Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Многообразие дронов, которые используются в мировой практике при дистанционном мониторинге агропромышленных комплексов, показывают определенные преимущества над методами дистанционного зондирования из космоса в видимом и инфракрасных диапазонах. К таким преимуществам можно отнести следующее. Они способны оперативно собирать данные с высоким разрешением, причем уровень облачности для этого не являются помехой, по причине полета БПЛА ниже облачности. Следует отметить относительно низкую стоимость получаемых данных. Кроме того, беспилотная авиация позволяет осуществлять перенос относительно массивных тел. Целью использования БПЛА является исследование дистанционными методами разнообразных наземных природных объектов, в частности, криосферных образований, например, ледников, наледей и т.п. Для этих целей на платформы БПЛА устанавливают приемные устройства, которые регистрируют электромагнитное излучение в видимом и инфракрасном диапазонах. Перспективным для мониторинга труднодоступных мест, в том числе и криосферных объектов, является, кроме видимого или инфракрасного диапазонов, микроволновый диапазон. Это связано с тем, что электромагнитное излучение в данном диапазоне длин волн формируется с больших глубин и может достигать для объектов имеющих температуры ниже 0 °С нескольких десятков метров. Микроволновый диапазон, ввиду особенностей диэлектрических проницаемостей для льда и воды, позволяет определять структуру криосферных образований, а именно, наличие примесей, включений, в том числе из газов, выявлять градиент термодинамической температуры и т.п. Аппаратуру, работающую в радиодиапазоне, можно устанавливать на беспилотные летательные средства и выполнять оперативные измерения криосферных объектов с использованием данных комплексов. Очевидно, что исследования криосферных образований при помощи БПЛА в микроволновом диапазоне являются актуальными. Одним из преимуществ БПЛА, кроме оперативности получения данных, является высокое пространственное разрешение, получаемое в микроволновом диапазоне. Однако имеется ряд трудностей в получении и анализе данных, которые выдаются с системы измерений. В частности, ввиду высокой зависимости радиояркостной температуры от угла наблюдения, возникают ошибки при радиозондировании криосферных образований (БПЛА под действием ветровых нагрузок и собственной вибрации от вращающихся винтов не имеет строго фиксированного положения в пространстве). Также возникает вопрос калибровки радиометрических приемников. Нами исследовалась возможность использования БПЛА для исследования пассивным радиометрическим методом криосферных сред на частоте 34 ГГц. В ходе выполнения работы над проектом РНФ был изготовлен макет радиометрического приемника на частоту 34 ГГц с шириной полосы 2,3 ГГц и при кратковременной чувствительности 0,01 К (при времени до 5 мин.) при постоянной времени 1 с. Данный радиометр представляет из себя модуляционный супергетеродинный приемник. Для уменьшения влияния уровня боковых лепестков антенны использовалась узкополосная скалярная гофрированная рупорная антенна для приема собственного теплового излучения, диаметр входного отверстия рупора которого составляет 45 мм. В данном типе антенн уровень боковых и задних лепестков подавлен на несколько десятков дБ. Отработана методика калибровки радиометрического приемника, установленного на БПЛА. Для этих целей изготовлены два эталона черных тел с размерами 100×100 см2. На горизонтальную поверхность устанавливается два эталона абсолютно черных тела, расположенных на расстоянии в несколько метров друг от друга, имеющих различную термодинамическую температуру. Первое тело имеет температуру окружающей среды, а второе температуру кипения жидкого азота. Возможно также использование для калибровки излучения неба, отраженного от металлического листа. БПЛА с радиометром располагается над данными телами на такой высоте, чтобы они перекрывали главный лепесток диаграммы направленности антенны. Для того чтобы исследовать собственное тепловое излучение среды нами предлагается принимать излучаемое радиотепловое излучение под углом, лежащим в пределах 10°…15° от вертикали с целью исключения попадания в диаграмму направленности антенны переотраженного теплового излучения БПЛА с установленном на нем радиометрическим приемником при полетах на небольших высотах (ниже ~10 м). Кроме того, излучение полубесконечной плоскослоистой среды при небольших изменениях