość współczesnych ruchów jest różna. Na przykład w ciągu 10 lat: Holandiazanurzyła się w Morzu Północnym kilka decymetrów, grzbiet podmorski w pobliżu Perupodniósł się 6 m, a zachodnia Kalifornia przesunęła się w kierunku północnym 30 m wstosunku do pozostałej części Ameryki Północnej. Podstawą tektoniki płyt litosfery (wg Cox, Hart 1986 w Mortimer 2001) jestprzyjęcie założeń:- Litosfera składa się ze sztywnych płyt o grubości rzędu 100 km, które poruszają sięwzględem siebie "pływając" po plastycznym podłożu górnego płaszcza - astenosferze,- Brzegi płyt zaznaczają się strefami aktywności sejsmicznej, wulkanicznej i orogenicznej.Można wydzielić trzy typy styków: grzbiety, gdzie dwie płyty rozchodzą się (strefa akrecji),rowy, gdzie dwie płyty zbiegają się - jedna płyta jest podprowadzana pod drugą (strefasubdukcji), uskoki transformacyjne - dwie płyty przesuwają się względem siebie,- Nowa litosfera wytwarzana jest w ryftowych grzbietach oceanicznych przez wypływającąku górze i oziębiającą się magmę astenosfery. Badania geodezyjne, w tym również metodami astronomicznymi i satelitarnymi,pozwoliły na bezpośrednie pomiary ruchu płyt litosferycznych. Należą tu np. pomiary ruchupłyt litosfery przy wykorzystaniu systemu GPS do obserwacji odległych od siebiepunktów, leżących na różnych płytach. Ich poziome prędkości są przedstawione są namapie strzałkami. Aby zobaczyć wykresy ruchu danego punktu pomiarowego, należykliknąć na odpowiedni link (będący nazwą punktu) na stronie JPL – NASA.


Mapa świata przedstawiająca kierunki wędrówki kontynentów z zaznaczonymi punktami pomiarowymi.(JPL-NASA 2003)

Wyniki pomiarów przemieszczenia punktu pomiarowego "KIRU" zlokalizowanego w Kirunie w Szwecji.(JPL-NASA 2003)


Na pierwszym wykresie przedstawiona jest zmiana różnicy szerokości geograficznej (wcm) między usytuowaniem tego punktu w poprzednich latach (wartość ujemna) awspółczesnym (wartość 0). Analogicznie jest to pokazane na wykresie zmiany długościgeograficznej (wykres 2) oraz zmiany wysokości nad poziomem morza (wykres 3). Napodstawie tego można wywnioskować, że punkt pomiarowy "KIRU" przesuwa się napółnocny wschód oraz jego wysokość nad poziom odniesienia też wzrasta.

Druga metoda polega na wysyłaniu, również z odległych od siebie punktów, wiązekpromieni laserowych w kierunku satelity LAGEOS (ang. Laser Geodynamics Satellite) orazpomiaru czasu krótkich impulsów laserowych docierających do satelity i od niego odbitych,co pozwala wyznaczyć ich drogę. Program ten, pod nazwą Satellite Laser RangingNetwork (SLRN), również wykazał zgodność z przewidywaniami tektoniki płyt. Stwierdziłon zbliżanie się ku sobie stacji oddzielonych strefami subdukcji, a oddalanie się od siebiestacji oddzielonych centrami rozrostu litosfery. Możliwe jest też badanie opóźnienia zagalaktycznych fal radiowychrejestrowanych przez różne stacje pomiarowe. Przykładowo, odbierając szumy radiowekwazarów radioteleskopami w Ameryce Północnej, Japonii i na Hawajach, na podstawieróżnic ich czasu przejścia, określano odległośc między odbiornikami. Na tej podstawiewyznaczono wartości przemieszczeń: Europa i Ameryka Płn. oddalają się od siebie zprędkością 17±10 mm/rok, a Hawaje przybliżają w kierunku Japonii 83±8 mm/rok.

(Mortimer 2001, van Andel 2001, JPL-NASA 2003, Dadlez, Jaroszewski 1994)

Podczas ostatniego zlodowacenia duża część półkuli północnej została pokrytawarstwą lodu o miąższości ok. 3 km. Gdy lód stopniał, powierzchnia Ziemi zaczęłaodkształcać się na skutek odprężeń sprężystych. Okazało się, że przemieszczenia nietylko odbywają się w kierunku pionowym, ale i poziomym, co potwierdzono badaniami przyużyciu systemu GPS. Ta skomplikowana aparatura może wykryć ruchy mniejsze niż 1milimetr na rok. Układ pomiarowy składa się z 34 odbiorników GPS (stan na 22.03.2001).

