A földmegfigyelés a Föld világűrből való megfigyelése különböző (aktív vagy passzív) érzékelő eszközök (műholdak) segítségével. A földmegfigyelés objektív lefedettséget nyújt térben és időben. Az űrbeli érzékelők adatokat gyűjtenek a Földről, olyan területeket is beleértve, amelyek túl távoliak vagy másképpen elérhetetlenek földi felderítéssel.
A földmegfigyelő rendszer (EOS) Föld körüli pályájú és alacsony inklinációjú műholdak összehangolt rendszere, melynek célja a földfelszín, a bioszféra, az atmoszféra, a Föld szilárd rétegének és az óceánok hosszútávú megfigyelése. A földmegfigyelés folyamata nemcsak a kibocsátott vagy visszavert energia érzékelését, hanem a mért adatok feldolgozását, elemzését és alkalmazását is magába foglalja.
Fizikai alapok Az elektromágneses sugárzásnak alapvető tulajdonsága a frekvencia. A rövid hullámhosszú (gamma- és röntgen) sugárzástól a hosszú hullámhosszú (mikrohullámú és rádióhullámú) sugárzások összessége alkotja az elektromágneses spektrumot vagy színképet. bélyegkép|250px|Hullámhossz bélyegkép|250px|Különböző frekvenciájú szinuszhullámok bélyegkép|250px|Az elektromágneses spektrum hullámhossz tartományai és a légköri ablakok Mielőtt a távérzékeléshez használt sugárzás eléri a földfelszínt, keresztülhalad a légkörön, és az atmoszférában található gázokkal és részecskékkel kölcsönhatásba kerül a beérkező fény és sugárzás, melynek két típusa lehet: szóródás és elnyelődés.
bélyegkép|250px|jobbra|Atmoszferikus abszorpció
Az űrbeli megfigyeléshez és adatgyűjtéshez az elektromágneses spektrumnak csak azok a részei használhatók, melyeket nem befolyásolnak az említett hatások. Ezeket légköri ablakoknak nevezzük. Az a sugárzás, ami nem abszorbeálódik és nem szóródik szét, eléri a földfelszínt és három lehetséges formában kölcsönhatásba kerül vele: a sugárzást elnyeli, áthalad rajta vagy visszaverődik róla. Ezek egymáshoz viszonyított aránya a hullámhossztól és a felszín anyagától függ. A földmegfigyelés során a legfontosabb a visszavert sugárzás érzékelése, mérése. A reflektancia két szélsőséges forma között változhat: tökéletes és diffúz visszaverődés.
bélyegkép|none|Tökéletes és diffúz visszaverődés
A visszaverődés mértéke és formája szintén a felszín vagy a megfigyelt tárgy anyagától, tulajdonságaitól függ.
Rögzítési technika és fényképezés Fényképes Távérzékelt fényképes adatok úgy készülnek, hogy a tárgyról visszaverődő közvetlen sugárzást veszik filmre. A hullámhosszok tartománya, amelyet a fényképező eszközök érzékelnek, korlátozottak a kamerában található film és a szűrő érzékenysége által. A film spektrális érzékenységének tartománya az ultraibolyától (UV) az infravörösig terjedhet. Szűrőket is használnak a különböző filmtípusokkal közösen, azért, hogy leszűkítsék a felvételre kerülő hullámhossztartományt, vagy hogy csökkentsék a légköri háttérsugárzást. A többsávos kamerákat, amelyek egyidejűleg rögzítenek több felvételt ugyanazon tárgyról, többsávos (multi-spectral) képek előállítására használják. Az ilyen kamerák különböző film és szűrő kombinációkat használnak a különböző hullámhossztartományok rögzítésére. A film lehet egy spektrális sávra érzékeny (mint az egyrétegű fekete-fehér filmek) vagy többre (mint a három rétegű színes filmek). A négy filmtípus, amelyeket űrfelvételeknél használhatnak, a következők: Fekete-fehér a látható tartományban (pánkromatikus) 'térképező' (mapping) film – nagyjából egyforma érzékenységű az összes látható tartományra. Sokszor a filmet egy ’mínusz-kék’ (minus-blue – kéket elnyelő) szűrővel együtt használják, hogy kiszűrjék a légköri háttérsugárzást az elektromágneses spektrum kék végéről. ’felderítő’ (reconnaissance) film – kevésbé érzékeny a kék hullámhossztartományra, így kisebb a légköri zaj. Fekete-fehér a közeli infravörös tartományban Színes a látható tartományban Hamis színes a közeli infravörös tartományban bélyegkép|none|250px|A SPOT műhold felvétele St. Thomas városról (Ontario, Kanada) pánkromatikus tartományban bélyegkép|none|250px|A Léna deltája hamis színes Landsat űrfelvételen
Digitális Az adatoknak digitális vagy numerikus formátumban kell lenniük ahhoz, hogy egy számítógép feldolgozhassa. A digitális képen a színek számok formájában vannak jelen. A grid (vagy valamelyik másik leképezési) mintát használják arra, hogy rögzítsék a kép színeit, minden egyes cella egy vagy több színkódból áll.A digitális érzékelők közvetlenül szám formátumban rögzítik a sugárzást. A legtöbb esetben a nulla a semmilyen (vagy a legkisebb érzékelhető) sugárzást rögzíti, és a legnagyobb rögzíthető szám a legnagyobb sugárzási szintet jelenti. A legtöbb távérzékelt képnél ez a legmagasabb sugárzási szint a 255-ös számhoz van rendelve. Ezzel a felbontással 256 különböző fényintenzitású színt lehet rögzíteni a digitális képen.
