Обґрунтування структури апаратурно-програмного комплексу для дистанційного зондування рослинності в польових умовах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Державна установа

«Науковий Центр аерокосмічних досліджень Землі

Інституту геологічних наук Національної академії наук України»

УДК 53.082.5:581.5

ОБГРУНТУВАННЯ СТРУКТУРИ

АПАРАТУРНО - ПРОГРАМНОГО КОМПЛЕКСУ

ДЛЯ ДИСТАНЦІЙНОГО ЗОНДУВАННЯ РОСЛИННОСТІ

В ПОЛЬОВИХ УМОВАХ

05.07.12 - Дистанційні аерокосмічні дослідження

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Донець Володимир Володимирович

Київ - 2010

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Корпорації «Науково-виробниче об'єднання «Арсенал», м. Київ, 01010, вул. Московська, 8.

Науковий керівник:	доктор біологічних наук, професор Кочубей Світлана Михайлівна, Інститут фізіології рослин і генетики НАН України, провідний науковий співробітник
Офіційні опоненти:	доктор технічних наук, старший науковий співробітник Якимчук Владислав Григорович, Державна установа «Науковий Центр аерокосмічних досліджень Землі Інституту геологічних наук НАН України», головний науковий співробітник, м. Київ доктор фізико-математичних наук Ващенко Володимир Миколайович, Науково-освітній інститут екологічної політики та міжнародного співробітництва Міністерства охорони навколишнього природного середовища України, директор, м. Київ

Захист дисертації відбудеться “ 02 ” листопада 2010 р. об 1100 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.162.03 при Державній установі «Науковий Центр аерокосмічних досліджень Землі Інституту геологічних наук НАН України»: (01601, м. Київ, вул. Олеся Гончара, 55-Б).

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту геологічних наук НАН України (01601, м. Київ, вул. Олеся Гончара, 55-Б).

Автореферат розісланий 29.09. 2010 р.

Учений секретар спеціалізованої вченої ради Д26.162.03

кандидат біологічних наук, старший науковий співробітникО.І. Левчик

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. З появою штучних супутників Землі (ШСЗ) широкого розвитку набули системи дослідження її поверхні методами дистанційного зондування Землі (ДЗЗ). Розвиток засобів ДЗЗ як космічного, так і авіаційного базування, використання їх у масштабі країни є одним з напрямків, що знаходиться у сфері особливої уваги Національної академії наук України та Національного космічного агентства України.

Зараз у багатьох регіонах планети стоїть проблема нестачі продуктів харчування, тому розробка методів та засобів своєчасного визначення стану рослинності, прогнозування і моніторингу майбутніх врожаїв та вирішення екологічних проблем є надзвичайно актуальною.

Вимірювання спектрів відбиття є швидкою процедурою у порівнянні з лабораторними біохімічними методами, а використання дистанційної апаратури дозволяє проводити тестування великих площ рослинності за короткий час. В цьому напрямку традиційним підходом є використання спектральних коефіцієнтів яскравості рослинного покриву, на основі яких були запропоновані різноманітні вегетаційні індекси. При цьому велику увагу було приділено визначенню концентрації хлорофілу - важливого фізіологічного показника, присутність якого забезпечує основний внесок у формуванні спектру відбиття у листках рослин у видимому діапазоні. Відомо понад 40 вегетаційних індексів, чутливих до вмісту цього пігменту. Всі вони базуються на вимірюванні коефіцієнтів яскравості (на різних довжинах хвиль), які виявляють високий рівень їх кореляції з відповідними рослинними показниками у лабораторних умовах. Однак, при застосуванні їх в польових умовах кореляція знижується або руйнується взагалі, що обумовлено як відмінностями оптичних властивостей одиничного листка і фітоценозу, так і певними технічними складностями.

У відділі біохімії фотосинтезу Інституту фізіології рослин і генетики НАН України був запропонований альтернативний підхід до оцінки вмісту хлорофілу за спектрами відбиття. Він базується на одержанні інформації за кількісними показниками форми спектру відбиття, що виключає необхідність визначення чисельних значень коефіцієнтів яскравості. Був розроблений метод визначення концентрації хлорофілу в листках озимої пшениці за допомогою використання співвідношення інтенсивності максимумів в графіку першої похідної спектру відбиття в області «червоного краю» спектру, 680-750 нм. В теперішній час велика увага приділяється методам мульти- та гіперспектральної зображуючої спектроскопії. Дані, які одержують при зніманні гіперспектральною апаратурою, потребують валідації (завірки) за допомогою наземних польових вимірювань.

Проведення достовірних спектральних вимірювань в польових умовах заданої ділянки фітоценозу неможливо без використання високоточної апаратури. У зв'язку з цим було поставлене завдання - розробити спеціалізований апаратурно-програмний комплекс (АПК) підсупутникового забезпечення для дистанційного спектрометричного зондування рослинності в польових умовах та проведення обробки отриманої інформації, зокрема, розрахунку вмісту хлорофілу в біомасі за спеціальними алгоритмами.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Основні положення дисертаційного дослідження розроблені в рамках науково-технічного проекту “Development of the method and the device for remote sensing of vegetation” - проект УНТЦ № 2416 (www.vegetation.kiev.ua), а також науково-технічного проекту “Доробка польового спектрофотометра для тестування стану рослинності”, який виконувався за Договором за № 12-7/08 від 12 червня 2008 р. між Корпорацією «Науково-виробниче об'єднання «Арсенал» та Інститутом космічних досліджень НАНУ та НКАУ в рамках Договору між Інститутом космічних досліджень НАНУ та Президією НАНУ (державний реєстраційний № 0108U003050, www.innovations.nas.gov.ua/Years/2008/802). Автор дисертаційної роботи був провідним спеціалістом по розробці спектрометричного АПК, а також керівником роботи від організації-співвиконавця та науковим керівником проекту від Корпорації.

Мета і задачі дослідження. Метою досліджень є розробка науково-методичного забезпечення спектральних вимірювань, що дозволяє створити спеціалізований апаратурно-програмний комплекс (АПК) підсупутникового забезпечення для дистанційного спектрометричного зондування рослинності в польових умовах та проведення обробки отриманої інформації, зокрема, розрахунку вмісту хлорофілу в біомасі. В основу науково-методичного забезпечення спектральних вимірювань покладено два методи: деривативних вегетаційних індексів та головних компонентів.

Обидва методи базуються на аналізі форми спектральної кривої, яка є інформативним параметром стану рослинності, та потребують використання спектрометрів високої спектральної розрізненності та особливостей конструкції спектральної апаратури.