Jeden z odbiorników GPS wykorzystany w badaniu ruchów skorupy ziemskiej.(Space.com 22.03.2001)

Chociaż Szwecja jest obszarem nieaktywnym tektonicznie, nienawiedzanym przeztrzęsienia ziemi, ruchy wywołane odprężaniem skorupy ziemskiej po stopieniu lodowcówsą na tyle znaczące, że powinny być brane pod uwagę przy lokalizacji elektrowniatomowych, których jest w Szwecji wiele. Podobny efekt występuje prawdopodobnie wKanadzie z tym, że skupia się on nad Zatoką Hudsona.


Inne z ważnych odkryć grupy naukowców dotyczą globalnego podnoszenia siępoziomu mórz (szacowane na 2 mm rocznie). Szwecja znana jest z zestawu danychpomiarowych, które są skrupulatnie zbierane od 200 lat. Dane te nie były użyteczne zpowodu tego, że zostały zakłócone. Nie wiadomo było, czy podnosił się poziom morza,czy poruszał się ląd. Dzięki GPS dane te są teraz wiarygodne. Badania mają dalekosiężne wnioski, to oznacza, że mogą być prowadzone w innymrejonie świata, gdzie stabilność tektoniczna stoi pod znakiem zapytania.

(Space.com 22.03.2001, Astronet 25.03.2001)

Do badania bardzo małych ruchów skorupy ziemskiej, pod wpływej jej obciążenia iodciążenia, służy również satelitarna interferometria radarowa, której przykładzastosowania omówiono w dziale “sejsmologia i wulkanizm”.


Geomagnetyzm

Niektóre satelity geofizyczne posiadają sensory magnetyczne i elektryczne, służącedo pomiaru elementów i składowych wektora natężenia pola geomagnetycznego. Wynikitych pomiarów przedstawia się w postaci map izolinii (izokliny, izogony, izodyny) łączącychpunkty o jednakowych wartościach danego elementu. Na mapach przedstawia się równieżrozkład izopor składowej pionowej Z pola.

Mapa inklinacji wg danych z satelity MAGSAT dla epoki 1980(wg Parkinson 1996 w Mortimer 2001)

Mapa deklinacji wg danych z satelity MAGSAT dla epoki 1980 (wg Parkinson 1996 w Mortimer 2001)


Mapa składowej poziomej pola magnetycznego wg danych z satelity MAGSAT dla epoki 1980. Wartościpodane w µT.

(wg Parkinson 1996 w Mortimer 2001)

Mapa całkowitej wartości ziemskiego pola magnetycznego wg danych z satelity MAGSAT dla epoki1980.Wartości podane w µT.

(wg Parkinson 1996 w Mortimer 2001)

(Mortimer 2001)


Burze magnetyczne

Krótkookresowe regularne zmiany pola geomagnetycznego o różnym przebiegu wczasie i różnych amplitudach, od ułamków do tysięcy nT, stanowią aktywnośćgeomagnetyczną. Określa się ją na podstawie sporządzonych w obserwatoriach zapisówzmian pola - magnetogramów. Jeśli w danym rejonie duża aktywność utrzymuje się przez dłuższy czas, to mamy doczynienia z burzą magnetyczną. Amplituda zmian może przewyższać setki i tysiące nT wokresie od kilku godzin do kilku dni. Burze magnetyczne zwykle występują w obszarzeograniczonym, mogą jednak nieraz obejmować całą kulę ziemską. Natężenie iczęstotliwość ich występowania maleje wraz z szerokością geomagnetyczną punktuobserwacji. Przyczyną burz magnetycznych są rozbłyski na Słońcu. Wyrzucane obłoki plazmy wciągu 1-2 dni docierają w obręb magnetosfery Ziemi jak fala uderzeniowa i opływając jątworzy prądy pierścieniowe na powierzchni magnetopauzy. Zaburzenia magnetyczneobserwowane na Ziemi, szczególnie w obszarach podbiegunowych, są ściśle związane zzorzami polarnymi. Zorza polarna jest to zjawisko świecenia górnych warstw atmosfery, głównie wwysokich szerokościach geomagnetycznych. Świecenie to wywołane jest wzbudzaniematomów przez bombardowanie elektronami o energii rzędu kilkudziesięciu keV. Cząstki tedostają się do atmosfery poprzez warkocz magnetosfery, gdzie są przyspieszane. Zburzami i zorzami magnetycznymi wiążą się zmiany koncentracji jonosfery, wzrostpochłaniania fal radiowych i pulsacje pola geomagnetycznego.

Zorza polarna nad Finlandią w październiku 2003 roku. (Wirtualna Polska 2003)


Zorza polarna nad Bydgoszczą w Polsce 20 listopada 2003 roku. (fot. Marcin Grzybowski w Astronet 21.11.2003)

Zorza polarna nad Czarnym Dunajcem koło Zakopanego w Polsce 20 listopada 2003 roku. (fot. Krzysztof Smółka i Wojciech Głowacz w Astronet 26.11.2003)

Magnetogram przedstawia burzę magnetyczną z 20 listopada 2003 roku, której efektembyły powyższe zorze polarne obserwowane w wielu miejscach na świecie.


