Главная
страница 1

Московский физико -технический институт


(государственный университет)

Факультет аэрофизики и космических исследований



«Утверждаю»

Ректор


_____________________ Н.Н. Кудрявцев

«_____»__________________2004 г.

ПРОГРАММА

ИТОГОВОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ЭКЗАМЕНА

ПО Специальности

«КОСМИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ»

Программа разработана кафедрой «Системы, устройства и методы геокосмической физики» (базовое предприятие НПО «Элас») в соответствии с магистерской программой 511625 - «Космические информационные системы. Связь, навигация и дистанционное зондирование».




Декан ФАКИ

________________Б.К. Ткаченко

«_____»________________2004 г.

Зав. кафедрой СУМГФ


________________Т.В. Кондранин

«_____»_______________2004 г.

Москва 2004 г.







1. Предмет и основные понятия специальности

1.1. Принципы дистанционных исследований. Связь дистанционной информации с характеристиками изучаемых явлений и процессов. Дистанционное зондирование до 60-х годов. Космические и авиационные системы дистанционного зондирования. Достоинства космической информации. Вседоступность. Оперативность. Глобальность.

1.2. Задачи дистанционного зондирования атмосферы, поверхности Земли. Земля как единая экологическая система. Роль дистанционных исследований в изучении природной среды в глобальном масштабе и воздействия на нее антропогенных факторов.

1.3. Задачи дистанционного контроля и разведки объектов на поверхности Земли и в атмосфере.

1.4. Современные системы дистанционного зондирования. Системный подход к дистанционным исследованиям. Пространственное, спектральное, радиометрическое и временное разрешение. Перспективы развития космических систем дистанционного зондирования Земли.

2. Природа электромагнитного излучения. Взаимодействие излучения с веществом.

2.1. Теория электромагнитного излучения. Уравнения Максвелла. Волновое уравнение и его решения. Поляризация. Поток энергии. Энергетические и фотометрические величины. Отражение и преломление света. Классическая теория излучения, поглощения и дисперсии. Тепловое излучение. Абсолютно черное тело. Законы Стефана-Больцмана, Планка, формулы Вина и Релея-Джинса. Излучательная способность и радиояркостная температура. Стимулированное излучение (лазеры). Инверсия населенностей и усиление света. Порог генерации лазера. Оптические свойства лазерных пучков. Источники СВЧ-излучения. Дипольная антенна.

2.2. Взаимодействие излучения с веществом в оптическом диапазоне. Связь результатов дистанционных наблюдений со свойствами наблюдаемых явлений. Уравнение переноса излучения для поглощающей, излучающей и рассеивающей среды. Уравнение переноса при наличии поляризации. Вектор-параметр Стокса. Приближение локального термодинамического равновесия. Лазерное дистанционное зондирование. Лидарное уравнение для рассеяния. Лидарное уравнение для дифференциального поглощения. Лидарное уравнение для флюоресцирующего объекта. Альбедо. Особенности спектральных характеристик отражения природных и антропогенных образований в видимом и инфракрасном диапазонах спектра. Спектральные и рассеивающие свойства минералов, горных пород и почв. Спектральные свойства растительности. Характеристики, связанные с содержанием влаги. Спектральные свойства крио- и водных сред.

2.3. Взаимодействие излучения с веществом в СВЧ-диапазоне. Особенности дистанционных методов зондирования в СВЧ-диапазоне. Чувствительность к геометрии поверхности. Чувствительность к содержанию воды. Уравнение радиолокации. Основные характеристики сигнала обратного рассеяния. Рассеяние излучения природными объектами (угловые и спектральные зависимости, поляризационные характеристики).

2.4. Пассивное дистанционное зондирование в СВЧ-диапазоне. Модели радиометрической температуры (гладкая и шероховатая поверхности). Яркостная температура природных образований.

З. Роль атмосферы в дистанционных исследованиях Земли.

3.1. Характеристики атмосферы. Состав. Газы. Аэрозоли. Облака. Туман. Дымка. Перенос излучения в рассеивающей и поглощающей среде. Поглощение излучения газами. Рассеяние на молекулах газа и частицах аэрозоля. Релеевское рассеяние. Рассеяние Ми. Закон Ламберта-Бугера. Оптическая толща. Модели аэрозольной атмосферы. Метеорологическая дальность видимости.

3.2. Методы расчета прозрачности атмосферы. Метод "линия за линию" или метод построения моделей по спектральным линиям. Метод моделирования полос (модель Эльзассера, статистическая модель или модель Мейера - Гуди, модель случайного наложения полос Эльзассера, квазислучайная модель). Эмпирические методы с использованием модели полос ("агрегатный" метод, модель "Lowtran"). Двухпараметрический метод Куртисса-Годсона. Многопараметрические модели. Окна прозрачности атмосферы.

3.3. Атмосферная турбулентность. Дифракция на однородных зонах. Структурная функция. Структурная постоянная. Оптическая передаточная функция турбулентной атмосферы. Случайная составляющая длительной и короткой экспозиции. Измерения турбулентности.

