МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ  И  НАУКИ  РОССИЙСКОЙ  ФЕДЕРАЦИИ 
 

СИБИРСКИЙ  ФЕДЕРАЛЬНЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ДИСТАНЦИОННОЕ  ЗОНДИРОВАНИЕ  
ЗЕМЛИ 
 
 
Допущено Министерством обороны Российской Федерации 
в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся  
по специальности 210601.65 «Радиоэлектронные системы  
и комплексы» (рег. № 492 от 11.12.2013) 

Под редакцией доктора технических наук 
В. М. Владимирова 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Красноярск 

СФУ 
2014 

УДК 528.8 
ББК  26.0 

Д487 
 

Авторы: 
В. М. Владимиров, Д. Д. Дмитриев, О. А. Дубровская,  
А. М. Кармишин, В. Н. Тяпкин, Ю. Л. Фатеев, А. Н. Фомин,  
Л. И. Шарова, А. Н. Борисевич, В. В. Иванов 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Д487 
 
Дистанционное зондирование Земли : учеб. пособие / 
В. М. Владимиров, Д. Д. Дмитриев, О. А. Дубровская [и др.] ; ред. 
В. М. Владимиров. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2014. – 196 с. 
ISBN 978-5-7638-3084-2 
 
Приведены основные сведения о системах дистанционного зондирова-
ния Земли и применении их в хозяйственной и научной областях. Изложены 
принципы работы целевой аппаратуры действующих и перспективных рос-
сийских и зарубежных космических аппаратов. Рассмотрены перспективы 
развития российских систем дистанционного зондирования Земли. 
Предназначено для студентов специальности 210601.65 «Радиоэлек-
тронные системы и комплексы», а также может быть использовано студен-
тами (курсантами) военных кафедр (учебных военных центров), обучающи-
мися по военно-учетной специальности «Эксплуатация и ремонт радиолока-
ционных комплексов и систем РТВ ВВС». 
 

Электронный вариант издания см.: 
УДК 528.8 

http://catalog.sfu-kras.ru 
ББК  26.0 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-7638-3084-2 
© Сибирский федеральный 
университет, 2014  

Предисловие 

3 

ПРЕДИСЛОВИЕ 
 
 
Практика получения изображений поверхности Земли из космо-
са насчитывает более полувека. Первый снимок земной поверхности 
был получен при помощи фотоаппарата, установленного на балли-
стической ракете Fau-2 немецкого производства, запущенной в 1945 г. 
с американского военного полигона White Sands. Ракета достигла вы-
соты 120 км, после чего фотоаппарат с отснятой пленкой был возвра-
щен на Землю в специальной капсуле. Началом систематического об-
зора поверхности Земли из космоса можно считать запуск 1 апреля 
1960 г. американского метеорологического спутника Tiros-1. Первый 
отечественный спутник аналогичного назначения «Космос-122» был 
выведен на орбиту 25 июня 1966 г.  
С тех пор область применения данных дистанционного зонди-
рования Земли (ДЗЗ) из космоса значительно расширилась. В сель-
ском хозяйстве космические снимки используют для инвентаризации 
сельскохозяйственных угодий, выделения и идентификации различ-
ных типов сельскохозяйственных культур, прогнозирования урожаев. 
В климатологии важно контролировать концентрацию газов, вызы-
вающих парниковый эффект, содержание озона, загрязнение атмо-
сферы, температуру поверхности океана, облачный покров. Космиче-
ская информация широко используется в геологических исследовани-
ях для изучения структурных особенностей новейших тектонических 
движений, при поисках нефтегазоносных структур и рудных место-
рождений. Для решения вопросов землепользования важно отслежи-
вать растительный покров, пастбища, снежный и ледовый покровы, 
городские территории, водные массивы.  
Очень важным является наблюдение прибрежных зон и океанов, 
контроль динамики развития фитопланктона, изучение океанских ре-
сурсов (поиск рыбы, а также полезных ископаемых: нефти, газа), вы-
явление источников загрязнения океана.  
В лесном хозяйстве с помощью космических снимков ведется 
картографирование лесов, определяются типы лесонасаждений и доми-
нирующие породы. Космические снимки используют для обнаружения 
участков, поврежденных шелкопрядом и другими вредителями леса.  
Космические снимки имеют важное значение для мониторинга 
чрезвычайных ситуаций: паводков и наводнений, лесных пожаров 
и землетрясений. 