Відповідно до поставленої мети в дисертаційній роботі сформульовано і вирішено наступні завдання:

1. Дослідження і аналіз структури відомих наземних та бортових спектрометрів для дистанційного спектрометричного зондування земної поверхні, зокрема, рослинності, а також методів оцінки вмісту в ній хлорофілу.

2. Дослідження і аналіз можливостей дистанційної оцінки вмісту хлорофілу у рослин за спектрами відбиття рослинності у видимому та ближньому ІЧ діапазонах у польових умовах, а також впливу на похибку цього визначення параметрів спектрометричних приладів, факторів середовища (освітленості, колірної температури джерела освітлення, зенітного кута Сонця) та особливостей стану вимірюваного об'єкту (проективного покриття грунту рослинністю та ін.).

3. Дослідження із застосуванням фізичних та математичних моделей впливу різних факторів і параметрів спектрометричного АПК на достовірність отримання деривативних вегетаційних індексів для подальшого визначення вмісту хлорофілу в рослиності. Розробка найбільш ефективного методу фільтрування корисної інформації при дистанційному визначенні вмісту хлорофілу в рослинності. Обґрунтування структури польового cпектрометричного АПК для дистанційного зондування рослинності на основі врахування особливостей умов функціювання вимірювальної апаратури в польових умовах та процедури обробки результатів вимірювань.

4. Узгодження та оптимізація параметрів спектрометричного АПК для дистанційного зондування рослинності, які впливають на достовірність та точність результатів визначення вмісту хлорофілу в рослинному покрові. Формулювання необхідних технічних вимог до АПК для дистанційного визначення вмісту хлорофілу у рослинності у польових умовах.

5. Розробка та створення експериментального зразка спеціалізованого польового спектрометричного АПК згідно науково обґрунтованих технічних вимог.

6. Експериментальне дослідження в польових умовах створеного зразка АПК на предмет його відповідності поставленим вимогам, в тому числі перевірка дієздатності його структури для забезпечення можливостей дистанційного визначення вмісту хлорофілу у рослинності в натуральних умовах освітлення при різних рівнях проективного покриття грунту рослинністю.

Об'єкт дослідження: рослинний покрив, в якому дистанційно, в польових умовах визначається вміст хлорофілу.

Предмет дослідження: методи, алгоритми і апаратурні засоби для дистанційного визначення вмісту хлорофілу в рослинності в польових умовах при різних рівнях проективного покриття грунту рослинністю.

Методи дослідження. При вирішенні поставлених вище завдань використовувались методи:

спектроскопії високого спектрального розрізнення;

мульти- та гіперспектральної зображуючої спектроскопії;

одержання інформації за кількісними показниками форми спектру відбиття;

математичної статистики;

чисельного та математичного моделювання.

Наукова новизна дисертаційної роботи:

1. Вперше поставлена і вирішена задача оптимізації основних технічних характеристистик та структури польового спектрометричного апаратурно-програмного комплексу за двома критеріями з обмеженнями на основі використання різних рівнів опису спектрометричної системи з урахуванням реальних фізичних умов та особливостей досліджуваного об'єкта.

2. Розроблено та створено принципово новий польовий спектрометр-поліхроматор для дистанційного зондування рослинних масивів та для підсупутникової валідації, особливостю є реалізація диференціального методу вимірювання в натуральних умовах освітлення з квазісинхронною реєстрацією інформації від об'єкта вимірювання і сигналу опорного каналу. Конструктивно метод реалізовано шляхом використання двопроменевої оптичної схеми з ССD-матрицею на виході поліхроматора та формування поля зору, близького до квадратного. Ці заходи в сукупності дозволили підвищити достовірність і стійкість вимірювань відносно оптичних завад.

3. Запропонована структурна схема вимірювань, яка забезпечує інваріантність дистанційного визначення вмісту хлорофілу у рослинності в польових умовах при різних рівнях освітлення, з різною колірною температурою, при різних зенітних кутах Сонця та при різних рівнях проективного покриття грунту рослинністю, що дозволило перенести в польові умови лабораторні методи визначення вмісту хлорофілу в рослинності на основі деривативних вегетаційних індексів.

4. Підвищено надійність польових та бортових спектрометрів шляхом оперативного автоматизованого калібрування шкали довжин хвиль в різних фізичних умовах експлуатації - температурні коливання, вібрації, удари, тощо, використовуючи опорну смугу поглинання молекулярного кисню О2 з центральною довжиною хвилі л=760,0 нм.

Практичне значення одержаних результатів. Створений експериментальний зразок спеціалізованого спектрометричного АПК підсупутникового забезпечення, у тому числі для дистанційного зондування рослинності, дієздатність та ефективність якого перевірена в польових умовах. Ці результати використані при виготовленні спектрометричного АПК [проект 2416 УНТЦ та НДР ІКД - державний реєстраційний номер 0108U003050]. Планується тиражування цих комплексів та використання їх на підсупутникових полігонах для валідації космічних гіперспектральних знімків рослинності.

Досвід роботи над створенням кількох варіантів наземного польового спектрометричного АПК для дистанційного визначення вмісту хлорофілу у рослинності, два з яких були опробувані, стали основою для розробки шляхів його ефективної модифікації у вигляді бортового варіанту.

Споживачами результатів, отриманих з використанням основних положень дисертаційної роботи, є Інститут космічних досліджень НАНУ та НКАУ, а також Інститут фізіології рослин та генетики НАНУ.

Особистий внесок здобувача. Представлена дисертаційна робота є самостійним науковим дослідженням, основні результати якого викладені у роботах [1-3, 5-9, 11, 12, 14-16, 18-23]. У спільних роботах автором розроблено і обгрунтовано структуру спектрометричного АПК для дистанційного зондування рослинних масивів в польових умовах та для підсупутникової валідації [3, 5-9, 11, 14, 15, 18, 20, 22, 23]; особливості проведення оптимізації основних параметрів спектрометричного АПК за двома визначеними критеріями з обмеженнями розглянуто у [3, 18, 22]. Здобувачем забезпечена технічна можливість програмно-апаратурної реалізації та експериментального підтвердження результатів запропонованого нового методу дистанційної оцінки вмісту, хлорофілу в рослинності [3, 6, 8, 16, 17]. Автор розробив основні технічні вимоги до спектрометричного АПК для дистанційного визначення вмісту хлорофілу у рослинності у польових умовах з обробкою отриманої чисельної інформації [1, 3, 6, 8, 19, 20, 23], брав безпосередню участь у створенні експериментальних зразків такого АПК [7, 9, 10-12, 15, 18, 20, 21], їх налагодженні [7, 9, 20] з використанням оригінальних пристроїв [24, 26] і нестандартної апаратури [13, 25, 27, 28] та різного роду випробуваннях, результати яких приведені в [2, 3, 14, 15, 23].