Érzékelők (szenzorok) A szenzorok az érzékelés módja szerint 2 csoportba sorolhatók: passzív: az energia, ami az érzékelt sugárzáshoz szükséges, külső forrásból származik – pl. a Napból –, az érzékelő a visszavert sugárzást rögzíti aktív: az energiát, amit az érzékelő rendszeren belül generálnak, kívülre irányítják, és a visszatérő energiatöredéket mérik meg (a radar egy példa rá)
Passzív bélyegkép|jobbra|250px|a GRACE műholdak adatai alapján készült gravitációs modell
Nem pásztázó Nem képalkotó Megméri a célterület összes pontján a sugárzást, feldolgozza, és jelenti az eredményt egy elektromos jelerősség vagy valamely más mennyiségi érték formájában. Ilyen érzékelők lehetnek: Mikrohullámú (radiométer) Mágneses Gravitációmérő Fourier-spektrométer egyéb Képalkotó (kamera) A felszabaduló elektronok ionizálnak egy anyagot, mint pl. ezüst (Ag) a filmen, és mivel a cél minden egyes pontjához köthető sugárzás, az eredmény egy kép lesz. A kamerák típusai a fény tartományai alapján a következők lehetnek: Monokróm (egyszínű) Színes a látható tartományban Infravörös Hamis színes az infravörös tartományban egyéb
Pásztázó Képalkotó A felszabaduló elektronok egy képalkotó eszközre hatnak, mint pl. TV vagy számítógép-monitor, oszcilloszkóp vagy elektromos érzékelők
Image plane scanning TV camera Solid scanner Object plane scanning Többsávos letapogatórendszer (Multispectral Scanner (MSS)) A többsávos letapogatórendszer, ahogy a neve is mutatja, egy olyan távérzékelő eszköz, amely a sugárzást több különböző hullámhosszon méri, ezek a látható, közel-infravörös, közép-infravörös, és termális-infravörös tartományai az elektromágneses spektrumnak. Mivel a hullámhosszakat ezekben a tartományokban jelentősen befolyásolják a légköri zajok, ezeknek az eszközöknek a hasznossága a földmegfigyelésben korlátozottak lehetnek a légköri viszonyok által. Az MSS eszközök digitálisan rögzítik az észlelt sugárzást több meghatározott hullámhossz ’csatornában’ vagy ’sávban’. Az elve ennek a rögzítési módszernek ugyanaz, mint a kameráknál a szűrők használata a korlátozott hullámhossztartomány felvétele érdekében. Például, ha megfelelő szűrőt használunk, hogy a kék fényt rögzíthessük, egy teljesen piros tárgy feketén jelenik meg, mert csak a kék fény megy át a szűrőn a film felvételekor. mikrohullámú radiométer
Ezek a passzív érzékelők rövidebb hullámhossztartományban dolgoznak, legfeljebb 300 mm-ig, a mikrohullámú tartomány termál sugárzását mérik. A hullámhosszok azon tartománya, amelyet a mikrohullámú radiométer érzékel, a Föld energiaspektrumának alacsonyabb energia-tartományú részével egyezik meg. A passzív sugárzás intenzitása függ a tárgy hőmérsékletétől, a beeső sugárzástól, a kisugárzástól, visszaverődéstől és a törésmutatótól. Mivel ezek az érzékelők viszonylag alacsony energiaszinten dolgoznak, a képek zajosak, így rosszabb felbontásúak is és összetettebb feldolgozást igényelnek.
A passzív mikrohullámú radiométert általában a tengerjég, valamint egyéb tengeri tulajdonságok, mint pl. felszíni szél, jégkiterjedés és esőviszonyok térképezésére használják. Napjainkban több új érzékelőt is fejlesztenek speciálisan erre a fontos területre.