Предисловие 

4 

Для получения всей этой информации используется широкий 
спектр космических аппаратов (КА) ДЗЗ, оснащенных многими вида-
ми целевой аппаратуры (ЦА). 
Цель дисциплины «Дистанционное зондирование Земли» – дать 
основные понятия о предмете, изучить основные типы систем ДЗЗ, 
виды прикладных задач, решаемых с применением данных ДЗЗ, ос-
новные направления развития систем ДЗЗ. В результате изучения 
дисциплины обучающиеся должны знать основные характеристики 
данных ДЗЗ, принципы построения системы ДЗЗ, методы и приборы 
ДЗЗ, прикладные задачами, решаемые с помощью данных ДЗЗ. 
В связи с бурным развитием систем ДЗЗ существующая литера-
тура быстро устаревает. В настоящем учебном пособии авторы сис-
тематизировали как действующие КА ДЗЗ, так и перспективные. 
Кроме того, изложены способы применения данных ДЗЗ в интересах 
науки и народного хозяйства. 
В первой главе учебного пособия изложены общие сведения 
о методах наблюдения Земли из космоса; дана общая характеристика 
систем ДЗЗ. Приведены характеристики космической информации. 
Особое внимание уделено рассмотрению принципов выбора ор-
бит КА. Приведены характеристики орбит, орбитальные элементы 
и эволюции. Освещены способы приема информации с КА ДЗЗ. При-
ведены назначение, состав и основные характеристики наземных 
комплексов приема и обработки данных. 
Во второй главе изложены различные методы и приборы ДЗЗ. 
Основное внимание уделено описанию оптико-электронных прибо-
ров, при этом подробно рассмотрены основные схемы построения 
объективов и принципы работы матриц приборов с зарядовой связью. 
Кроме того, детально освещены вопросы радиолокационного 
наблюдения в ДЗЗ и методы увеличения разрешающей способности 
при этом. Рассмотрены принципы создания радиолокаторов бокового 
обзора с синтезированной апертурой. Также приведены сведения 
о многозональной и гиперспектральной съемке. 
Третья глава посвящена рассмотрению КА ДЗЗ как российского, 
так и зарубежного производства. Подробно изложены характеристики 
ЦА и средств связи каждого из КА. 
В четвертой главе приведены примеры использования космиче-
ской информации, получаемой при помощи систем ДЗЗ, в хозяйствен-
ной и научной сфере. Рассмотрены дистанционные методы изучения 
сейсмичности, приведены примеры оценок сейсмической обстановки. 

Предисловие 

5 

Применение систем ДЗЗ в природопользовании показано на 
примерах мониторинга загрязнения водных поверхностей разливом 
нефти и нефтепродуктов, окружающей среды отходами промышлен-
ного производства и обнаружения лесных пожаров и оценки выброса 
в атмосферу дымовых газов и аэрозоля. Кроме того, приведены при-
меры оценки гидрологической обстановки и динамики снегового по-
крытия в паводкоопасный период, а также контроля за развитием 
и оценкой последствий чрезвычайных ситуаций на примере аварии на 
японской атомной электростанции (АЭС) «Фукусима-1». 
Пятая глава посвящена рассмотрению основных направлений 
развития российских систем ДЗЗ: подробно изложены требования 
к составу орбитальной группировки; приведены необходимые данные 
по строящимся космическим системам и комплексам, требования, 
предъявляемые к ним. 
В каждой главе даны вопросы для самоконтроля с целью повто-
рения и закрепления учебного материала обучающимися. 
В конце учебного пособия приведены перечень сокращений 
и библиографический список. 
Изложение учебного материала соответствует учебной про-
грамме дисциплины «Дистанционное зондирование Земли», при этом 
предполагается, что обучаемые имеют необходимый объем знаний по 
основным разделам математики, физики, информатики, радиоэлек-
тронных систем. 
В основу учебного пособия положен учебный материал, апроби-
рованный на протяжении ряда лет авторами при проведении занятий 
по дисциплине «Дистанционное зондирование Земли» со студентами, 
обучающимися по военно-учетной специальности «Эксплуатация 
и ремонт радиолокационных комплексов и систем РТВ ВВС» Военно-
инженерного института Сибирского федерального университета. 
Актуальность данного учебного пособия обусловлена требова-
ниями к высокому качеству подготовки офицеров, необходимостью 
проводить обучение на высоком теоретическом и методологическом 
уровне, а также недостаточностью учебной литературы по данной теме.  
Учебное пособие предназначено для студентов специальностей 
210601.65 «Радиоэлектронные системы и комплексы», а также может 
быть использовано студентами (курсантами) военных кафедр (учеб-
ных военных центров) по военно-учетной специальности «Эксплуа-
тация и ремонт радиолокационных комплексов и систем РТВ ВВС».  