Burza magnetyczna zarejestrowana 20 listopada 2003 roku w Obserwatoriach Magnetycznych PAN w Helu (kolor czerwony) i w Belsku (kolor zielony)

(INTERMAGNET 2004)

(Mortimer 2001)

Satelity geofizyczne służą też do obserwacji burz magnetycznych i zórz polarnych.

Rysunek przedstawia strumień protonów docierających od Słońca zarejestrowany przez satelitę GOES-8.Zielona, niebieska i czerwona linia to odpowiednio strumień cząstek o energiach większych niż 100, 50 i 10

MeV (megaelektronowoltów). 21 kwietnia 2002 roku o 3:00 strumienie wzrosły nawet kilka tysięcy razy.(Astronet 22.04.2002)

Film jest złożeniem zdjęć wykonanych przez należącego do NASA satelitę Polar. Widać na nim wyraźniepojaśnienie i ruchy północnej oraz południowej zorzy polarnej. Zdjęcia zostały wykonane 22 października

2001 roku.



Badania przy użyciu sondy Polar potwierdzają 300-letnią teorię, że zorze na obydwupółkulach są odbiciami lustrzanymi podczas burz geomagnetycznych. Dalsze analizyobrazów z sondy powinny ustalić czy dotyczy to wszystkich cech zórz. Ostatnie badaniasugerują, że są jakieś różnice między południowymi a północnymi zorzami.


Pływy generują pole magnetyczne

Nasza planeta posiada wyjątkowo duży Księżyc, który wywiera silny wpływgrawitacyjny na Ziemię. Ruch obrotowy Ziemi powoduje, że wpływ ten przejawiający siępod postacią pływów morskich w każdym miejscu naszego globu osiąga maksimumdwukrotnie w ciągu doby. Naukowcy już dawno podejrzewali, że ciągłe przemieszczaniesię tak ogromnych ilości słonej, a więc przewodzącej prąd wody w ziemskim polumagnetycznym musi powodować powstawanie wtórnego pola. Istnienia tegohipotetycznego zjawiska nigdy nie udało się jednak potwierdzić doświadczalnie. Dokonałtego dopiero niemiecko-amerykański zespół naukowców. Badacze wykorzystali precyzyjne pomiary pola magnetycznego, wykonane przezniemieckiego satelitę geofizycznego CHAMP (Challenging Minisatellite Payload). Byudowodnić istnienie zjawiska, przygotowali model numeryczny, który obliczył teoretyczneparametry pola magnetycznego generowanego przez ocean. Następnie porównano danez modelu z faktycznymi pomiarami. Okazało się, że są bardzo zgodne. Z modelu wynika, że pływy oceanu generują dwa rodzaje pola magnetycznego.Jedno ma kształt toroidalny i jest silne, lecz ma stosunkowo niewielki zasięg, co sprawia,że nie da się go wykryć z orbity okołoziemskiej. Drugi rodzaj pola to pole biegunowe, owiele słabsze, ale także sięgające o wiele dalej. Zgodność pomiarów z modelem dowodzi,że to właśnie tę składową pola zarejestrowały urządzenia niemieckiego satelity. Do tej pory nie uwzględniano pola generowanego przez pływy morskie w pomiarachgeomagnetycznych. Magnetometria jest jedną z podstawowych metod geofizycznychstosowanych do badania głębokiej struktury litosfery. Tymczasem wyniki uzyskane zmodelu numerycznego wskazują, że pole pływowe może być dużo istotniejszym


składnikiem ziemskiego pola magnetycznego niż czynniki zwykle brane pod uwagę,względem których koryguje się dane pomiarowe. Możliwe, że uwzględnienie polapływowego w ogromnym stopniu poprawi jakość wyników uzyskiwanych z pomiarówmagnetometrycznych, wpływając na lepsze poznanie budowy Ziemi oraz historii ewolucjilitosfery. Autorzy uważają, że ich odkrycie pomoże również klimatologom, ponieważ wszczątkowym namagnesowaniu niektórych skał i lodu zawarta jest informacja o dawnychruchach wody w oceanie. Jej wydobycie jednak może okazać się bardzo trudne.

