способ дистанционного обнаружения лесных пожаров

Формула изобретения

Способ дистанционного обнаружения лесных пожаров, включающий зондирование подстилающей поверхности Земли космическими средствами путем приема и анализа ИК теплового излучения земной поверхности в окнах прозрачности атмосферы, отличающийся тем, что прием сигнала осуществляют когерентным приемником в узком спектральном интервале, совпадающем с линией излучения атмосферного газа в «горячей» колебательно-вращательной полосе спектра.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области охраны природы, а именно к способам обнаружения лесных пожаров из космоса.

Для обнаружения лесных пожаров можно использовать различные информационные признаки: повышенную температуру, выбросы в атмосферу газообразных продуктов горения (HO₂, CO, СН₄, С ₂Н₂, непредельные углероды), дымовые шлейфы и т.д.

В настоящее время, наряду с наземными способами обнаружения пожаров (RU 2343944, А62С 3/02, 2009, RU 2259854 A62C 3/02, 2005) и авиационным патрулированием (SU 16485505, A62C 3/02, 1991, SU 1225584, A62C 3/02, 1986), практическое применение получили космические средства мониторинга (Спутниковый мониторинг лесных пожаров в России. Итоги. Проблемы. Перспективы. Анал. обзор / СО РАН. ИОА. ГПНТБ; - Новосибирск, 2003; RU 2147253, A62C 3/02, A01G 23/00; RU 2336107, A62C 3/02, A01G 23/00).

Известен способ дистанционного обнаружения лесных пожаров из космоса с помощью телевизионных систем, установленных на борту космического аппарата и передающих снимки дымовых шлейфов (Обнаружение и анализ лесных пожаров: Сб. статей. Красноярск, 1977, с.7-14). Однако данный способ становится не работоспособным в присутствии облаков и в темное время суток.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ дистанционного обнаружения лесных пожаров из космоса с помощью ИК-радиометрии (см. там же с.14-18). Способ ближайшего аналога включает зондирование подстилающей поверхности Земли космическими средствами путем приема и анализа ИК теплового излучения земной поверхности в окнах прозрачности атмосферы на длинах волн более 3 мкм.

Данный способ дистанционного обнаружения пожаров позволяет определить радиационную температуру участков Земли, основываясь на зависимости интенсивности излучения абсолютно черного тела от длины волны и температуры согласно закону Планка, и идентифицировать очаги пожаров по контрасту температур в любое время суток.

Однако данный способ становится неработоспособным при плотной облачности с оптической толщей более 2. Кроме того, контрасты радиационных температур, сильно зависящие, в частности, от увлажненности почв, могут давать «ложную» идентификацию лесных пожаров.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка способа дистанционного обнаружения лесных пожаров из космоса по излучению нагретых при температуре пожара атмосферных газов в ИК-диапазоне спектра.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является повышение достоверности путем исключения «ложной» идентификации пожаров и увеличение чувствительности в условиях плотной облачности.

Указанная задача решается за счет того, что, как и в известном способе, предлагаемый способ дистанционного обнаружения лесных пожаров включает зондирование подстилающей поверхности леса космическими средствами путем приема и анализа ИК теплового излучения в окнах прозрачности атмосферы.

В отличие от известного, в предлагаемом способе прием сигнала осуществляется когерентным приемником в узком спектральном интервале, совпадающем с линией излучения атмосферного газа в «горячей» колебательно-вращательной полосе.

Технический результат достигается тем, что регистрация с помощью когерентного приемника линии излучения атмосферного газа в «горячей» колебательно-вращательной полосе возможна только при высоких температурах пожара свыше 1000°С, а при нормальных атмосферных температурах линия не идентифицируется. То есть регистрация линии излучения атмосферного газа в «горячей» колебательно-вращательной полосе однозначно указывает на наличие высоких температур, что приводит к повышению достоверности, т.к. исключается необходимость в учете контрастов радиационных температур, которые сильно зависят, в частности, от увлажненности почв. Когерентный прием сигнала приводит к увеличению избирательности и чувствительности способа в условиях плотной облачности.

Изобретение поясняется чертежом.

На чертеже изображена схема нескольких нижних колебательных уровней основной изотопической модификации (¹²С ¹⁶О₂) молекулы CO₂. Стрелками обозначены некоторые лазерные переходы, включая переходы в горячей полосе.

В качестве примера работы способа рассмотрен когерентный прием сигналов из космоса на горячем переходе в полосе 01 ¹1-11¹0 (03¹0) углекислого газа (СО ₂). При высоте спутника около 1000 км и угле зрения приемного объектива 10^-3 рад контролируемый участок земной поверхности протяженностью 1 км можно рассматривать как точечный источник, т.е. принимаемая волна с этого участка излучения является когерентной. В качестве опорного генератора при когерентном приеме используется СО₂-лазер низкого давления, генерирующий на том же горячем переходе в полосе 01¹1-11¹0 (03 ¹0). При отсутствии пожара интенсивность горячей линии CO₂ при нормальных атмосферных температурах мизерна и сигнал не регистрируется. В случае пожара при температурах свыше 1000°С интенсивность горячей линии СО₂ усиливается экспоненциально (она становится сопоставима с интенсивностью основных линий СО₂ при нормальных температурах) и сигнал устойчиво регистрируется из космоса. Наличие облачности уменьшает когерентность принимаемого сигнала из-за многократного рассеяния в облаках. Когерентность сохраняется только у малой доли однократно рассеянного сигнала, которая при плотной облачности не превышает 1%. Однако за счет высокой чувствительности и избирательности когерентного приемника, превышающей на три-пять порядков чувствительность прямого детектирования сигнала, этой доли достаточно для устойчивой регистрации горячей линии CO₂ в условиях плотной облачности.

Заявляемый способ может быть реализован с использованием, например, системы орбитальных спутников наблюдения типа NOAA (США) с установленными на них сканирующими радиометрами типа AVHRR с добавлением для когерентного приема в качестве опорного генератора CO₂-лазера, настроенного на излучение линии в горячей полосе. Зарегистрированный радиометром сигнал в режиме открытого доступа принимается наземными пунктами приема и анализируется.