Глава 1 

6 

Глава 1. ОБЩИЕ  СВЕДЕНИЯ  О  МЕТОДАХ 
НАБЛЮДЕНИЯ  ЗЕМЛИ  ИЗ  КОСМОСА 
 
 
1.1. Общая характеристика систем  
дистанционного зондирования Земли 
 
Дистанционное зондирование Земли – получение информации 

о поверхности Земли и объектах на ней, атмосфере, океане, верхнем 
слое земной коры бесконтактными методами, при которых регистри-
рующий прибор удален от объекта исследований на значительное 
расстояние. Общей физической основой дистанционного зондирова-
ния является функциональная зависимость между зарегистрирован-
ными параметрами собственного или отраженного излучения объекта 
и его биогеофизическими характеристиками и пространственным по-
ложением. 
Учитывая чрезвычайно большое разнообразие сфер хозяйствен-
ного и научного использования космической информации (КИ) ДЗЗ, 
полный состав задач ДЗЗ содержит весьма разнородные требования 
к видам и характеристикам космических данных и велик по номенк-
латуре. Однако существует важная особенность, объединяющая весь 
спектр задач ДЗЗ в одно целое и позволяющая решать большинство 
подобных задач на КА, оснащенных бортовой аппаратурой для съем-
ки и зондирования в разных диапазонах спектра. Известно, что в ос-
нове всех методов ДЗЗ лежит требование регистрации и измерения 
потоков собственного (т. е. теплового) или отраженного электромаг-
нитного излучения от интересующих природных и хозяйственных 
объектов, расположенных на земной поверхности, несколько заглуб-
ленных под ней или существующих в атмосфере нашей планеты. 
По результатам таких наблюдений и измерений, передаваемым 
в виде поступающей КИ ДЗЗ на наземные пункты ее приема, обнаружи-
ваются, отождествляются и конкретизируются (классифицируются) ти-
пы и фиксируется состояние природохозяйственных объектов и процес-
сов, важных для проведения эффективной природоохранной деятельно-
сти, прогнозирования погоды и опасных гидрометеорологических 
явлений, оценки масштабов чрезвычайных ситуаций (ЧС) с целью при-
нятия адекватных мер по уменьшению их последствий и минимизации 
ущерба, налаживания эффективных производственных процессов в от-
раслях природопользования, научного изучения эволюции Земли и т. д. 

Общие сведения о методах наблюдения Земли из космоса 

7 

ДЗЗ в основном осуществляется в видимой области спектра, что 
соответствует современному уровню развития высокоточных борто-
вых приборов ДЗЗ. Вместе с тем уже́ в настоящее время широко при-
меняются и развиваются опережающими темпами методы и аппара-
тура ДЗЗ в радиодиапазоне (радиолокаторы с синтезированной антен-
ной, скаттерометры, радиовысотомеры и другие приборы активного 
СВЧ–зондирования – сверхвысокочастотного зондирования), а также 
пассивные микроволновые многоканальные радиометры инфракрас-
ной (ИК) области спектра (ИК-радиометры и спектрометры, Фурье-
спектрометры, абсорбционные спектрометры и т. д.). Постепенно 
возрастает разнообразие новых приборов ДЗЗ для наблюдения в ульт-
рафиолетовой (УФ) области спектра и для реализации новых техноло-
гий ДЗЗ (новые методы лимбового и затмéнного зондирования, мно-
гополяризационные и многоугловые методы, двух- и многопозицион-
ная радиолокация, формирование сверхбольшой апертуры для СВЧ-
зондирования на основе кластерных систем спутников и т. д.). Неко-
торые традиционные методы наблюдения Земли, использовавшиеся 
еще в годы существования СССР, например, фотографические, по-
видимому, близки к практическому исчезновению из состава пер-
спективных способов ДЗЗ. Таким образом, в ближайшем будущем 
должно произойти существенное расширение методов и номенклату-
ры приборов ДЗЗ в направлении внедрения все более эффективных 
средств зондирования в СВЧ-, ИК- и УФ-областях спектра, хотя ве-
дущая роль многоспектральных съемочных приборов видимой (В) 
области спектра в целом должна сохраниться. 
В соответствии с составом и характеристиками задач ДЗЗ выде-
лим следующие основные области применения КИ ДЗЗ и кратко 
сформулируем их особенности:  
1. Гидрометеорология, для решения конкретных задач которой 
необходимо высокопериодическое получение в глобальном масштабе 
космических данных об облачном и снежно-ледовом покровах, трех-
мерных полях температуры и влагосодержания атмосферы, трехмер-
ном поле ветра, температуре и других физико-химических параметрах 
поверхности Земли, зонах и интенсивности осадков, крупномасштаб-
ных и опасных процессах в атмосфере и на поверхности Земли (ци-
клоны, антициклоны, тропические штормы и ураганы, стихийные 
гидрометеорологические явления и др.), всех составляющих элемен-
тов для изучения эволюции климата (альбедо Земли, малые газы, аэ-
розоль, вариации солнечного излучения и т. д.), гелиогеофизических 