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи доповідалися на 20-ти наукових конференціях (14-тьох Міжнародних та 6-тьох Українських), у тому числі: SPIE Europe International Symposium «Optical Systems Design» 12-16 September 2005, Friedrich-Schiller-Universitаt Jena, Germany; SPIE Remote Sensing Symposium, Florence, Italy, 2007; International Conference “Dynamical system modeling and stability investigation”, “DSMSI-2007”, Мay 22-25, 2007, Kyiv; VI Международной конференции «Прикладная оптика-2004», 18-21 октября 2004 г, Санкт-Петербург, Россия; Четвертой Международной конференции "Обработка информации и управление в экстремальных и чрезвычайных ситуациях", Минск, Беларусь, 29 ноября - 1 декабря 2004; Четвертій, шостій та сьомій Українських конференцій по космічним дослідженням, 2004, 2006 та 2009 років; Sixth, Seventh, Теnth International Young Scientists Conference “OPTICS AND HIGH TECNOLOGY” 2005, 2006, 2009, Kyiv, Ukraine, а також Казахско-украинской конференции «Современные космические технологии», Алматы, 7-9 октября 2008.

Структура дисертації.

Дисертаційна робота викладена на 166 сторінках друкованого тексту, складається із вступу, чотирьох розділів, підсумків, загальних висновків, списку використаних джерел, який налічує 220 найменувань, та трьох додаткiв. Робота містить 73 ілюстрації і 16 таблиць.

Публікації.

За матеріалами дисертації опубліковано 28 наукових праць, у тому числі 3 - у фахових наукових виданнях, а також 5 авторських свідоцтв.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі «Аналіз оптичних властивостей листків рослин та відомих підходів використання спектрів відбиття рослин у якості джерела інформації щодо їх стану» викладено узагальнену інформацію про oптичні, в тому числі спектрофотометричні, властивості листків рослин, відомі підходи використання спектрів відбиття рослин у якості джерела інформації щодо їх стану, зокрема, про спектральне перетворення багатоспектральних зображень та його використання при обчисленні вегетативного індексу. В цьому розділі проведено аналіз сучасних методів спектрометричних та спектрофотометричних досліджень рослинності, які застосовуються при дистанційному зондуванні різних об'єктів на поверхні Землі, зокрема, рослинності (у тому числі з малим проективним покриттям грунту рослинністю) з метою швидкого визначення її стану з урахуванням вимог Національної космічної програми України. З аналізу форми спектрів відбиття рослинності в видимій та ближній інфрачервоній ділянках спектру встановлено зв'язок між параметрами форми спектру та вмістом хлорофілу у рослинності, а також виявлена можливість дистанційного визначення кількісного його вмісту. Стисло розглянуто особливості польової та бортової спектрометричної, а також гіперспектральної апаратури для зондування рослинності та завірки (валідації) космічних гіперспектральних знімків, в тому числі і при дистанційному моніторингу наявності нарковмісних рослин.

Для вирішення задач по оцінюванню вмісту хлорофілу в рослинності у польових умовах, в тому числі і для підсупутникової валідації рослинного покриву земної поверхні, необхідні сучасні спеціалізовані спектрометричні АПК. Виходячи з цього, сформульовано мету та поставлені завдання дисертаційного дослідження.

Другий розділ «Об'єкти і методи досліджень, оптимізація характеристик апаратурно-програмного комплексу для дистанційного зондування рослинності в польових умовах» присвячено дослідженню умов отримання необхідних характеристик АПК.

Наявність істотних принципових відмінностей між лабораторними та польовими спектрометричними дослідженнями рослинності обумовлює необхідність створення польового спектрометричного АПК для дистанційного визначення вмісту хлорофілу у рослинності в натуральних умовах освітлення при різних рівнях проективного покриття грунту рослинністю.

У результаті проведеного аналізу впливу характеристик спектрометра АПК на похибку визначення вмісту хлорофілу в рослинності при дистанційній реєстрації значень спектрального відбиття рослинності та на основі особливостей умов функціонування вимірювальної апаратури в польових умовах визначено і обґрунтовано перелік параметрів спектрометричного АПК, що підлягають оптимізації.

Для реалізації методу з використанням положення екстремумів у графіку першої похідної [1, 2, 3, 6] та розробленого методу [3, 6, 8, 17], який базується на аналізі форми спектральної кривої із застосуванням головних компонент, необхідно створити польовий спектрометр (який є основою АПК) із високим спектральним розрізненням дл, тобто дл ? 1-2 нм.

Основними характеристиками АПК, які впливають на форму спектра (при подальшому визначенні місцеположення екстремумів на графіках першої похідної), є шум вимірювань та спектральне розрізнення дл комплексу [18, 22]. Обидві ці вимоги - високе спектральне розрізнення дл та низький рівень шуму є суперечними один одному, оскільки перше з них вимагає звуження спектральної ширини вхідної щілини класичного спектрального приладу, наприклад, поліхроматора, що знижує інтенсивність світлового потоку і, отже, сприяє підвищенню відносної величини шумового сигналу. Крім того, ці умови повинні виконуватись у межах значного динамічного діапазону, оскільки при вимірюваннях рослинності у польових умовах (освітленість 10.000-120.000 лк, а колірна температура джерела освітлення може коливатись від 2200 °К до 15000 °К) має місце значний перепад значень коефіцієнта відбиття в області червоного краю (від 3% до 60%).

У підрозділі «Багатокритеріальний оптимальний синтез спектромеричних приладів для дистанційного зондування рослинності» зроблено постановку задачі, сформульовано припущення стосовно альтернатив та параметрів оптимізації характеристик спектрометричного приладу, означено корисність альтернатив за умов фіксованого режиму функціонування приладу, розроблено чисельний алгоритм пошуку оптимального по Парето рішення.

Підхід до моделювання та оптимізації базується на розгляді спектрометричного приладу як “чорного ящика”. Припускається, що відомі експериментальні вхідні та вихідні характеристики приладу, а також керовані параметри. Для розв?язання задачі оптимізації використовується системно-теоретичний підхід, запропонований у працях О.І. Кухтенка та В.О. Яценка. Він полягає у використанні різних рівнів опису системи та формулюванні проблеми вибору оптимальних параметрів з урахуванням існуючих фізичних особливостей приладу, як багатокритеріальної нелінійної задачі математичного програмування з обмеженнями. Її розв'язок дозволяє не лише забезпечити виконання необхідних критеріїв (співвідношення “сигнал-шум” та спектральне розрізнення дл), але й забезпечити із заданою точністю виділення найбільш інформативних характеристик (наприклад, положення екстремумів).