(Astronet 13.01.2003)


Grawimetria

Siłą ciężkości działającą na punkt materialny zewnętrzny, w bezpośrednimsąsiedztwie powierzchni Ziemi, nazywamy wypadkową siły newtonowskiego przyciągania isiły odśrodkowej. Pozostałe siły, np. przyciągania Słońca i Księżyca, ze względu na ichniewielkie wartości rozpatruje się jako zmienne w czasie zaburzenia siły ciężkości. Pole siły ciężkości Ziemi lub innego ciała niebieskiego nosi nazwę polagrawitacyjnego, a dział geofizyki zajmujący się pomiarem i analizą tego pola nazywa sięgrawimetrią. Zadaniem grawimetrii jest określenie rozkładu w czasie i przestrzeni polagrawitacyjnego danego ciała, wyciągnięcie wniosków o rozkładzie mas w jego wnętrzu i ojego kształcie. W porównaniu z siłą newtonowskiego przyciągania siła odśrodkowa jest niewielka,może być łatwo wyeliminowana i nie zależy od rozkładu mas, dlatego grawimetria zwracaszczególną uwagę na siłę newtonowskiego przyciągania. Każda masa wytwarza w przestrzeni ją otaczającej własne pole grawitacyjne (pole siłnewtonowskiego przyciągania). Charakteryzuje się je poprzez rozkład natężenia pola fN,definiowanego jako siła przyciągania działająca w danym punkcie pola grawitacyjnego namasę jednostkową i jest liczbowo równe przyspieszeniu ziemskiemu w tym punkcie lubrozkład jego potencjału W. Natężenie pola jest nazywanane zwyczajowo siłą ciężkościlub siłą grawitacji. Jego jednostką jest N/kg = m/s2. W grawimetrii poszukiwawczej operujesię mniejszą jednostką: Gal (1 Gal = 10-2 m/s2). Rzuty wektora natężenia siły ciężkości na osie układu wyrażają się odpowiednioprzez pochodne cząstkowe potencjału w kierunku tych osi. To oznacza, że jeśli tepochodne są równe składowym natężenia pola, to pole newtonowskiego przyciągania jestpolem potencjalnym. Wartość potencjału w danym punkcie jest miarą pracy, którąwykonałyby siły przyciągania (wytworzone przez dane ciało) przy przemieszczeniu pod ichdziałaniem masy jednostkowej z nieskończoności do tego punktu.Wyrażenie W = const jest równaniem powierzchni ekwipotencjalnej (stałegopotencjału). Kształt, jaki Ziemia uzyskała pod wpływem działania sił grawitacyjnych oraz obrotudookoła własnej osi, wiąże się z problemami jej budowy wewnętrznej i historii jej rozwoju.Do połowy XVII wieku przyjmowano, że Ziemia jest kulą. Dopiero Newton i Hughens zdanych o ruchu obrotowym naszej planety wywnioskowali, zakładając stałą gęstość w jejwnętrzu, że jest ona elipsoidą obrotową lekko spłaszczoną na biegunach. Późniejstwierdzono, że gęstość wzrasta z głębokością, a w takim razie rzeczywisty kształt Zieminieco różni się od elipsoidy. Odchyłki te są jednak niewielkie. W badaniech za podstawę przyjęto figurę, jaką miałaby Ziemia, gdyby jejpowierzchnię tworzyły oceany nie podlegające wpływom sił zewnętrznych (wiatrów,prądów morskich). Geoidę definiuje się jako tę powierzchnię ekwipotencjalną potencjału siły ciężkości,która pokrywa się ze średnim poziomem mórz i oceanów.Odzwierciedla ona własności fizycznej budowy Ziemi, nieciągłości jej krzywiznyodpowiadają nieciągłościom gęstości w rozkładzie mas we wnętrzu Ziemi. Przyjmując, że potencjał normalny siły ciężkości U = const i jego wartość jest równawartości, jaką on posiada na równiku, otrzymuje się równanie sferoidy Clairauto spłaszczeniu α, gdzie α jest stosunkiem różnicy promienia równikowego i biegunowegodo promienia równikowego. Sferoida odpowiada normalnemu rozkładowi mas Ziemi i jestw wysokim stopniu przybliżeniem geoidy. Odchylenia geoidy od przyjętej powierzchni odniesienia nazywamy undulacjami.(Mortimer 2001)


Na podstawie badań amerykańsko-niemieckiej misji GRACE (Gravity Recovery andClimate Experiment) wykonano mapę ilustrującą wpływ zmiany ziemskiego polagrawitacyjnego na bliźniacze satelity krążące wokół naszej planety od 17 marca 2002roku.

Sporządzona przez sondę GRACE pierwsza mapa zmian odległości pomiędzy parą satelitów tworzących tosatelitarne obserwatorium. Zmiany odległości odpowiadają różnicom w natężeniu pola grawitacyjnego naszej

planety.(Astronet 12.12.2002)

Różnice w kolorach przedstawionej mapy odpowiadają różnicom pomiędzy dwomastatkami kosmicznymi znajdującymi się około 220 kilometrów od siebie. Zmianyspowodowane są przed odstępstwa od centralności pola grawitacyjnego naszej planety(na przykład ponad górami może być ono nieznacznie silniejsze). GRACE jest w staniemierzyć odległości pomiędzy satelitami z dokładnością do 1 µm.