A mikrohullámú érzékelőrendszereknek, mindegy hogy aktívak vagy passzívak, fontos szerepük van a globális klíma és időjárás rendszer tanulmányokban. Ezeknek az adatait máris felhasználták a meteorológia és az óceánkutatás számos területén, valamint az újabb kutatások a szárazföldi alkalmazásokra is kiterjednek.
Aktív A radar térbeli helyzet és távolság meghatározására alkalmas műszer. A kisugárzott, majd visszavert mikrohullámú jel visszaérkezési idejét mérve meghatározható az objektum távolsága a műszertől. A mikrohullámú tartomány több sávra osztható, amelyek különböző jelenségek vizsgálatára alkalmasak. hullámsáv nevehullámhossz (cm)alkalmazás Ka 0,75–1,10 térképezés K 1,10–1,67 felhőmegfigyelés Ku 1,67–2,40 műholdas kommunikáció, traffipax X 2,40–3,75 térképezés, megfigyelés C 3,75–7,50 meteorológiai megfigyelések S 7,50–15 meteorológiai megfigyelések, csapadékmennyiség mérése L 15–30 P 30–100 lombos növényzet, talajviszonyok megfigyelése, gleccserek és tengeri jég vizsgálata
A mikrohullám egyenes vonalban terjed, a légköri hatások – mint a pára, felhőzet vagy a csapadék – csillapítják.
Nem pásztázó Nem képalkotó Mikrohullámú radiométer Mikrohullámú magasságmérő
Az aktív mikrohullámú mérőműszerek radar műszereken alapulnak.
A radaros magasságmérés egy technika, amely a felszín feletti magasságot tudja mérni, a rádió-magasságmérő segítségével. A működési elve az, hogy a radar kibocsát egy hullámot, majd ez a hullám visszaverődik a felszínről, és ezt a visszaérkező hullámot értékeli ki. A radaros magasságmérés a földfelszín magasságára vonatkozó mérési adatokat szolgáltat, amelyek segítségével meg lehet határozni a tengeri jégtakaró kiterjedését, az óceán kisléptékű felszíni különbségeit, valamint a szélsebességet. A fontosabb műholdakon található magasságmérők: ERS 1 és 2: Ku-sávú (13,8 GHz) rádió-magasságmérő, amelyet az Európai Távérzékelő Műholdon (ERS 1 és 2) 1991. július 17-én és 1995. április 21-én lőttek fel. GEOSAT Ku-sávú (13,5 GHz) rádió-magasságmérő, amelyet a GEOSAT műholdon 1985. február 12-én lőttek fel. Seasat: Ku-sávú (13,5 GHz) rádió-magasságmérő, amelyet a Seasat műholdon 1978. június 27-én lőttek fel. TOPEX/Poseidon: Ku-sávú (13,6 GHz) és C-sávú (5,3 GHz) dupla frekvenciájú Topex radar, amelyet a TOPEX/Poseidon felületén 1992. augusztus 2-án lőttek fel. CryoSat-2: SILAR Lézeres vízmélységmérő Lézeres távolságmérő
Pásztázó Képalkotó
Image plane scanning PPAR (Passive phased array radar) Object plane scanning RAR (Real aperture radar) SAR (Synthetic aperture radar): az érzékelő, ahogy halad a pályáján, minden megfigyelt pontot lát elölről, felülről és hátrafelé visszatekintve, amíg ez a pont beleesik a sugárnyalábba. Utólagos digitális adatfeldolgozással az utazási idő és a jelek kibocsátási ideje alapján határozható meg a visszaverési pont képe. bélyegkép|150px|SAR működési elve bélyegkép|150px|RAR működési elve
KEO rendszer
A ismeret-orientált föld megfigyelési rendszer (KEO – Knowledge-centric Earth Observation) jelenleg a világ legnagyobb nyilvános távérzékelési adatfeldolgozó rendszere.
A három kulcsszó: a „nyilvános”, a „távérzékelési” és az „adatfeldolgozó” kifejezések érzékeltetik, hogy egy komplex és integrativitásra törekvő rendszerbe nyerhetnek betekintést az alkalmazók. Az adatok hozzáférhetőségének megkönnyítésével, feldolgozásuk és interpretációjuk automatizálásával a KEO úttörő lehetőségeket nyújt a tudományos kutatások és az alkalmazói fejlesztések számára egyaránt.ESA technológiák
Az egészen egyszerű elemzések elvégzése mellett a folyamattervezés eszközével komplex döntéstámogatói rendszerek alakíthatók ki a KEO rendszer segítségével.
Légi fényképezés
A légi fényképezés célja a földfelszín levegőből történő fényképezése. Ezek a fotók általában repülőgépre vagy helikopterre szerelt kamerával készülnek. bélyegkép|200px|none|A 4-es metró Gellért téri állomásának építése légifotón bélyegkép|200px|none|A Duna-part látképe légifotón