Глава 1 

8 

параметрах «погоды» Земли в околоземном космосе и динамике из-
менения растительного покрова. 
2. Экологический мониторинг на глобальном, региональном и ло-
кальном уровнях за распространением загрязнений во всех трех основ-
ных природных сферах (атмосфера, поверхность суши, водная среда), 
развитием эрозионных и других процессов деградации природной сре-
ды; обнаружение факта и адресная локализация крупных промышлен-
ных и иных источников загрязнения окружающей среды; контроль 
трансграничного переноса загрязнений; экологический мониторинг 
районов добычи полезных ископаемых, транспортировки углеводород-
ного топлива и других химических продуктов (аммиак и т. д.) и круп-
нейших скоплений промышленных предприятий и мегаполисов. 
3. Мониторинг чрезвычайных ситуаций, включая обнаружение 
факта ЧС, оценку масштабов и характера разрушений; прогнозирование 
землетрясений и других разрушительных природных явлений; опове-
щение о цунами, наводнениях, селях, химическом и ином заражении 
местности, лесных пожарах, крупных разливах нефтепродуктов и т. д. 
4. Создание и обновление широкого спектра общегеографических 
и тематических картографических материалов (топографические карты, 
карты в цифровом виде, геоинформационные системы (ГИС) разного 
назначения, карты сейсмичности и геологического риска, карты лесных 
массивов, сельхозугодий и другие карты тематического назначения). 
5. Информационное обеспечение деятельности по землеустрой-
ству, прокладке транспортных магистралей, строительству промыш-
ленных объектов и градостроительству, составлению кадастров зе-
мельных и иных природных ресурсов. 
6. Информационное обеспечение хозяйственной деятельности 
в ведущих отраслях социальной экономики, связанных с использова-
нием и переработкой возобновляемых и невозобновляемых природ-
ных ресурсов, включая сельское, рыбное, лесное, водное хозяйство, 
геологию и разработку месторождений полезных ископаемых. 
7. Океанография и океанология (зондирование водных поверх-
ностей с целью определения их температуры, солености, цветности, 
прозрачности, биопродуктивности, загрязнений, течений, ледовой об-
становки, волнения, привóдного ветра, а также изучение шельфа). 
8. Фундаментальное изучение закономерностей и тенденций из-
менения глобальных и крупнейших региональных процессов в атмо-
сфере и других оболочках нашей планеты (гидросфера, криосфера, 
биосфера, околоземный космос и магнитосфера). 

Общие сведения о методах наблюдения Земли из космоса 

9 

1.2. Характеристики космической информации 
 
Космическая информация ДЗЗ, получаемая в интересах решения 
природохозяйственных и научных задач, должна удовлетворять ряду 
требований к ее параметрам, основными из которых являются сле-
дующие: 
• пространственное разрешение (т. е. разрешение на местно-
сти); 
• радиометрическое разрешение (характеризует число градаций 
яркости на космических снимках или чувствительность при-
боров ДЗЗ); 
• количество спектральных каналов или спектральное разре-
шение; 
• периодичность обзора (перерывы между повторениями на-
блюдений одних и тех же местностей); 
• общий интервал электромагнитного спектра (ширина спек-
тральной области съемки) для рассматриваемого бортового 
прибора ДЗЗ; 
• размах полос захвата; 
• ширина полос обзора (в пределах которых фиксируется в те-
кущий момент полоса захвата); 
• географические районы наблюдений; 
• ежегодные площади съемок для разных видов КИ ДЗЗ или 
иной показатель требуемой производительности ДЗЗ; 
• географическая точность привязки снимков на местности; 
• оперативность доставки КИ ДЗЗ потребителям. 
Конкретные значения требований к перечисленным параметрам 
существенно изменяются в зависимости от рассматриваемой задачи 
ДЗЗ и используемого для ее решения типа бортового съемочного или 
зондирующего прибора, т. е. от вида получаемой КИ ДЗЗ. 

Качество данных, получаемых в результате дистанционного 

зондирования, зависит от их пространственного, спектрального, ра-
диометрического и временнóго разрешения. 
Разрешение – количественные показатели, характеризующие 
изобразительное качество снимков, их детальность. Разрешение опре-
деляет возможности использования снимков для решения определен-
ного круга задач. В космическом зондировании наибольшее распро-
странение получили два показателя: разрешающая способность 
и пространственное разрешение.