Розглянуто два алгоритми оптимізації характеристик спектрометричного приладу. Перший алгоритм використовує три об?єкти: множину можливих рішень, вектор критеріїв і відношення переваги особи, що ухвалює рішення. Векторний критерій складається з наступних скалярних критеріїв: (а) максимального значення відношення “сигнал-шум” у заданому робочому діапазоні, (б) спектральне розрізнення =дл і (в) відхилення значень найбільш інформативних характеристик від еталонних (наприклад, екстремумів першої похідної спектральних кривих).

Задача оптимізації розглядається у наступній формі:

, при (1)

де - значення відповідних критеріїв на векторі розв'язку , - керовані параметри приладу, - обмежена множина допустимих рішень, - векторний критерій оптимальності. В роботі показано, що задача оптимізації може бути зведена до двокритеріальної задачі. Використано наступні припущення: Х Rn - компактна випукла множина, цільова функція F диференційована та увігнута на множині Х. Алгоритм оптимізації полягає у послідовному виконанні двох кроків та розв?язанні задачі пошуку оптимального напрямку в просторі параметрів. Якщо функціонал F явно не заданий, то для пошуку оптимального рішення запропонована неявна чисельна процедура.

Другий алгоритм розв'язує задачу параметричної оптимізації наступного функціоналу

, (2)

де: - вихідні параметри приладу; - математична модель приладу; - вектор невідомих параметрів. Алгоритм визначення оптимальних параметрів моделі зводиться до задачі мінімізації з обмеженнями, тобто:

. (3)

D являє собою багатовимірну область обмежень на фізичні параметри моделі. Задача (3) розв'язувалась за допомогою генетичного алгоритму.

Викладені вище методи [22] досить прості у комп'ютерній реалізації, дозволяють використовувати стандартні пакети прикладних програм і приводять до результатів, що забезпечують оптимальне рішення. Слід також зауважити, що експозиція та багатократне повторне підсумовування зареєстрованих інформативних результатів покращують співвідношення “сигнал-шум”.

На основі визначених оптимальних параметрів сформульовано технічні вимоги до нового спектрометричного автоматизованого приладу як основи польового АПК. Сукупність необхідних технічних характеристик такого АПК та його оптимізованих параметрів були прийняті як вихідні вимоги при розробці конструкції та виготовленні експериментальних зразків АПК [1, 3, 6, 8, 19, 20, 22].

Третій розділ «Розробка конструкції спектрометричного комплексу, опис і обґрунтування його структури та конструкції» присвячений розробленню конструкції експериментального зразка польового спектрометричного АПК згідно технічних вимог, сформульованих на основі результатів оптимізації параметрів, визначених і обґрунтованих у попередньому розділі дисертаційної роботи.

Описані технічні особливості розробки та характеристики польового спектрометричного АПК, що стосуються методології оцінки деяких параметрів фізіологічного стану рослинності, алгоритмів їхнього визначення, а також особливостей створення 5-ти варіантів АПК для визначення вмісту хлорофілу у фітоценозах в польових умовах:

- короткий аналіз розробки 4-х варіантів приладу;

- створення базового (4-го) та модернізованого (5-го) варіантів, їх конструкція та налагодження.

На основі результатів оптимізації параметрів спектрометричного АПК був сформульований перелік його основних технічних характеристик, обгрунтовано та сформовано структуру такого приладу, на основі якого і було підготовлено технічне завдання на розробку експериментального варіанту спектрометричного АПК.

Структура спектрометричного апаратурно-програмного комплексу

Рис. 1. Структура базового варіанту спектрометричного АПК, де:

1 - вторинний блок живлення; 2 - формувач інформаційного каналу;

3 - формувач опорного каналу; 4 - датчик освітленості;

5 - блок еталонного джерела випромінювання;

6 - поліхроматор; 7 - фотоперетворювач (ССD-матриця);

8 - візир (візирний канал); 9 - блок обробки сигналу і перетворення;

10 - програмне забезпечення комплексу; 11- блок керування;

12- панель індикації та органи керування;

13- інтерфейс - канал зв'язку із зовнішньої ЕОМ; 14- обробна ( зовнішня ) ЕОМ;

15- програмне забезпечення для налагодження комплексу;

16- блок пам'яті (компакт-флеш); 17- адаптер.

Рис.2. Функціональна схема базового варіанту спектрометричного АПК

Рис.3. Блок-схема оптичного блоку модернізованого варіанту спектрометричного АПК

Рис. 4. Зовнішній вигляд базового та модернізованого варіантів польового спектрометра

В обох варіантах використовувалась ССD матриця КODAK KAC-1310 CMOS.

Вибір параметрів дифракційної гратки. Математично визначений відносний спектральний розподіл фотовідгуку матричного приймача по вимірювальному інформаційному каналу, враховуючи як характерні спектральні риси досліджуваного об'єкту - рослинності, відносний розподіл спектральної чутливості матричного приймача Kodak Digital Science KAC-1310 CMOS Image Sensor, а також відносний спектральний розподіл коефіцієнту відбиття дифракційної гратки. Результати цього розрахунку наведені на рис. 5.

Фотовідгук, %
	Довжина хвилі, нм

Рис. 5. Відносний спектральний розподіл фотовідгуку матричного приймача KAC-1310 CMOS по вимірювальному інформаційному каналу

При конструюванні спектрометричного АПК було найбільше доцільно використати нестандартну дифракційну ґратку 150 штр./мм із максимальною концентрацією енергії на max = 650…725 нм із кутом блиску ~ 3. Це дозволило збільшити співвідношення «сигнал-шум» не менш, ніж в 2 рази в спектральній області мінімального відбиття рослинності (на довжинах хвиль

Дл = 650…725 нм), що особливо важливо для точного визначення положення по спектру основних максимумів у графіку 1-ої похідної (I2/I1), розташованих в інтервалах 722-725 нм і 700-705 нм. Використання цієї закономірності дозволило одержати рівняння лінійної й нелінійної регресії для розрахунків змісту пігменту по спектральних характеристиках.

Використання такої дифракційної гратки має кілька переваг, а саме:

розширення в 2 рази ширини робочого спектрального діапазону (починаючи з зеленої ділянки спектру), що збільшує функціональні можливості комплексу. Це дало змогу отримання інформації для вирахування деривативного індексу D525/D570, який дозволить оцінювати вміст води в листках;

при двохкратному піднятті енергії в площині ССD-приймача АПК розширюється його динамічний діапазон та зменшується час експозиції.

