تجربة معايرة موقع الكاميرا المحمولة جواً باستخدام مجال المعايرة التلقائي

تُعدّ المعايرة الإشعاعية شرطًا أساسيًا وضروريًا للتطبيق الكمي لبيانات الاستشعار عن بُعد عبر الأقمار الصناعية. وتؤثر المعايرة الدقيقة للأداء الإشعاعي في المدار تأثيرًا مباشرًا على الدقة الكمية والموثوقية لمنتجات الاستشعار عن بُعد اللاحقة في مجالات الرصد الزراعي، واستكشاف الموارد، والبيئة الإيكولوجية. تُقدّم هذه الورقة البحثية تجربة معايرة ميدانية لكاميرا طيفية فائقة محمولة على الفضاء، تعتمد على حقل معايرة آلي. وباستخدام نظام قياس انعكاسية مستقر طويل الأمد وغير مراقب، ومعدات رصد متزامنة لمعلمات الغلاف الجوي ضمن حقل المعايرة الآلي، تمّ الحصول على معلمات رئيسية، مثل انعكاسية السطح، والسماكة البصرية للغلاف الجوي، ومحتوى بخار الماء، في آنٍ واحد أثناء مرور القمر الصناعي. وباستخدام طريقة معايرة قائمة على الانعكاسية، مقترنة بنموذج نقل الإشعاع الجوي MODTRAN5، تمّ بنجاح تحقيق معايرة إشعاعية مطلقة للكاميرا الطيفية الفائقة المحمولة على الفضاء في نطاق الأشعة المرئية والقريبة من الأشعة تحت الحمراء.

اختارت التجربة حقل المعايرة الآلي "ريلرود فالي بلايا" (RVUS)، المدرج على موقع RadCalNet الإلكتروني، كموقع للاختبار. يُعد هذا الموقع حقلًا مرجعيًا عالميًا معترفًا به لمعايرة الإشعاع بدقة عالية، ويتميز بمزايا مثل التغطية السطحية المنتظمة، والخصائص الطيفية المستقرة، وبيانات الرصد المستمرة والموثوقة على المدى الطويل. كما أن نظام المراقبة الآلي الداعم له يُمكّنه من تجنب أخطاء التدخل البشري بفعالية، ويلبي تمامًا متطلبات معايرة الإشعاع عالية الدقة.

استنادًا إلى نافذة عبور القمر الصناعي، اختارت هذه التجربة بيانات عبور القمر الصناعي في تمام الساعة 18:30 بالتوقيت العالمي المنسق (UTC) يوم 17 سبتمبر 2025 لمعايرة الموقع. تُظهر الصورة L1B لحقل المعايرة التلقائية RVUS في ذلك اليوم في الشكل 1، حيث تمثل المنطقة الحمراء نطاق رصد البيانات الجوية. تم الحصول على نوعين من البيانات الأساسية في وقت واحد من خلال نظام رصد الموقع: أولًا، منحنى انعكاس السطح لمنطقة رصد مساحتها 1 كم × 1 كم (ما يعادل 28 × 28 بكسل في صورة القمر الصناعي)؛ وثانيًا، مجموعة بيانات كاملة لمعلمات الغلاف الجوي تشمل سمت الشمس، وسماكة الهباء الجوي، ومحتوى بخار الماء، وتركيز الأوزون (انظر الجدول 1).

الشكل 1. صور حقل المعايرة التلقائية RVUS الملتقطة بواسطة الأقمار الصناعية

الجدول 1. المعلمات الجوية لمحطة RVUS في الساعة 18:30 (UTC) في 17 سبتمبر 2025.

تم إدخال معلمات الغلاف الجوي الموضحة في الجدول 1 ومنحنى انعكاس السطح المقاس (انظر الشكل 2) في نموذج MODTRAN5. تم تحديد معلمات النموذج الرئيسية في الجدول 2. تمت محاكاة طيف الإشعاع عند بؤبؤ دخول كاميرا القمر الصناعي باستخدام النمذجة الأمامية، وتم الحصول على منحنى طيف الإشعاع (انظر الشكل 3). أُعيدت معاينة طيف الإشعاع المُحاكى ليتوافق مع نطاق التردد الفعلي لكاميرا القمر الصناعي، وتم استخراج متوسط ​​قيمة DN لمنطقة مجال المعايرة في صورة الكاميرا لإنشاء علاقة المطابقة بين إشعاع بؤبؤ الدخول وقيمة DN (انظر الشكل 4). بحساب نسبة القيمتين، تم الحصول على معاملات المعايرة الإشعاعية المطلقة لكل نطاق من نطاقات كاميرا القمر الصناعي فائقة الطيف (انظر الشكل 5)، وبذلك اكتملت عملية حساب المعايرة الأساسية.

الشكل 2. منحنى انعكاس السطح عند الساعة 18:30 (UTC) في 17 سبتمبر 2025.

أنجزت هذه الدراسة بنجاح معايرة إشعاعية مطلقة خاصة بالموقع لكاميرا طيفية فائقة محمولة على الفضاء باستخدام حقل المعايرة التلقائية في وادي السكة الحديد (RVUS). وقد أثبتت النتائج التجريبية بوضوح وجود تطابق كمي بين إشعاع بؤبؤ الدخول وقيم كثافة الصورة الرقمية (DN)، وحصلت بدقة على معاملات معايرة إشعاعية لكل نطاق، كما تحققت من فعالية ودقة طريقة المعايرة.

تُظهر التجارب أن طريقة المعايرة القائمة على الانعكاسية، والمستندة إلى حقول المعايرة الآلية، سهلة التشغيل، ومستقرة على المدى الطويل، ولا تتطلب أي تدخل يدوي. ويمكنها أن تُقلل بشكل كبير من تكلفة وصعوبة المعايرة التقليدية في الموقع، مما يوفر نهجًا فعالًا ومستدامًا للمعايرة في المدار لأقمار الاستشعار عن بُعد التجارية.