Badania GRACE drastycznie zwiększyły wiedzę na temat kształtu geoidy. W ciągu30 dni zebrano tyle informacji, ile przez poprzednie 30 lat. Dane dostarczane przez sondęsą 1000 razy dokładniejsze niż mapy, którymi dotąd naukowcy dysponowali. Będą oneużyteczne dla oceanografów, hydrologów, glacjologów, geologów i innych uczonychbadających planetę.

(Astronet 12.12.2002)


Definicje

Aktywne mikrofale – przedział spektrum elektromagnetycznego wykorzystywany przezurządzenia radiolokacyjne.

źródło: Ciołkosz, Kęsik 1989

Altimetr - wysokościomierz. źródło: Ciołkosz, Kęsik 1989

Antena - urządzenie do wysyłania i odbierania fal radiowych.


Antena bistatyczna - złożona (podwójna) antena radarowa, której jedna część(nadawcza) służy do nadawania sygnału, a druga (odbiorcza) - do jego odbierania.

Zobacz też antena monostatyczna.

źródło: Ziętek

Antena monostatyczna - pojedyncza antena radarowa, która służy do nadawaniasygnału i, po przełączeniu z funkcji nadawania na odbieranie, do jego odbierania.

Zobacz też antena bistatyczna.

źródło: Ziętek

Antena syntetyczna - antena, która odbierane sygnały przechowuje przez pewien czas iporównuje je z kolejnymi, zbieranymi w trakcie lotu samolotu lub satelity, co daje efekt jakgdyby sygnały były odbierane przez długą antenę. Antena syntetyczna daje więc wrażenieanteny wielokrotnie dłuższej niż antena fizyczna, co wpływa na poprawę przestrzennejzdolności rozdzielczej zdjęć radarowych.


Apertura - (w optyce) wielkość decydująca o zdolności rozdzielczej układów optycznych ijasności przekazywanych przez nie obrazów; aperturę liczbową układu określa wartość nsinω oraz n` sinω` - gdzie n i n` są współczynnikami załamania ośrodków po stronieprzedmiotu i obrazu, a ω i ω` to połowy kątów rozwartości wiązek obejmujących źrenicęwejściową lub (odpowiednio) wyjściową; w telewizji - skuteczny rozmiar plamkiwybierającej w danym kierunku wybierania elementów obrazu.

źródło: Sitek 1997


Apogeum - największa odległość orbity (eliptycznej) satelity od powierzchni Ziemi.

Zobacz też perigeum.

Bieg wiekowy - bardzo powolne, o dużych amplitudach zmiany głównego polageomagnetycznego na dużych obszarach.

źródło: Mortimer 2001

Detektor - urządzenie służące do wykrywania, mierzenia i rejestracji energiipromieniowania elektromagnetycznego.


Dylatacja - względny przyrost objętości ΔV/V, którego doznaje element dx dy dz przyzałożeniu, że deformacje są małe.


Dylatancja - proces, w którym po przekroczeniu około 70% wartości naprężeniakrytycznego powstawanie szczelin rozrywu powoduje zwiększanie się objętości skał.


Echo - opóźniony odbiór fal elektromagnetycznych lub akustycznych spowodowany ichodbiciem od przeszkód stojących na ich drodze.

Efekt Dopplera - zmiana częstotliwości obserwowanej fali wywołana względnym ruchemźródła fali i odbiornika.Gdy źródło fali i obserwator zbliżają się do siebie, długość fali ulega skróceniu aczęstotliwość rośnie. Jeżeli fala jest promieniowaniem widzialnym, barwa światłaprzesuwa się w kierunku fioletu. Gdy zaś źródło fali i obserwator wzajemnie się oddalają,fala wydłuża się, częstotliwość maleje, a barwa światła przesuwa się w kierunku czerwieni.

źródło: AstroWORDS 2002


Ekliptyka - płaszczyzna, na której znajduje się orbita Ziemi; jest to też droga pozornegoruchu Słońca po sklepieniu niebieskim, na tle gwiazdozbiorów. Do ekliptyki odnoszą siętakie parametry jak kąt nachylenia innych planet.

źródło: Niedzwiedzki 2003

Epicentrum - punkt na powierzchni Ziemi, pionowo nad hipocentrum.


Epoka - określony moment czasu, tj. 0h 0m 1 lipca danego roku, do którego odnosimy -redukujemy - wykonane obserwacje rozkładu elementów i składowych wektora natężeniapola geomagnetycznego.


Fala elektromagnetyczna - rozchodząca się w przestrzeni i w czasie spójna zmiana polaelektrycznego i magnetycznego.


Garmin - producent m. in. odbiorników GPS.

źródło: Perfect s.c. 2000

Hipocentrum - pozorny punkt, z którego fale sejsmiczne wybiegają podczas trzęsieniaziemi.


Izodyna - krzywa łącząca punkty o jednakowych wartościach składowych polageomagnetycznego.


Izogona - izolinia deklinacji. Izogona zerowa to agona.


Izoklina - izolinia inklinacji. Izoklina zerowa to równik magnetyczny.