Роботоздатність АПК, починаючи з зеленої ділянки спектру, має додаткові переваги:

отримання додаткової достовірної інформації про величину спектрального відбиття сл в діапазоні довжин хвиль Дл = 550 ± 10 нм, що дозволяє зробити перевірку вмісту азоту в листках рослин альтернативним методом ( азотомiром );

- юстування та градуювання поліхроматора АПК виконувати на каліброваній довжині хвилі ( лHg = 546,79 нм) випромінювання ртутної лампи.

Підвищення спектральної розрізненності комплексу. Для підвищення спектральної розрізненності дл приладу в модернізованому варіанті поліхроматора АПК використана перехресна оптична схема Черні-Турнера, конструкція якої була розрахована за допомогою програми ZEMAX. Це дозволило оптимізувати кути падіння на сферичні дзеркала, зменшивши при цьому їх аберації. Крім того, методом прецизійної фотолітографії, шляхом травлення напиленого шару хрому, виготовлена вхідна щілина поліхроматора шириною 0,02 мм. За допомогою інтерферометра був створений пристрій для проведення досліджень впливу механічних натягів на оптичні властивості елементів при їх кріпленні, які обумовлюють високу спектральну розрізненність дл.

Перед збиранням вузлів поліхроматора було проведено контроль пропускання та відбивання оптичних елементів поліхроматора. Використовувались автоматизований нестандартний спектральний комплекс [13], виконаний на базі монохроматора МДР-23, а також нестандартний пристрій для вимірювання спектральних коефіцієнтів пропускання оптичних елементів та систем [28].

Налагоджування спектрометричного АПК. Юстування поліхроматора АПК з “протяжним“ джерелом випромінювання проводилось на зібраному поліхроматорі за допомогою автоматизованого нестандартного спектрального комплексу [27], на якому були також визначені границі робочого спектрального діапазону поліхроматора та виконано попередню прив'язку шкали довжин хвиль.

Використовуючи еталонну спектральну ртутну лампу ДРГС-12, яка має лінійчатий спектр випромінювання з кількома інтенсивними монохроматичними лініями, в тому числі жовтий дублет з довжинами хвиль 1 = 587,0 нм та 2 = 589,0 нм, визначили, що в області довжин хвиль

1 = 587,0 нм та 2 = 589,0 нм спектральна розрізненність дл досліджуваного поліхроматора створеного АПК не перевищує величину дл ? 2,0 нм (рис.6).

Для перевірки достатності спектральної розрізненності дл у всьому робочому спектральному діапазоні як джерело квазімонохроматичного випромінювання використовувся освітлювач на базі галогенної лампи та акустооптичного фільтра (АОФ) [25]. Основою АОФ є акустооптичний кристал (в даному випадку - кварц) з ультразвуковим (УЗ) перетворювачем, розташований між двома схрещеними високоякісними поляризаторами. Ці поляризатори були виконані інтерференційними [26]. Спектральна напівширина квазімонохроматичної смуги, яка виділяється АОФ становить лише кілька ангстрем (Е). АОФ живиться від високочастотного генератора типу Г4-102 або йому аналогічного. Діапазон робочих частот АОФ для перекривання робочого спектрального діапазонуАПК становив 76-144 МГц. Далі було проведено калібрування датчиків комплексу і АПК в цілому.

Рис. 6. Експериментальні результати реєстації частини лінійчатого спектру випромінювання еталонної спектральної ртутної лампи ДРГС-12

При відпрацюванні робочих параметрів ССD-приймача АПК та його електронних вузлів, зокрема в темновій паузі (при врахуванні величини темнового сигналу з кожного пікселя) використовувався світлопоглинаючий пристрій [26], виконаний у вигляді світлопоглинаючої сфери.

Далі, згідно розроблених технічних вимог, було поетапно випробувано обидва варіанти експериментальних зразків спектрометричного АПК для дистанційного визначення вмісту хлорофілу у рослинності в польових умовах.

Четвертий розділ „Перевірка експериментального зразка апаратурно-програмного комплексу для дистанційного визначення вмісту хлорофілу у рослинності в натуральних умовах” присвячений експериментальній перевірці основних положень дисертації і впровадженню її у практику вимірювальних робіт. Це здійснювалося на дослідних ділянках Інституту фізіології НАН України та на дослідних полях цього інституту в Васильківському районі Київської області. Натурні та польові випробування базового та модернізованого варіантів експериментальних зразків спектрометричного АПК для дистанційного визначення вмісту хлорофілу у рослинності в натуральних умовах проводились на різних фазах вегетації в періоди весна-осінь протягом 2005-2008 р. Під час проведення випробувань паралельно вивчали і вплив деяких абіотичних факторів на форму спектральних кривих відбиття. Частину вимірювань проводили за допомогою базового варіанту комплексу в у мовах перемінної хмарності, що дозволило отримати спектри однієї ділянки при різній інтенсивності освітлення. Із збільшенням інтенсивності незначним чином зростало відбиття в червоній області спектру (рис.7).

Рис. 7. Спектри відбиття (А) та графіки їх перших похідних (Б) однієї ділянки посіву, виміряні в умовах різної інтенсивності освітлення

Збільшення відбиття призводило до збільшення значень похідної, проте форма графіку похідної залишалася сталою. Зміна D725/D702 становила менше 1%.

Вимірювали спектри відбиття однієї ділянки з інтервалом в три години. При цьому змінювалися зенітні кути Сонця, в той час, як інтенсивність освітлення залишалася сталою. Зміна зенітного кута Сонця також спричинювала відмінності в спектральних кривих та графіках похідних, проте не впливала на їх форму (рис.8). Відмінності в значеннях D725/D702 не перевищували 1 %.

У міру підйому над обрієм колірна температура Сонця підвищується з 2200 °К до 5700 °К. Колір неба залежить від багатьох факторів і змінюється від блакитного до синього. При цьому, колірна температура неба ? 15000 °K.

Рис. 8. Спектри відбиття (А) та графіки їх перших похідних (Б) однієї ділянки посіву, виміряні в різний час, при різних зенітних кутах Сонця.

Як показали результати другого етапу випробуваннь модернізованого, п'ятого варіанту зразка АПК для дистанційного визначення вмісту хлорофілу у рослинності в натуральних умовах, доробка конструкції опорного каналу практично ліквідувала зміну форми спектральних кривих відбиття при зміні як колірної температури джерела освітлення, так і зенітного кута Сонця. Таким чином, підтверджена ефективність створеного АПК в натуральних умовах освітлення.