3.4. Яркостные (радиационные) характеристики Земли из космоса. Отраженное и тепловое излучение. Облученность Земной поверхности. Прямое солнечное излучение. Излучение небосвода. Зависимость от высоты Солнца над горизонтом и геометрии наблюдения. Яркость Земли из космоса. Излучение от участка поверхности. Вклад атмосферы. Учет рассеянного излучения. Особенности процессов переноса излучения в атмосфере Земли в инфракрасном и СВЧ-диапазонах.

4. Регистрация электромагнитного излучения.

4.1. Классификация механизмов селективного фотоприема. Фотонные эффекты. Тепловые эффекты. Эффекты волнового взаимодействия. Основные типы твердотельных фотоприемников. Фотодиоды. Барьеры Шотки. Фоторезисторы собственные и примесные. Приборы с зарядовой инжекцией.

4.2. Основы физики приборов с зарядовой связью (ПЗС). Принцип хранения и переноса заряда. Основные типы ПЗС-структур. Перенос заряда и частотные свойства. ПЗС с объемным каналом и виртуальной фазой. Неэффективность переноса заряда в ПЗС. Темновой ток. Методы ввода и детектирования заряда. Линейные и двумерные приемники изображения на ПЗС.

4.3. Характеристики приемников излучения. Светсигнальная характеристика. Квантовая характеристика. Квантовая эффективность. Спектральная характеристика чувствительности. Спектральный коэффициент поглощения излучения. Длинноволновая граница чувствительности. Актиничные энергетические характеристики. Частные свойства приемников излучения, постоянная времени фотоотклика. Функция передачи модуляции (ФПМ). Геометрическая ФПМ. Диффузная ФПМ. ФПМ неэффективности переноса в ПЗС.

4.4. Шумы. Основные источники шумов. Пороговая облученность. Удельная обнаружительная способность. Спектральная плотность шума полупроводниковых фотоприемников. Шумы в многоэлементных ПЗС-фотоприемниках. Шум переноса заряда. Шум выходного устройства. Геометрический шум. Влияние охлаждения. Достоинства в случае приема изображения при низких уровнях облученности.

4.5. Дискретизация изображения многоэлементным фотоприемником. Теорема Котельникова. Визуальное проявление эффектов выборки. Редукция пространственных частот и ФПМ многоэлементных приемников. Муар-эффект. Описание эффекта искажения сигнала с помощью « ФПМ фазы». Тестирование многоэлементных фотоприемников. Реакция системы на прямоугольную миру. Связь с ФПМ.



5.Теория линейной фильтрации. Сигналы и помехи в системах приема электромагнитного излучения.

5.1. Детерминированные сигналы способы их описания. Интеграл свертки. Преобразование Фурье и его функциональные свойства. Теорема свертки и оптическая передаточная функция

(ОПФ). Анализ линейных систем формирования изображения с помощью преобразования Фурье. ОПФ оптических элементов. ОПФ типичных элементов информационного тракта систем дистанционного зондировния. Центральная предельная теорема при анализе линейных систем. Результирующая ОПФ.

5.2. Случайные сигналы и способы их описания. Случайные функции и поля. Числовые характеристики. Функция распределения и функция плотности вероятности. Стационарность, однородность, эргодичность. Автокорреляционная функция и спектральная плотность. Корреляционный и спектральный анализ. Виды одномерных спектров. Преобразование спектральной плотности линейными звеньями. Вероятностное описание непрерывных изображений.

5.3. Задачи бинарного обнаружения. Оценивание параметров и фильтрация сигналов на фоне помех. Отношение правдоподобия. Корреляционный, фильтровый и Зигерта-Котельникова приемники.

6.Методы передачи и обработки информации в системах дистанционного зондирования.

6.1. Методы передачи изображений. Характеристики системы передачи изображений. Использование моделей зрения при кодировании изображений. Кодирование методом импульсной кодовой модуляции. Статистическое кодирование. Кодирование с предсказанием. Кодирование с преобразованием. Гибридное кодирование. Межкадровое кодирование с условным замещением. Сокращение избыточности бинарных изображений.

6.2. Методы обработки изображений. Представление изображений в цифровой форме. Дискретизация и восстановление непрерывных изображений. Математическое описание дискретных изображений. Линейные операторы. Оператор суперпозиции. Двумерные унитарные преобразования. Преобразование Фурье. Косинусное преобразование. Синусное преобразование. Преобразование Адамара, Хаара. Сингулярное преобразование. Двумерные методы линейной обработки. Обработка с использованием преобразования. Суперпозиция с преобразованием. Свертка с использованием быстрого преобразования Фурье. Фильтры на основе преобразования Фурье. Рекурсивная фильтрация.