Izopora - linia jednakowego biegu wiekowego.



Kanały odbiornika - liczba kanałów odbiornika GPS decyduje o jego zdolności dorównoczesnego śledzenia większej liczby satelitów. Obecnie standardem są odbiorniki 12-kanałowe.


Kwazary - aktywne jądra odległych galaktyk, które swą jasnością przewyższają całągalaktykę macierzystą. Dlatego ich obrazy w świetle widzialnym są niemal punktowychrozmiarów. Kwazary są silnymi radioźródłami. Za ich aktywność odpowiadaprawdopodobnie obecność w ich środku czarnej dziury, ściągającej materię z otoczenia.


Mikrofale – część spektrum elektromagnetycznego obejmująca fale o długości 1 mm do50 cm.

Zobacz też promieniowanie elektromagnetyczne.


Nadir - punkt na powierzchni Ziemi leżący prostopadle pod środkiem sensorateledetekcyjnego.


Ognisko trzęsienia ziemi - miejsce, w którym uwolniona została energia, gdyżrównowaga mas podziemnych została nagle i gwałtownie naruszona.


Panchromatyczny - czarno-biały, czuły na wszystkie odcienie szarości.

źródło: WIEM 2003

Paralaksa - przesunięcie położenia obrazu obiektu względem układu odniesienia,wywołane zmianą punktu obserwacji.


Perfect s.c. - zajmuje się sprzedażą, kompletowaniem, instalowaniem i serwisemurządzeń radiokomunikacyjnych. Jest autoryzowanym dealerem firmy MOTOROLA orazGarmin.



Perigeum - najmniejsza odległość orbity (eliptycznej) satelity od powierzchni Ziemi.

Zobacz też apogeum.

Piksel - element obrazu charakteryzujący się określonymi własnościami przestrzennymi ispektralnymi.


Plazma - gaz zjonizowanych cząstek o dużej koncentracji - współwystępują w nimnaładowane dodatnio jony atomów oraz przenoszące ładunek ujemny elektrony. Pomimotego z "globalnego" punktu widzenia cała objętość zajmowana przez plazmę jestelektrycznie obojętna. Plazma przez niektórych uważana jest za stan skupienia materii.Występuje np. w materii, gdy ta jest doprowadzona do temperatury od 30 000 K do1000000 K (wnętrza gwiazd). .


Pływy - przypływy i odpływy mórz i oceanów, ale również atmosfery i stałej skorupyziemskiej, wywołane siłami luni-solarnymi (siłami grawitacyjnymi od Słońca i Księżyca).


Propagacja fal - rozchodzenie się fal.

Przetwarzanie danych - grupa operacji mechanicznych lub elektronicznych, któreobrabiają dane z jednej formy w drugą - obróbka danych.



Radar, radiolokator, stacja radiolokacyjna - urządzenie służące do wykrywaniaobiektów, wyznaczania ich położenia oraz ustalenia parametrów ruchu za pomocą falradiowych o wielkiej częstotliwości (czyli o małej długości).


Radiolokator bocznego wybierania - radiolokator obrazowy stosowany w teledetekcjilotniczej i satelitarnej. Za pomocą tego urządzenia jest obrazowany teren położony pojednej lub po obu stronach linii lotu.


Radiometr - urządzenie do ilościowego pomiaru intensywności radiacjielektromagnetycznej (promieniowania elektromagnetycznego) danego zakresu długościfal w dowolnej części spektrum elektromagnetycznego.


Radiometr skanujący - radiometr, który przez zastosowanie rotacyjnego lub oscylującegozwierciadła może przeszukiwać teren ścieżką prostopadłą do jego ruchu.


Rozdzielczość obrazów, zdjęć - zdolność wyróżniania blisko położonych obiektów nazdjęciu, wyrażona zazwyczaj liczbą par linii na jednostkę długości.


Rozproszenie wsteczne - część energii mikrofalowej, która po rozproszeniu wskutekodbicia od terenu, jest kierowana z powrotem w stronę anteny.


SA (ograniczony dostęp) - (Selective Availability) celowo stosowany przez USA sygnałzakłócający dokładność cywilnych odbiorników GPS do 100 m. SA zostało wyłączone wnocy z 1 na 2 maja 2000. Obecnie dokładność wszystkich odbiorników Garmina wynosi 10m.


Sensor - urządzenie (czujnik) przeznaczone do wykrywania i pomiaru energii np.elektromagnetycznej i przedstawiające ją w różnych formach zapisu.



Skaner satelitarny - urządzenie do obrazowania terenu systemem linia po liniiprostopadle do kierunku lotu; na linię składa się kilkaset pikseli o wymiarach zależnych odwysokości lotu, położenia w linii i właściwości termicznych urządzenia skanującego.


Skaterometr - urządzenie umożliwiające rejestrację wstecznego rozpraszaniapromieniowania mikrofalowego.