Слід відзначити, що цей позитивний результат зберігався при роботі з рослинами різної висоти і при різних кутах освітлення, тобто запропонований метод виявив стійкість до ефекту неортотропності вимірюваного об'єкту. Цей ефект може значно спотворювати результати вимірювань у натуральних умовах, якщо застосовувати коефіцієнти яскравості.

Навіть при рівні проективного покриття 25% відхилення оцінки хлорофілу не перевищує похибки регресії для варіанту “світлий ґрунт - низький хлорофіл” і перевищує її всього на 2-5% в залежності від виду рослини для варіанту “темний ґрунт - високий хлорофіл”. Ці висновки були одержані для всіх видів рослин, які досліджувались за допомогою модернізованого комплексу.

Експериментально доведено, що використання індексу D725/D702 при дистанційних вимірюваннях вмісту хлорофілу у рослинності в натуральних умовах дозволяє точно визначати його концентрацію у верхніх листках посівів та характеризуються неповним проективним покриттям ґрунту рослинністю Цей кореляційний зв'язок між значенням деривативного вегетативного індекса D725/D702, визначеного за спектром відбиття рослинності, і вмістом в ній хлорофілу, не залежить ні від рівня освітленості ні від зміни зенітного кута Сонця.

Виявлено можливість вимірювання за допомогою АПК вмісту хлорофілу в умовах низьких значень проективного покриття грунту рослинністю ( до 25% включно ). При цьому, значення вмісту хлорофілу, який вимірювався при 25%-ному (навіть на такому фоні, як пісок) та при 100%-ному проективному покритті відрізняється не більше, ніж 11%, що знаходиться в межах похибки методу [3, 22]. Варіація вегетаційного індексу D725/D702, на основі якого обчислюється вміст хлорофілу, у серіях повторних вимірювань спектру відбиття однієї і тієї ж ділянки посіву пшениці, знаходиться у межах 0,5-3,0 %, що обумовлено динамічними моментами архітектоніки посіву.

Створений спеціалізований спектрометричний АПК може бути використаний для швидкого обстеження агро- та інших ценозів з метою оцінки їх стану, підсупутникової валідації космічних гіперспектральних знімків рослинності [12, 15, 20, 21], а також формування спеціалізованої бібліотеки спектрів відбиття різноманітних рослин (у різному фізіологічному стані) для подальших розробок методів фітомоніторингу.

Слід зазначити, що у порівнянні з сучасним польовим спектрорадіометром FieldSpec3FR (США) створений зразок спеціалізованого спектрометричного АПК має слідуючі переваги:

- АПК проводить дистанційне знімання інформації про усереднене значення дифузного коефіцієнта відбиття з площі рослинного покриву, форма якої близька до квадратної;

- АПК не потребує повторного перекалібровування при зміні освітленості, колірної температури джерела освітлення або зенітного кута Сонця;

- АПК має можливість дистанційного визначення вмісту хлорофілу у рослинності у польових умовах.

Закладено основи для створення бортового варіанту АПК [21, 23] для дистанційного визначення вмісту хлорофілу у рослинності, а також варіанту наземного багатоцільового АПК [15, 20] , в якому втілені нові досягнення в галузі інформаційних технологій.

Подальші системні дослідження, що повязані з аналізом форми спектральної кривої та визначенням місцеположення її екстремумів, можуть бути використані також як у інших наукових цілях, наприклад, для визначення товщин плівок при їх нанесенні на оптичне середовище, так і при створенні апаратно-програмного аеродистанційного відеоспектрального комплексу для вирішення екологічних проблем [1-3, 5-12, 14, 15, 20, 21] і завдань по вдосконалюванню технологій «точного землеробства».

ВИСНОВКИ

Метою досліджень є розробка науково-методичного забезпечення спектральних вимірювань, що дозволяє створити спеціалізований апаратурно-програмний комплекс (АПК) підсупутникового забезпечення для дистанційного спектрометричного зондування рослинності в польових умовах та проведення обробки отриманої інформації, зокрема, розрахунку вмісту хлорофілу в біомасі. Найважливиші наукові і практичні результати цієї роботи наступні:

1. На основі огляду конструктивних особливостей відомих бортових і польових спектрометрів, підсупутникових систем та результатів аналізу методології і практики застосування деривативних вегетаційних індексів для польових оцінок вмісту хлорофілу в рослинах і тестування їх стану, а також шляхом оптимізації взаємозв'язаних між собою основних точносних параметрів, виконано обґрунтування структури польового спектрометра як основи апаратурно-програмного комплексу для дистанційного зондування рослинності, з урахуванням його оптико-спектральних характеристик, проведено теоретичні розрахунки оптико-фізичної концепції і схеми спектрометра, створено принципово новий польовий спектрометричний апаратурно-програмний комплекс.

При цьому абсолютні значення коефіцієнтів відбиття досліджуваної поверхні в робочій області спектра можуть коливатись від 3% до 60% в межах поля зору вимірювальному каналу спектрометра (15х 15) при збільшених розмірах поля зору спектрометра в опорному каналі (150 х 150).

2. Розроблено два чисельні алгоритми пошуку оптимального по Парето рішення задачі пошуку основних технічних характеристик спектрометра АПК для умов його фіксованого режиму роботи. Оптимізовано основні технічні характеристики спектрометра апаратурно-програмного комплексу за двома критеріями (спектральне розрізнення дл і максимальне значення відношення «сигнал/шум» у заданому робочому спектральному діапазоні) з обмеженнями, на основі використання різних рівнів опису спектрометричної системи з урахуванням існуючих фізичних особливостей. Здійснено лабораторні випробування складових блоків спектрометра та спектрометричного апаратурно-програмного комплексу вцілому.

3. Результати випробування в польових умовах створеного зразка спектрометричного апаратурно-програмного комплексу для дистанційного визначення вмісту хлорофілу у рослинності показали повну відповідність поставленим технічним вимогам в широкому діапазоні освітленості 10.000 -120.000 лк, колірної температури джерела освітлення від 2200 °К до 15000 °К та зенітних кутах Сонця до 170о.

Підтверджена ефективність використання створеного спектрометричного АПК для підсупутникової валідації космічних даних. Спектри відбиття посівів озимої пшениці, отримані за допомогою розробленого і виготовленого зразка спектрометра, виявились адекватними до еталонних спектрів, що вимірювались в лабораторії для листя цих рослин, що обумовлює їх високу точність та придатність для визначення вмісту хлорофілу в листі. Цим самим вдалося перенести в польові умови лабораторні методи визначення вмісту хлорофілу в рослинності на основі деривативних вегетаційних індексів.