6.3. Методы классификации дистанционной информации. Геометрическая коррекция дистанционного изображения. Радиометрическая коррекция. Алгоритмы расширения динамического диапазона дистанционного изображения. Общая геологическая интерпретация результатов дистанционного зондирования. Применение условно-цветового кодирования изображения по данным спектральных каналов. Метод анализа главных компонент или преобразование Карунена-Лоэва. Метод подчеркивания контуров для выделения разломов, линеаментов, геоботанических аномалий. Спектральные методы идентификации и оценки состояния зерновых культур. Преобразование Каута-Томаса. Признаки многозональной информации (индекс почвы, вегетационный индекс, индекс влажности). Учет временных характеристик, каскадная классификация. Морфометрический анализ в географических исследованиях. Обнаружение объектов определенной формы. Неконтролируемая классификация. Экспертные системы для данных дистанционного зондирования.


7. Литература.

1. Дистанционное зондирование природных ресурсов из космоса. Тематический выпуск. -ТИИЭР, том 73, вып.,1985.

2. А. С. Елизаренко и др. Оптико-электронные системы в исследованиях природных ресурсов. - М., Недра, 1984.

3. В.С.Авдуевский, Г.Р.Успенский. Космическая индустрия.-М., Машиностроние, 1989.

4. Д. Мишев. Дистанционное исследование Земли из космоса.-М., Мир, 1985.

5. R.N.Colwell, Ed. Manual of Remote Sensing, 2nd ed. Falls Church, VA: American Society of Rhotogrammetry, 1983.

6. Р.Межерис. Лазерное дистанционное зондирование.-М., Мир, 1987.

7. F.T.Ulaby, R.K.Moore, and А.К.Fund. Microwave Remote Sencing. Vol. 1 Reading, MA:

Addison-Wesley, 1981.

8. F.T.Ulaby, R.K.Moore, and A.K.Fund. Microwave Remote Sencing. Vol. 2 Reading, MA:

Addison-Wesley, 1982.

9. F.T.Ulaby, R-K.Moore, and A.K.Fund. Microwave Remote Sencing. Vol. 3 Reading, MA:

Addison-Wesley, 1985.

10. Справочник по радиолокации. В четырех томах. Редактор М.Скольник.- М., Советское радо,1979.

11. КЛ.Кондратьев, О.И.Смоктий, В.В. Козодеров. Влияние атмосферы на исследование природных ресурсов из космоса. Под ред. Марчука Г.И.- М., Машиностроение, 1985.

12. Special Issue on the Earth Observing System. (Eos)/ IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sencing, vol.17, 1982.

13. О.Г.Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов.- М., Машиностроение, 1989.

14. Н.Н.Моисеев. Математические задачи системного анализа.- М., Наука, 1981.

15. Дж. Ллойд. Системы тепловидения. М., Мир, 1989.

16. Ж.Госсорг. Инфракрасная термография.-М., Мир, 1988.

17. Полуропводниковые формирователи сигналов изображения. Под ред. П.Йесперса и др.-М„ Мир, 1979.

18. Н.Н.Красильников. Теория передачи и восприятия изображений. - М., Радио и связь, 1986.

19. У.Прэтт. Цифровая обработка изображений. В 2-х книгах. М., Мир, 1982.

20. В.В.Караваев, В.В.Сазонов. Статистическая теория пассивной локации. М., Радио и связь.

1987.

21. Радиалокационные станции с цифровым синтезированием апертуры антенны. Под ред.



В.Т.Горяинова.- М., Радио и связь, 1988.

22. Методы передачи изображений. Сокращение избыточности. Под ред. У.Прэтта.- М., Радио и связь, 1983.

23. Космическая оптика. Труды IX Международного конгресса Международной комиссии по оптике. Пер. с англ. под ред. В.К.Аблекова.- М., Машиностроение, 1980.

24. Э.Мак-Картни. Оптика атмосферы. - М., Мир, 1979.





Смотрите также:
«космические информационные системы»
90.52kb.
1 стр.
Направление подготовки: 230400. 68 Информационные системы и технологии
27.67kb.
1 стр.
Сеть научно-производственно-образовательных центров
37.62kb.
1 стр.
Программа по курсу: «Современные радиотехнические и волоконно-оптические телекоммуникационные сети и системы»
144.18kb.
1 стр.
Информационные системы и технологии
3769.69kb.
17 стр.
Программа по курсу: «Теоретические основы спутниковых навигационных систем»
71.78kb.
1 стр.
Программа «Высокотехнологичные информационные системы»
25.52kb.
1 стр.
Программа дисциплины "теория информационных процессов и систем" Рекомендуется Министерством образования РФ для направления подготовки
116.29kb.
1 стр.
Библиотечные информационные системы
160.1kb.
1 стр.
1 Нормативные документы для разработки ооп бакалавриата по направлению подготовки 230400 информационные системы и технологии
765.86kb.
3 стр.
Информационные системы в бухгалтерском учете
23.37kb.
1 стр.
Факты, события, тенденции
31.62kb.
1 стр.