научная статья по теме МНОГОСПЕКТРАЛЬНАЯ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННАЯ АППАРАТУРА “ГЕОТОН” КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА “РЕСУРС-П” Космические исследования

Текст научной статьи на тему «МНОГОСПЕКТРАЛЬНАЯ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННАЯ АППАРАТУРА “ГЕОТОН” КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА “РЕСУРС-П”»

КОСМИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ, СИСТЕМЫ И ПРОГРАММЫ ИЗК

МНОГОСПЕКТРАЛЬНАЯ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННАЯ АППАРАТУРА "ГЕОТОН" КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА "РЕСУРС-П" © 2014 г. С. А. Архипов1*, А. И. Бакланов2, В. В. Герасименко1

1ОАО "Красногорский завод им. С.А. Зверева", Красногорск Филиал ФГУП "ГНПРКЦ "ЦСКБ-Прогресс"НПП "ОПТЭКС", Красногорск *Е-таП: arhipof@zenit-kmz.ru Поступила в редакцию 27.07.2013 г.

Многоспектральная оптико-электронная аппаратура "Геотон" установлена на космическом аппарате "Ресурс-П". "Геотон" обеспечивает получение информации дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) с пространственным разрешением 2.4 м в семи узких спектральных каналах с пространственным разрешением 0.8 м в панхроматическом канале, а также в полосе захвата до 38.5 км. В работе дается описание основных технических характеристик аппаратуры, раскрыты состав, конструкция, оптическая схема, особенности фотограмметрической и радиометрической калибровок аппаратуры.

Ключевые слова: дистанционное зондирование Земли, многоспектральная оптико-электронная аппаратура, ПЗС-матрица, пиксел, объектив, конструкция, радиометрическая и фотограмметрическая калибровки

Б01: 10.7868/80205961414020018

ВВЕДЕНИЕ

Многоспектральная съемочная оптико-электронная аппаратура (СА) "Геотон" разработана, изготовлена, испытана и поставлена в ФГУП ГПНРКЦ "ЦСКБ-Прогресс" в 2012 г. В конце 2012 г. были завешены комплексные испытания СА "Геотон", а 30 июня 2013 г. состоялся ее успешный запуск в составе космического аппарата (КА) "Ре-сурс-П". Головной разработчик и изготовитель СА "Геотон" — ОАО "Красногорский завод им. С.А. Зверева". В состав кооперации предприятий, создавших аппаратуру, вошли: ФГУП ГНПРКЦ "ЦСКБ-Прогресс" — в части идеологии построения и применения СА "Геотон", разработки и изготовления корпусной части; филиал ФГУП "ГНПРКЦ "ЦСКБ-Прогресс" НПП "ОПТЭКС" -в части системы приема и преобразования информации и системы управления; ОАО ГОИ им. С.И. Вавилова — в части оптимизации объектива; ОАО ЛЗОС — в части изготовления объектива. СА "Геотон" представляет собой модернизацию съемочной оптико-электронной аппаратуры, которая успешно эксплуатируется в составе КА "Ресурс-ДК" с 2006 г.

ТАКТИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Схемотехнические решения и архитектура КА "Ресурс-П", задачи его целевого применения, определяющие назначение, состав и строение СА "Геотон", достаточно полно раскрыты в статье (Кирилин, Ахметов и др., 2010).

СА "Геотон" предназначена для:

— получения изображений поверхности Земли в панхроматическом (ПХ) и семи мультиспек-тральных (МС) каналах и их преобразования в цифровой информационный сигнал;

— предварительной обработки и упаковки видеоинформации (целевой информации) и передачи ее в радиолинию.

Чувствительность аппаратуры в ПХ- и МС-ка-налах аттестована при наземных испытаниях, что обеспечивает получение данных об эффективной энергетической яркости объектов на входном зрачке аппаратуры с погрешностью не более 10%.

Элементы внутреннего ориентирования в ПХ- и МС-каналах аттестованы при наземных испытаниях аппаратуры с погрешностью не более 6 угл. с, что обеспечивает фотограмметрическую коррекцию снимков.