Sonar - (ang. Sound Navigation and Ranging) urządzenie do określania położeniaobiektów podwodnych (ławic ryb, okrętów podwodnych) za pomocą dźwięków (16 Hz - 20kHz) i ultradźwięków (16 kHZ - 100 MHz).


Spektrum - widmo (szczególnie chodzi tu o widmo fal elektromagnetycznych).

Trajektoria - tor ruchu.

Triangulacja - metoda wyznaczania w terenie współrzędnych punktów za pomocąukładów trójkątów utworzonych przez te punkty; stosowana w geodezji i astronomii.

źródło: Pakosz et al. 1991

Triangulacja satelitarna - metoda wyznaczania współrzędnych punktów na Ziemi zapomocą obserwacji pozycyjnych sztucznego satelity.

źródło: Pakosz et al. 1991

Urządzenie aktywne - urządzenie wyposażone w nadajnik i odbiornik falielektromagnetycznej. Odbiornik odbiera fale (wysłane przez nadajnik tego samegourządzenia) odbite od jakiejś powierzchni morfologicznej, np. radar.

Zobacz też urządzenie pasywne.


Urządzenie pasywne - urządzenie wyposażone tylko w odbiornik falielektromagnetycznej, służące do odbioru fal elektromagnetycznych naturalnegopochodzenia, tzn. wysyłanych przez jakieś ciało, np. radiometry.

Zobacz też urządzenie aktywne.

Wariacje pola fizycznego - zmiany pola fizycznego w czasie.


Zdolność rozdzielcza - najmniejszy kąt, pod którym widzi się oddzielnie dwa położoneobok siebie punkty obserwowanego przedmiotu (dla normalnego wzroku kątrozdzielczości przyjmuje sie jako równy 45``).



Literatura

van Andel Tjeerd H. 2001: "Nowe spojrzenie na starą planetę: zmienne oblicze Ziemi".PWN, Warszawa.

Astronet 25 marca 2001: "Badania ruchów skorupy Ziemi przy pomocy GPS":http://news.astronet.pl/news.cgi?318 (strona główna: http://news.astronet.pl).

Astronet 8 listopada 2001: "Tańczące zorze polarne Ziemi":http://news.astronet.pl/news.cgi?1202 (strona główna: http://news.astronet.pl).

Astronet 22 kwietnia 2002: "Kolejny słoneczny wybuch":http://news.astronet.pl/news.cgi?1901 (strona główna: http://news.astronet.pl).

Astronet 9 października 2002: "Satelity pomagają w badaniu trzęsień ziemi":http://news.astronet.pl/news.cgi?2548 (strona główna: http://news.astronet.pl).

Astronet 9 listopada 2002: "GPS pomaga przewidywać błyskawice":http://news.astronet.pl/news.cgi?2655 (strona główna: http://news.astronet.pl).

Astronet 12 grudnia 2002: "GRACE dostarczył pierwszej mapy ziemskiego polagrawitacyjnego": http://news.astronet.pl/news.cgi?2751 (strona główna: http://news.astronet.pl).

Astronet 13 stycznia 2003: "Pływy generują pole magnetyczne":http://news.astronet.pl/news.cgi?2841 (strona główna: http://news.astronet.pl).

Astronet 20 maja 2003: "Trzęsienie ziemi zarejestrowane przez satelity":http://news.astronet.pl/news.cgi?3199 (strona główna: http://news.astronet.pl).

Astronet 21 listopada 2003: "Zorza nad Polską": http://news.astronet.pl/news.cgi?3675 (strona główna: http://news.astronet.pl).

Astronet 26 listopada 2003: "Zorza polarna nad Tatrami":http://news.astronet.pl/news.cgi?3694 (strona główna: http://news.astronet.pl).

AstroWORDS - Internetowy Słownik Astronomiczny 2002:http://words.astronet.pl/word.cgi?135(strona główna: http://words.astronet.pl).

AstroWORDS - Internetowy Słownik Astronomiczny 2002:http://words.astronet.pl/word.cgi?233(strona główna: http://words.astronet.pl).


AstroWORDS - Internetowy Słownik Astronomiczny 2002:http://words.astronet.pl/word.cgi?248(strona główna: http://words.astronet.pl/).

AstroWORDS - Internetowy Słownik Astronomiczny 2003:http://words.astronet.pl/word.cgi?272(strona główna: http://words.astronet.pl/).

Chwaleba Augustyn, Moeschke Bogdan, Płoszajski Grzegorz 1998: "Elektronika".Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa. Polecam również: http://www.colorado.edu/physics/2000/waves_particles/index.html.

Ciołkosz Andrzej, Kęsik Andrzej 1989: "Teledetekcja satelitarna". PWN Warszawa.

Cox A. i Hart R.B. 1986: "Plate tectonics: how it works". Palo Alto: Blackwell ScientificPublications.