угла не дает существенных вариаций радиояркостной температуры при углах близких к надиру. Для регистрации выходного сигнала микроволнового радиометра нами была изготовлена система сбора данных на основе 32-битного микроконтроллера, 24-битного аналого-цифрового преобразователя и микросхемы гироскопа-акселерометра с записью на внешний накопитель данных (SD-карта) с произвольной частотой измерения (до 1000 опросов в секунду). На систему сбора данных предполагается записывать в реальном времени следующие параметры радиометра: выходной сигнал, температуру внутри радиометрического приемника, углы положения измерительного прибора в пространстве. Для отработки методики радиометрических измерений с использованием квадрокоптера, нами были выполнены измерения труднодоступных природных объектов с использованием натянутого стального троса, по которому может перемещаться платформа с установленным на нем радиометром. Данная измерительная система является аналогом БПЛА. Были выполнены натурные измерения с использованием вышеназванной методики (перемещаемый по тросу радиометр) в труднодоступном месте, а именно, береговая зона горной реки. Также были выполнены измерения радиояркостной температуры растущего пресного ледяного покрова. Были проведены летные испытания. На БПЛА с грузоподъёмностью до 2-х кг был установлен изготовленный радиометр и выполнена трассовая запись радиояркостной температуры небольшого тестового участка, покрытого снежным покровом. В результате было показано, что радиометрические измерения на длине волны 0,88 см с использованием БПЛА имеют перспективу для гидрологических исследований. Таким образом, к усовершенствованию методик радиометрических измерений в миллиметровом диапазоне криосферных образований в труднодоступных участках с использованием БПЛА можно отнести следующее 1) необходимо учитывать угол наблюдения, а точнее вести постоянно его регистрацию и корректировать данные; 2) аналогом использования БПЛА может служить платформа, которая перемещается по металлическому тросу, натянутому над труднодоступным участком, находящимся в мерзлом состоянии; 3) следует предварительно составить карту рельефа, на котором будут указаны углы площадок относительно горизонта, для интерпретации получаемых сигналов с радиометра.

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Беспилотные летательные средства (БПЛА), которые могут нести полезную нагрузку в несколько килограмм, являются активными помощниками в деятельности человека. Многообразие дронов, которые используются в мировой практике, при дистанционном мониторинге агропромышленных комплексов, показывают определенные преимущества над методами дистанционного зондирования из космоса в видимом и инфракрасных диапазонах. К таким преимуществам можно отнести следующее. Они способны оперативно собирать данные с высоким разрешением, причем уровень облачности для этого не всегда являются помехой, по причине полета БПЛА ниже облачности. Также следует отметить относительно низкую стоимость получаемых данных. Традиционно, целью использования беспилотных летательных аппаратов является исследование дистанционными методами разнообразных наземных природных объектов, в частности криосферных образований, например, ледников, наледей и т.п. Для этих целей на платформы БПЛА устанавливают приемные устройства, которые принимают электромагнитное излучение в видимом и инфракрасном диапазонах. Перспективным для мониторинга труднодоступных мест, в том числе и криосферных объектов, является, кроме видимого или инфракрасного диапазонов, микроволновый диапазон. Это связано с тем, что электромагнитное излучение в данном диапазоне длин волн формируется с больших глубин и может достигать для объектов имеющих температуры ниже 0 °С нескольких десятков метров. Микроволновый диапазон, ввиду особенностей диэлектрических проницаемостей для льда и воды, позволяет определять структуру криосферных образований, а именно, наличие примесей, включений, в том числе из газов, выявлять градиент термодинамической температуры и т.