Geschiedenis van aardobservatie

Verkenningsvliegtuig

Met de lancering in 1972 van LANDSAT 1, de eerste observatiesatelliet, kwam de ontwikkeling van niet-fotografische remote sensing in een stroomversnelling. LANDSAT beschikte namelijk over een nieuwe sensor: een multispectrale scanner (MSS). Met deze nieuwe technologie werden de gegevens geproduceerd in de vorm van digitale chorologische matrixen, wat een grote stap vooruit was voor de beeldverwerking.
 
 

	Satelliet met multispectrale scanner

Multispectrale scanners
 
Vandaag de dag is de scanner van groot belang voor remote sensing. Hij wordt zowel op aarde, in vliegtuigen als aan boord van satellieten gebruikt. De detectoren van elke scanner vangen straling in bepaalde kanalen op. Het aantal kanalen, de bandbreedte en de plaats in het elektromagnetisch spectrum verschillen per sensor, zodat ook de karakteristieken van de spectrale resolutie verschillen. De combinatie van deze factoren bepaalt voor welk gebruik de beelden van een bepaalde sensor het geschiktst zijn.

Rechts hiernaast zie je een tekening van een scanner in een roterende satelliet. De straling van het afgetaste gebied op aarde wordt door een spiegel weerkaatst naar een optisch filter dat de diverse golflengtes scheidt. De gefilterde straling wordt ontvangen door diverse detectoren, die elk de hoeveelheid straling binnen hun eigen bereik (kanaal) meten. Het resultaat van die meting is een getal dat de hoeveelheid straling in elk kanaal aangeeft, wat betekent dat de scanner de gegevens digitaal vastlegt. Voor elk afgetast gebied wordt er voor elk kanaal een getal geproduceerd, zodat er een chorologische matrix ontstaat. Als we alle getallen van alle kanalen samen nemen, krijgen we de spectrale signatuur van het afgetaste gebied.

De straling die de spiegel bereikt is afkomstig van een vierkant deelgebied van het aardoppervlak. De ruimtelijke resolutie hangt af van het afgetaste deelgebied en de hoogte waarop het vliegtuig of de satelliet zich bevindt.

Tegelijkertijd vervolgt de satelliet roterend zijn baan rond de aarde. Bij elke rotatie wordt een nieuwe lijn op aarde afgetast. Omdat de satelliet zijn weg vervolgt, zorgt een apertuurmechanisme ervoor dat licht volgens een vast patroon beurtelings wordt doorgelaten en tegengehouden, zodat de aftastlijnen worden verdeeld in aftastgebieden. Op die manier worden gegevens verzameld voor een chorologische matrix. De getallen in de matrix - de digitale gegevens - worden via gewone radiocommunicatie doorgezonden naar de grondstations op aarde.

Bij pushbroom-scannen staat een serie, in rechte lijn opgestelde detectoren loodrecht op de verplaatsingsrichting. Satellieten met deze techniek draaien niet om hun as, zodat de detectoren de gegevens voor de chorologische matrix verzamelen terwijl de satelliet zich in zijn baan voortbeweegt.

De meest geavanceerde, militaire satellieten kunnen gebieden van tien bij tien centimeter of nog kleiner aftasten. Hoe hoog de ruimtelijke resolutie in werkelijkheid is, wordt geheim gehouden. We weten wel dat die voldoende is om zeer kleine details als mensen, voertuigen en kleine installaties te herkennen.

Ter vergelijking: de weersatelliet METEOSAT heeft een resolutie van vijf bij vijf kilometer. Daarmee krijg je minder details te zien maar heb je wel een volledig halfrond in één beeld.
 
 

Vanuit het zuiden genomen radaropname van de Hubbard-gletsjer in het zuidoosten van Alaska

Radarsensoren
 
Als een radarsensor de straling die het na weerkaatsing door het afgetaste oppervlak vastlegt, zelf uitzendt, is het een actieve sensor. Een passieve sensor is daarentegen afhankelijk van de ontvangst van gereflecteerd zonlicht of thermisch infrarode straling. Een voorbeeld van passieve systemen zijn de hiervoor besproken multispectrale sensoren.

Eenvoudig gezegd stuurt de radarsensor energiepulsen naar het aardoppervlak. Een deel van die energie wordt teruggekaatst en bereikt de sensor als 'echo'. De kracht van de echo hangt af van de ruwheid en vochtigheidsgraad van het weerkaatsende oppervlak en de hoek en richting van de helling ten opzichte van de radarstraal. Op basis van de tijd die de echo erover doet om de sensor te bereiken, kunnen we de afstand tot het oppervlak bepalen.

De door radarsensoren gebruikte energie wordt uitgezonden op langere golflengtes die door mist en bewolking heen dringen en ook 's nachts beelden verzamelen. Dat is een belangrijk voordeel boven passieve satellieten, want die kunnen niet door de bewolking kijken en zijn voor gedetailleerde opnamen aangewezen op zonlicht.

Radarsensorsystemen worden zowel in vliegtuigen als in satellieten gebruikt. De radarbeelden tonen details van de topografie. Bovendien kunnen we, door hetzelfde gebied onder twee verschillende hoeken af te tasten, de afstand tussen het voorwerp en de satelliet berekenen en daarmee hoe hoog het boven zeepeil ligt (interferometrie). Die gegevens kunnen vervolgens worden gebruikt voor 3D-kaarten.

Dergelijke terreinmodellen worden bijvoorbeeld toegepast in het besturingssysteem van raketten die zelf hun doel vinden. Het raketbesturingssysteem vergelijkt het landschap onder de raket met het geïnstalleerde terreinmodel en stuurt zo automatisch op het doel af. De gegevens kunnen ook voor allerlei andere zaken worden gebruikt, bijvoorbeeld om de gevolgen van een overstroming op te nemen.
 
 
 
Last update: 14 december 2009