Dadlez Ryszard, Jaroszewski Wojciech 1994: "Tektonika". PWN Warszawa.

Dana Peter H. 1999: "Global Positioning System Overview":http://www.colorado.edu/geography/gcraft/notes/gps/gps.html. The University of Colorado.Polecam również: http://news.astronet.pl/news.cgi?3958.

Fajklewicz Zbigniew 1992: "Udział mikrograwimetrii w badaniu i prognozowaniuzagrożeń wywołanych eksploatacją górniczą". [w:] Materiały Konferencji Naukowo-Technicznej - "Nowoczesne technologie w geodezji górniczej", Kraków, 8-9 maja 1992.

Gawin Adam 1996: "Geometrodynamiczny model opisu pól sprzężonych w górotworze,zaskakujące możliwości prognozowania". [w:] Materiały IV Konferencji Naukowo-Technicznej - "Geofizyka w geologii, górnictwie i ochronie środowiska", Krynica.

GPS-PL 2003: http://www.gps.pl/.Polecam również: http://news.astronet.pl/news.cgi?3958.

Gronek Piotr 1999: symulacja ruchu planet:http://www.ftj.agh.edu.pl/wfitj/java/phys2000/orbits-pl.html.

INTERMAGNET 2004: Baza Danych INTERMAGNET dla Obserwatoriów Magnetycznychw Belsku i na Helu Polskiej Akademii Nauk: http://www.igf.edu.pl/mag/index.poland.html.(strona główna: http://www.igf.edu.pl).Polecam również: http://www.intermagnet.org.

Jet Propulsion Laboratory 2003: "GPS Time Series":http://sideshow.jpl.nasa.gov/mbh/series.html. California Institute of Technology - NASA.(strona główna: http://www.jpl.nasa.gov).

Marcak Henryk 2001: "Satelitarne obrazy radarowe" (artykuł przeglądowy). Wyd.Geoinformatica Polonica.

Massonnet Didier 1997: "Satelitarna interferometria radarowa". [w:] "Świat nauki" -kwiecień 1997, str. 38-45.Polecam również: http://www.pgi.gov.pl/index.php?option=news&task=viewarticle&sid=164.


Mortimer Zofia 2001: "Zarys fizyki Ziemi". Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Kraków.

Murck Barbara W., Skinner Brian J., Porter Stephen C. 1997: "Dangerous Earth: AnIntroduction to Geologist Hazards". Wyd. John Wiley & Sons, Inc.

Niedźwiecki Michał 19.04.2003: "Orbita Ziemi": http://adk.astronet.pl/ziemia3.shtml. (strona główna: http://adk.astronet.pl).

Pakosz Barbara, Sobol Elżbieta, Szkiłądź Celina, Szkiłądź Hipolit, Zagrodzka Maria(eds.) 1991: "Słownik wyrazów obcych". PWN, Warszawa.

Perfect s.c. 2000: http://www.nawigatornia.pl/o_gps/nawigatornia.html (strona główna: http://www.nawigatornia.pl). Polecam również: http://news.astronet.pl/news.cgi?3958.

Physics 2000 1997: "The Electric Force":http://www.colorado.edu/physics/2000/waves_particles/wavpart2.html. (strona główna: http://www.colorado.edu/physics/2000/).

Preston Andrew (ed.) 1995 (tłum. 1997-1998): "Kartografia komputerowa". [w:] "Światwiedzy", dział: "Nauka i Technika", vol 129, No. 59. Wyd. Marshall Cavendish Ltd.,Partwork (tłum. Wyd. Marshall Cavendish Polska Sp. z o.o., Warszawa), str. 412.

Sitek Zbigniew 1997: "Wprowadzenie do teledetekcji lotniczej i satelitarnej".Wydawnictwa AGH, Kraków.

Space.com 22 marca 2001: "GPS: Improved Technique Measures Earth's 'Rebound'":http://www.space.com/scienceastronomy/planetearth/gps_earthcrust_010322.html (strona główna: http://www.space.com).

Stachlewski Wiesław, Zubek Adam 1985: "Satelitarne badania Ziemi". PWN,Warszawa.

Wiadomości portalu internetowego "Wirtualna Polska" listopad 2003:http://wiadomosci.wp.pl.

Wielka Internetowa Encyklopedia Multimedialna (WIEM) 2003: http://wiem.onet.pl/wiem/00351f.html (radar), http://wiem.onet.pl/wiem/000e71.html (sonar),http://wiem.onet.pl/wiem/004934.html (panchromatyczny).(strona główna: http://wiem.onet.pl).

Winogradow B. W. 1983: "Satelitarne metody badania środowiska przyrodniczego".PWN, Warszawa.


Documents

Technika satelitarna w geofizyce - zasoby1.open.agh.edu.pl · będącego stusunkiem powierzchni satelity do jego masy. Po zakończeniu misji danego satelity pożądane jest jego zniszczenie,