4. Експериментально виявлено, що кореляційний зв'язок між значенням деривативного вегетаційного індекса D725/D702, визначеного за спектром відбиття рослинності, і вмістом в ній хлорофілу не залежить ні від рівня освітленості, ні від зміни колірної температури джерела освітлення та зенітного кута Сонця.

Показано, що зміни вегетаційного індексу у серіях повторних вимірювань спектру відбиття однієї і тієї ж ділянки посіву пшениці, знаходяться у межах 0,5-3,0%, що обумовлено динамічними варiацiями архітектоніки посіву в натуральних умовах.

5. Забезпечена можливість вимірювання за допомогою польового спектрометричного АПК вмісту хлорофілу в умовах низьких значень проективного покриття грунту рослинністю до 25%. При цьому, значення вмісту хлорофілу, який вимірювався при 25% та 100% рівнях проективного покриття грунту рослинністю, відрізняються не більше, ніж на 11%, що знаходиться в межах похибки методу.

6. Створений зразок спеціалізованого спектрометричного АПК у порівнянні з сучасним польовим спектрорадіометром FieldSpec3FR (США) має наступні переваги:

- АПК проводить дистанційне вимірювання усередненого значення дифузного коефіцієнта відбиття з площі рослинного покриву, форма якої близька до квадратної;

- АПК не потребує повторного перекалібрування при зміні освітленості, колірної температури джерела освітлення чи зенітного кута Сонця;

- АПК має можливість дистанційного визначення вмісту хлорофілу у рослинності у польових умовах.

7. Розроблена і реалізована в створеному АПК методика оперативного автоматизованого калібрування шкали довжин хвиль польових та бортових спектрометрів на основі використання опорної смуги поглинання молекулярного кисню О2 з центральною довжиною хвилі л=760,0 нм.

8. Створений спектрометричний АПК може використовуватись як для підсупутникової валідації космічних спектрометричних даних, так і в самому широкому діапазоні тематичних задач ДЗЗ.

9. Подальші роботи з цього напрямку пов'язані з розробкою і створенням на основі впровадженої структури спектрометричного АПК бортових варіантів гіперспектрометрів для вирішення інших задач народного господарства.

СПИСОК ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Яценко В. А. Новый метод дистанционного оценивания содержания хлорофилла в растительности и его программно-аппаратная реализация / В. А. Яценко, С. М. Кочубей, П. А. Хандрига, В. В. Донец, О. В. Семенив // Космiчна наука i технологія. - 2007. - Т. 13, № 3. - С. 35-44.

Кочубей С. М. Использование деривативных вегетационных индексов для устранения помех, создаваемых отражением почвы при дистанционном зондировании растительности / С. М. Кочубей, Т. А. Казанцев, В. В. Донец // Космiчна наука i технологія. - 2008. - Т 14, № 1. - С. 69-74.

Yatsenko V. Hardware-software Сomplex for Сhlorophyll Еstimation in Phytocenoses Under Field Conditions / V. Yatsenko, S. Kochubey, V. Donets, T. Kazantsev // SPIE Europe International Symposium «Optical Systems Design» 12-16 September 2005, Friedrich-Schiller-Universitаt Jena, Jena, Germany, Proc. of SPIE. - 2005. - Vol. 5964, 59640Х (6 Pages).

Donets V. V. Determination of refractive index dispersion and thickness of thin antireflection films TiO2 and Si3N4 on siliceous photoelectric transducers surface in transducer production process / V. V. Donets, L. Yu. Melnichenko, I. A. Shaykevich, O. V. Lomakina // Semiconductor Physics, Quantum Electronics and Optoelectronics (Journal SPQEO). -2009. - Vol.12, №. - Р. 162-164.

Kochubey S. Monitoring system and equipment for testing a state of agro- and phytocenosis / S. Kochubey, V. Yatsenko, V. Donets // UKRAINE-EUROPE COOPERATION IN SPACE RESEARCH” EC/ ESA /NSAU Workshop, 29-30 January, Kiev. - 2004. - Book Abstracts. - P. 39.

Яценко В. О. Оцінювання стану рослинності та показників ризику на основі мульти- та гіперспектрального дистанційного зондування/ В. О. Яценко, П. О. Хандріга, С. М. Кочубей, В. В. Донець// Четвертая Украинская конференция по космическим исследованиям, 19-26 сентября 2004 г., Крым, Понизовка. - Сборник тезизов. - С. 166.

Кочубей С. М. Двухканальный спектрофотометр для дистанционного зондирования растительности / С. М. Кочубей, Н. И. Лихолит, В. В. Донец, П. Д. Чичик, В. Н. Милютин, В. П. Соболь, Л. О. Донец, А.В. Cоболев, И. В. Оникиенко, Т. В. Алексенко, В. В. Полежаев, Н. П. Анохина, В. А. Яценко, П. А. Хандрига // VI Международная конференция «Прикладная оптика-2004», 18-21 октября 2004 г, Санкт-Петербург, Россия. - Cборник трудов. -Том 1(2) Оптическое приборостроение. - С. 347.

Кочубей С. М. Информативные возможности спектров отражения растительности для тестирования экологических стрессов / С. М. Кочубей, В. А. Яценко, П. А. Хандрига, В. В. Донец, П. Д. Чичик // Четвертая Международная конференция «Обработка информации и управление в экстремальных и чрезвычайных ситуациях», Минск, Беларусь, 29 ноября - 1 декабря 2004 г. - Доклады конференции. - С. 19-23.

Лихолит Н. И. Спектрофотометр для дистанционного зондирования растительности /Лихолит Н. И., Кочубей С. М., Донец В. В., Чичик П. Д., Милютин В. Н., Донец Л. О., Соболь В. П., Cоболев А. В., Оникиенко И. В., Алексенко Т. В., Полежаев В. В., Анохина Н. П., Яценко В. А. и Хандрига П. А. // Четверта науково-технiчна конференцiя «Приладобудування-2005: Стан і перспективи», 26-27 квітня 2005 р., м. Київ, Україна. - Збірка наукових праць. - С. 82.

Yatsenko V.A. Optical spectrometer and software for remote sensing of vegetation / Yatsenko V. A., Kochubey S. M., Donets V. V.,. Khandriga P. A, Chichik P. D. // Proceeding of CAOL 2005. Second International Conference on Advanced Optoelecektonics and Laser, Yalta, Crimea, Ukraine, Sept. 12-17, 2005, Vol. 2. - P. 267-269.