п. Одним из преимуществ БПЛА, кроме оперативности получения данных, является высокое пространственное разрешение, получаемое в микроволновом диапазоне при радиометрических измереиях. Однако имеется ряд трудностей в получении и анализе данных, которые выдаются с системы измерений. В частности, ввиду высокой зависимости радиояркостной температуры от угла наблюдения, возникают ошибки при радиозондировании криосферных образований (БПЛА под действием ветровых нагрузок и собственной вибрации от вращающихся винтов не имеет строго фиксированного положения в пространстве). Также возникает вопрос калибровки радиометрических приемников. Нами исследовалась возможность использования БПЛА для исследования пассивным радиометрическим методом криосферных сред на частоте 34 ГГц. Следует отметить, что частота 34 ГГц имеет свои преимущества при радиозондировании криосферных объектов. В частности, излучение в более длиноволновом диапазоне, по сравнению с оптическим диапазоном, является практически прозрачным для снежного покрова и по этой причине при исследовании снежных покровов микроволновыми радиометрами, например, ослаблено влияние его уровня загрязнения. К другому преимуществу можно отнести приемлемые геометрические размеры использованной антенны радиометрического приемника, которые зависят от длины волны принимаемого электромагнитного излучения. В ходе выполнения работы над проектом РНФ был изготовлен радиометрический приемник на частоту 34 ГГц с шириной полосы 2,3 ГГц и при кратковременной чувствительности 0,01 К (при времени до 5 мин.) при постоянной времени 1 с. Данный радиометр представляет из себя модуляционный супергетеродинный приемник. Для уменьшения влияния уровня боковых лепестков антенны использовалась узкополосная скалярная гофрированная рупорная антенна для приема собственного теплового излучения, диаметр входного отверстия рупора которого составляет 45 мм. В данном типе антенн уровень боковых и задних лепестков подавлен на несколько десятков дБ. Для регистрации выходного сигнала микроволнового радиометра нами была изготовлена система сбора данных на основе 32-битного микроконтроллера, 24-битного аналого-цифрового преобразователя и микросхемы гироскопа-акселерометра с записью на внешний накопитель данных (SD-карта) с произвольной частотой измерения (до 1000 опросов в секунду). На систему сбора данных осуществлялась запись в реальном времени следующих параметров радиометра: выходной сигнал, температура внутри радиометрического приемника, углы положения измерительного прибора в пространстве. Для отработки методики радиометрических измерений с использованием БПЛА, нами были выполнены измерения труднодоступных природных объектов, а именно, ледяного пресного покрова с толщиной до 3 см с использованием установленного на БПЛА радиометрического приемника. Также были выполнены измерения излучательных и отражательных характеристик слоистой криосферной структуры представляющей из себя снег – ледяной покров – вода (грунт) вблизи береговой зоны пресного озера Арахлей, расположенного в Забайкальском крае. Измерения были выполнены на длинах волн 90 ГГц, 34 ГГц, 13 ГГц и в тепловом инфракрасном диапазоне. По результатам данного исследования опубликована работа (http://jr.rse.cosmos.ru/article.aspx?id=3078). Таким образом, к усовершенствованию методик радиометрических измерений в миллиметровом диапазоне криосферных образований в труднодоступных участках с использованием БПЛА можно отнести следующее, что опубликованы в работах Бордонского и др. «Особенности методики микроволновых радиометрических измерений с борта БПЛА на волне 0,8 см» (https://www.elibrary.ru/download/elibrary_80557884_58088204.pdf) и по результатам конференции, прошедшей в г. Муроме (https://elibrary.ru/download/elibrary_82921981_70226724.pdf): 1. При радиометрических измерениях необходимо учитывать угол наблюдения и вести постоянно его регистрацию, особенно для случая открытой водной поверхности и измерениях с малых высот. Требуется пространственная стабилизация положения антенны с точностью не хуже 0,5 градуса, либо коррекция измеряемого сигнала по углу отклонения оси антенны от заданного направления. 2. При углах наблюдения меньше 20°, широкой полосе радиометров (больше 2 ГГц) и усреднения по площади >20 квадратных метров ошибки в колебаниях радиояркостной температуры невелики для вариаций угла наблюдения ~1°. 3. Радиометрические измерения криосферных образований в миллиметровом диапазоне, с использованием высокочувствительных микроволновых радиометров, установленных на борт БПЛА, являются уникальным средством для диагностики их состояний, особенно в труднодоступных местах. 4. Для исследования плоскослоистых сред с малыми диэлектрическими потерями при высокой пространственной разрешающей способности в миллиметровом диапазоне необходимо учитывать существующие вариации радиояркостной температуры от их толщины за счет явления интерференции в слоистой среде.