Таблица 1. Основные тактико-технические характеристики СА "Геотон"

Наименование Значение

Полоса захвата (при съемке с высоты 475 км), км 38.5

Пространственное разрешение, м ПХ-канал МС-каналы <0.8 <2.4

Количество нормированных спектральных каналов ПХ МС 1 7

Длительность маршрута съемки, с от 2 до 300

Отношение сигнал/шум (при значении сигнала близкому к сигналу насыщения) не менее 200

Разрядность представления информации, бит/пиксел 10

Масса, кг 880

Габаритные размеры аппаратуры, м длина максимальный диаметр 4.9 2.2

Основные тактико-технические характеристики аппаратуры "Геотон" представлены в табл. 1.

ОПИСАНИЕ АППАРАТУРЫ

В состав СА "Геотон" входят:

— система приема и преобразования информации (СППИ);

— оптико-механический блок, состоящий из объектива и корпусной части с приборной рамой и иллюминатором;

— блок формирования изображения, состоящий из исполнительного механизма подфокуси-ровки, блока светофильтров, блока калибровки;

— блок системы управления;

— межблочные кабели связи.

Конструктивно аппаратура выполнена в моноблочном исполнении. На рис. 1 представлен общий вид СА "Геотон". Корпусная часть оптико-механического блока является связующим звеном для остальных узлов и одновременно — конструктивной частью КА "Ресурс-П". В оболочке корпусной части размещен контур жидкостного термостатирования, замкнутый на систему терморегулирования КА.

Оптическая схема СА "Геотон" построена на базе линзового телеобъектива-апохромата (фокусное расстояние 4000 мм, относительное отверстие 1 : 8, угол поля зрения 5°30', масса 320 кг). В состав оптической схемы также входят стекло защитное, сменные светофильтры и компенсационные пластины.

Стекло защитное обеспечивает герметичность корпусной части, в которой размещены регистри-

рующие изображение оптико-электронные преобразователи (ОЭП) и электронные блоки СППИ.

Перед входным отверстием СА установлена бленда, предназначенная для защиты ОЭП'ов от засветки прямыми солнечными лучами в условиях эксплуатации.

Блок системы управления обеспечивает прием, обработку и преобразование входной информации, поступающей от бортового комплекса управления (БКУ) КА "Ресурс-П", управление приводами блока формирования изображения, блоком калибровки, развертывание соответствующей циклограммы работы в соответствии с полетным заданием, контроль работоспособности СА, формирование информации оперативного контроля, телеметрического контроля и выдачу ее в БКУ.

СППИ предназначены для преобразования оптического изображения в цифровой сигнал, его предварительной обработки, сжатия и выдачи в радиолинию. Управление и контроль работоспособности СППИ производится от БКУ.

В СА "Геотон" установлены три оптико-электронных преобразователя — ОЭП-ПХ, ОЭП-МС1, ОЭП-МС2, в которых в качестве приемника изображения используются ПЗС-матрицы с временной задержкой накопления заряда.

ОЭП-ПХ работает в одном из следующих двух возможных режимов:

— панхроматический режим (ПХ) в диапазоне спектра (580—800) нм (размер пиксела 6 мкм);

— режим мультиспектральной съемки (ПХ-МС) в диапазоне спектра (800—900) нм (размер пиксела 18 мкм обеспечивается суммированием 3 х 3 пикселов столбцов и строк).

ОЭП-МС1 и ОЭП-МС2 работают в режиме мультиспектральной съемки и имеют по три спектральных диапазона съемки каждый в соответствии с табл. 2.

Расположение фотозон ОЭП в фокальной плоскости СА "Геотон" показано на рис. 2.

Направление оси Z определяется положением фиксирующих элементов (осью штифтовых отверстий каждого приемника). Оси ZОЭП (оси фо-тозон ОЭП) параллельны одноименной оси приборной системы координат.