Likholit N. Spectrophotometric complex for remote chlorophyll estimation plants under field conditions / Likholit N., S. Kochubey, V. Donets, P. Chichik, V. Milutin, L. Donets, V. Sobol, А. Sobolev, I. Оnikienko, Т. Аleksenko, B. Polejaev, N. Аnоkhinа, V. Jatsenkо, P. Khandriga, Т. Каzаncev // Sixth International Young Scientists Conference “Optics and high technology SPO 2005”, October 27-30, 2005, Kyiv, Ukraine, Scientific works. - Р. 119.

Донец В. В. Гиперспектральная апаратура и методологические подходы в дистанционных измерениях / В. В. Донец, Н. И. Лихолит, С. М. Кочубей, Е. Б. Троицкий // П'ята науково-технiчна конференцiя «Приладобудування-2006: Стан і перспективи», 25-26 квітня 2006 р., м. Київ, Україна, Збірник тез доповідей. - С. 71.

Донец В. В. Автоматизированный комплекс для измерения спектрального пропусания мультиспектральных сканеров / В. В. Донец, П. Д. Чичик, В. П. Соболь, Л. О. Донец, В. Н. Милютин, В. В. Полежаев // П'ята науково-технiчна конференцiя «Приладобудування-2006: Стан і перспективи», 25-26 квітня 2006 р., м. Київ, Україна, Збірник тез доповідей. - С. 73.

Kochubey S. Hyperspectral Remote Monitoring of Vegetation / S. Kochubey, V. A. Yatsenko, V. V. Donets, P. A. Khandriga // Space Research in Ukraine 2004-2006, The Report Prepared by the Space Research Institute of NASU-NSAU, National Space Agency of Ukraine, Kiev, 2006. - P. 92-96.

Донец В. В. Подспутниковая валидация гиперспектрометричного дистанционного мониторинга растительности / В .В. Донец, С. М. Кочубей, В. Н. Милютин, А. В. Соболев, В. О. Яценко, П. О. Хандрига // 6-ая Украинская конференция по космическим исследованиям, 3-10 сентября 2006 г, Национальный центр управления и испытаний космических средств НКАУ, Евпатория. - С. 151.

Donets V. A system approach to remote sensing of vegetation states using field spectrometer and signal processing tool / V. Donets, P. Khandriga, O. Semeniv, V. Yatsenko // Seventh International Young Scientists Conference “Optics and high technology SPO 2006”, October 26-29, 2006, Kyiv, Ukraine, Scientific works. - P. 202.

Kazantsev T. Application of reflectance spectra of two-layer leaf systems to chlorophyll estimation in crops / T. Kazantsev, S. Kochubey, V. Donets/ Abstracts of SPIE Remote Sensing Symposium, Florence, Italy, 2007. Матеріали Першої наук. конференції “Науки про Землю та Космос - Суспільству” м. Київ, 25 - 27 червня 2007 р.: тези доп. - К. : ІКД НАНУ-НКАУ, ЦАКДЗ ІГН НАНУ, 2007. - Р.5.2 - 1 електрон. Опт. Диск (СD-ROM) - 12 см. - Системні вимоги Pentium ; 32 Mb RAM ; Windows 95, 98, 2000, XP, MS Word 97-2000. - Назва з контейнера.

Кочубей С. М. Анализ влияния характеристик спектрометра на параметры спектра отражения растительности для оценки содержания хлорофилла / Кочубей С. М., Донец В. В. // International Conference “Dynamical system modeling and stability investigation DSMSI-2007”, Мay 22-25, 2007, Kyiv, Thesis of conference reports. - P.202.

Кочубей С. М. Информационные технологии на основе дистанционного тестирования состояния растительности / С. М. Кочубей, В. А. Яценко, В. В. Донец,Т. А. Казанцев, П. А. Хандрига, О. В. Семенив, Ю. В. Шатохина // Перша Всеукраїнська конференція з запрошенням закордонних учасників «Аерокосмічні спостереження в інтересах сталого розвитку та безпеки GEO-UA-2008», м.Київ, 3-5 червня, 2008, Матеріали доповідей. - С 153-155.

Кочубей С. М., Гиперспектральный апаратно-программный комплекс и его информативные возможности в дистанционном зондировании растительности / Кочубей С. М., Казанцев Т. А, Донец В. В, Волощук И. В, Яценко В. А // Казахско-украинская конференция «Современные космические технологии», Алматы, 7-9 октября 2008 г., Сборник материалов. - C. 28-30.

Yatsenko V. А. Spectrometers for vegetation monitoring: current state, future prospects, and applications / V. А. Yatsenko, S. M. Kochubey, V. V. Donets, О. V. Semeniv, P. А. Khandriga, T. A. Kazantsev, S. M. Antonyuk // 9-тая Украинская конференция по космическим исследованиям, 30 августа -5 сентября 2009 г., Национальный центр управления и испытаний космических средств НКАУ, Евпатория. - C. 90.

Donets V. V. Optimal spectrometer synthesis for remote sensing of vegetation / V. V. Donets, O. V. Semeniv, V. А. Yatsenko // Теnth International Young Scientists Conference “Optics and high technology SPO 2009”, October 22-25, 2009, Kyiv, Ukraine, Scientific works. - P. 157.

Yatsenko V. А. Intelligent Optical Device and Software for Remote Sensing of Vegetation / V. А. Yatsenko, V. V. Donets, O. V. Semeniv // Теnth International Young Scientists Conference “Optics and high technology SPO 2009”, October 22-25, 2009, Kyiv, Ukraine, Scientific works. - P. 182.

А.с. 868373 СССР, М.Кл.3 G 01J 1/04. Светопоглощающее устройство / В. В. Донец В. В. и В. П. Соболь (СССР). - № 2873400/18-25; заявл. 23.01.80; опубл. 30.09.81, Бюл. № 36.

А.с. 936714 СССР, М.Кл.3 G 02 F 1/33. Акустооптический фильтр / Визен Ф.Л., Донец В. В., Пустовойт В. И., Соболь В. П., Велигура В. И. (СССР). - № 3212881; заявл. 08.12.80; зарегистрирован в Государственном реестре изобретений СССР 16 февраля 1982 г.

А.с. 830274 СССР, М.Кл.3 G 02 В 5/30. Интерференционный поляризатор / Горбань А. М., Донец В. В., Соболь В. П. (СССР). - № 2799072/18-10; заявл. 18.07.79; опубл. 15.05.81, Бюл. № 18.

...