Оси фотозон ОЭП-МС1 и ОЭП-МС2 расположены симметрично оси ОЭП-ПХ на расстоя-

Таблица 2. Спектральные диапазоны ОЭП-МС1 и ОЭП-МС2

ОЭП Спектральные диапазоны, нм

МС1-1 520—600

ОЭП-МС1 МС1-2 610—680

МС1-3 720—800

МС2-1 450—520

ОЭП-МС2 МС2-2 670—700

МС2-3 700—730

нии ±90 мм относительно линии штифтов (осевой линии фотозон).

Характеристики фотозон ОЭП приведены в табл. 3.

ОЭП-ПХ расположен в центре поля зрения, состоит из матриц, расположенных в шахматном порядке с перекрытием вдоль строки 36 пикселов. Длина строки изображения, формируемой ОЭП-ПХ, равна 54036 пикселов (или 18012 при суммировании). Число строк накопления переменное.

ОЭП-МС1 и ОЭП-МС2 состоят из матриц, расположенных в шахматном порядке с перекрытием вдоль строки 18 пикселов. Длина строки изображения, формируемой ОЭП, равна 18018 пикселов. Число строк накопления переменное.

Исполнительный механизм подфокусировки обеспечивает дискретное перемещение фокального узла ОЭП'ов в диапазоне ±1.5 мм.

В блок светофильтров входят два двухпозици-онных привода СФ1 и СФ2. Привод СФ1 устанавливает либо компенсационную пластину, которая фокусирует ОЭП-МС2 в спектральном диапазоне МС2-1, либо другую компенсационную пластину, которая фокусирует ОЭП-МС2 в диапазонах

Канал МС1

Штифт ^мс1

Z (2пх)

Штифт Канал ПХ

Штифт ^МС2 о --

Канал МС2 У

768

| МС1-2- (610-680 нм)

1 МС1-3- (720-800 нм) '1

| МС1-1- (520-600 нм) '1

Линия штифтовых отверстий

МС1-2+

МС1-3+

МС1-1+

1

1536

768 1

ПХ-

ГЛиния штифтовых отверстий

С

ПХ+

С

МС2-2-

(670-700 нм)

| МС2-3- (700-730 нм) '

МС2-1-

(450-520 нм)

1

768

1536 1

Линия штифтовых отверстий

МС2-2+

МС2-3+

МС2-1+

Направление полета

1

Вид со стороны объектива

768

- О

Паз

- о

Паз

- о

Паз

Рис. 2. Расположение фотозон. Вид на фокальную плоскость СА "Геотон" со стороны объектива. Верхний индекс "минус" обозначает нечетные матрицы, а "плюс" - четные матрицы.

1

МС2-2 и МС2-3. Привод СФ2 обеспечивает смену светофильтров для ОЭП-ПХ.

Блок калибровки на базе стабилизированных галогенных источников излучения предназначен для контроля стабильности чувствительности ОЭП'ов в процессе штатной эксплуатации.

Управление СА "Геотон" производится посредством команд на включение/отключение блока системы управления.

СА "Геотон" в составе КА "Ресурс-П" обеспечивает различные виды съемки поверхности Земли: объектовую, маршрутную и стереосъемку.

Работа СА "Геотон" оценивается по информации оперативного контроля и телеметрии.

РАДИОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АППАРАТУРЫ

Радиометрическая модель СА

В основе общепринятой радиометрической модели съемки лежит ряд допущений (Шовен-гердт, 2010), позволяющих не рассматривать частотно-контрастные и динамические характеристики СА и разделить пространственные и спектральные переменные в выходном сигнале. Предполагается, что:

- в пределах мгновенного поля зрения (угловой размер пиксела ПЗС-матрицы) СА объект (подстилающая поверхность + атмосфера) можно описать однородной по яркости и спектральным характеристикам ламбертовской поверхностью,

Таблица 3. Характеристики фотозон ОЭП

Характеристика ОЭП-ПХ ОЭП-МС1, ОЭП-МС2

Формат ПЗС-матрицы, пикселов 1536 х 192 (768 х 64) х 3

Число ПЗС-матриц в фотозоне ОЭП 36 24

Количество пикселов в строке фотозоны 54036 18018

Перекрытие ПЗС-матриц по строке фотозон

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Космические исследования»