Автореферат (1025531), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Синтезированное изображение монохроматических линий наприемнике излучения10Третий этап – фокусировка спектрометра, производится после установкивходного объектива с помощью коллиматора с тест-объектом в видечередующихся перпендикулярно направлению входной щели черно-белыхштрихов, ширина которых подбирается так чтобы в изображении тест-объекта,формируемом на приемнике, штрихи были с пространственной частотой,близкой к частоте Найквиста.
Для каждой строки в регистрируемомприемником изображении получается модулированный сигнал (Рисунок 7).Рисунок 7. Модулированный сигнал в изображении тест–объекта дляфокусировки спектрометраВычисляется КПМ для нескольких значений расфокусировки, вводимой вколлиматоре и определяется несовпадение плоскости приемника с плоскостьюнаилучшего изображения. При необходимости производится фокусировкаприемника установкой прокладок необходимой толщины на посадочное местоприемника излучения.В четвертой главе рассмотрены бортовые устройства радиометрическойкалибровки и контроля углового положения оптической оси гиперспектральнойаппаратуры в процессе съемки.Извлечение спектральной информации из гиперспектральных снимковвозможно только, если с высокой точностью для каждого пикселя изображенияи каждого спектрального канала известны радиометрические и спектральныехарактеристики.
Эксплуатация на орбите исключает возможность калибровки влабораторных условиях, поэтому в состав аппаратуры должно быть включеноустройство радиометрической калибровки. Предложена схема, в которойисточник излучения облучает диффузно отражающую поверхность,установленную в аппаратуре, обеспечивая полную засветку углового поля сраспределением облученности на приемнике, близким к распределению привизировании равнояркой поверхности. Для обеспечения надежности иувеличения количества режимов калибровки предлагается использовать четырелампы КГМ 27-100, имеющих подтвержденную стабильность ивоспроизводимость светотехнических параметров.Контроль привязки спектрального распределения к элементам приемника,то есть шкалы длин волн (ШДВ), необходим из-за того, что в зависимости оттемпературных и других внешних условий ШДВ изменяет свое положение наповерхности приемника.
Предлагается осуществлять контроль смещений ШДВс помощью спектральных фильтров из цветного оптического стекла, вводимыхв оптическую систему конденсора источника излучения, так как их11спектральные характеристики имеют высокую стабильность в широкомдиапазоне внешних условий. На Рисунке 8,а показан пример спектральнойхарактеристики коэффициента пропускания комбинации двух цветныхоптических стекол марки ПС-7 и СЗС-15, на Рисунке 8,б – спектральногораспределения излучения в изображении с приемников ГСА.а)б)Рисунок 8. Графики спектрального распределения: а) коэфициентапропускания комбинации двух спектральных фильтров; б) излучения визображении с приемников ГСАНа спектральном распределении имеется несколько характерныхмаксимумов и минимумов – спектральных реперов, которые надежнообеспечивают спектральную калибровку аппаратуры методом вычислениясмещения «центра тяжести фигуры» в изображении спектральных реперов.На изображениях, получаемых с аппаратуры ДЗЗ, всегда присутствуютгеометрическиеискажения.Методыгеометрическойкоррекциисиспользованием полиномиальных моделей и наземных контрольных точеквносят существенные искажения в спектральные характеристики объектов наснимках.
Более эффективный подход с точки зрения сохранения спектральнойинформации заключается в использовании физических моделей съемки, дляпостроения которых необходимо иметь подробную информацию об элементахориентирования снимка. Кроме того, эта информация позволит осуществлятькоординатную привязку снимков ДЗЗ с погрешностью ограниченнойпространственным разрешением аппаратуры.Измерение линейных координат для построения параметров орбитыобычно осуществляется средствами космического аппарата. Однако устройствоконтроля углового положения оптической оси ГСА в процессе съемки должнабыть включена в состав аппаратуры, поскольку точное вычисление координатвозможно, только если с высокой точностью известно угловое положениеизмерительных приборов в приборной системе координат (ПСК) аппаратуры.Звездные датчики угловой ориентации (ЗД) вычисляют угловые координатыα, β направления собственной оси визирования со среднеквадратическойпогрешностью 1-2 угл.с.
в инерциальной системе координат (ИСК) и угловую12координату θ разворота оси визирования – со среднеквадратическойпогрешностью ∼20 угл.с. (Рисунок 9,а). Каждый ЗД устанавливается с жесткойпривязкой в ПСК с угловыми координатами (Ai, hi. wi) (Рисунок 9,б).Рекомендуется использовать три звездных датчика для обеспечениянадежности, резервирования и увеличения возможностей бортового устройстваконтроля углового положения оптической оси ГСА в процессе съемки.а)б)Рисунок 9.
Угловые координаты ЗД: а) в ИСК; б) в ПСКРассмотрим два звездных датчика – ЗД1 и ЗД2. Выберем ЗД1 базовым, укоторого координата θ1 определяется с меньшей точностью и требуетуточнения. Для вычисления θ1 было выведено следующее уравнение:2θ θ1 ( p + B ) tg − 2C ⋅ tg 1 + p − B = 0,(4)2 2гдеp = cos A2 cos h2 (sin A1 sin w1 − cos A1 cos w1 sin h1 ) −− sin A2 cos h2 (cos A1 sin w1 + sin A1 cos w1 sin h1 ) ++ cos h1 sin h2 cos w1 ,B = cos β 2 sin(α 1 − α 2 ),C = cos β 2 sin β1 cos(α 1 − α 2 ) − cos β1 sin β 2 .Решая уравнение (4), вычисляется новое значение угла θ1′ , погрешностьопределения которого не превышает величины погрешности определения угловα 1 , β 1 , что позволяет говорить о контроле углового положения оптической осиаппаратуры в инерциальном пространстве с равной точностью по трем осям.Данные угловых координат записываются непосредственно в пакет свидеоинформацией для последующей фотограмметрической обработкиснимков – геометрической коррекции и координатной привязки.Для учета изменения параметров (Ai, hi.
wi), определенных на этапе сборки,в течение срока эксплуатации аппаратуры, разработана методика калибровкиуглового положения звездных датчиков в ПСК с использованием измерений13звездных датчиков. На первом этапе калибровки полагая (A1, h1, w1)известными, уточняют координаты ЗД2 (A2, h2, w2) и остальных. На второмэтапе производится уточнение координат ЗД1 в ПСК. Данный этап реализуетсяза счет совместной работы ЗД и аппаратуры ДЗЗ известнымифотограмметрическими методами.Таким образом, рассмотрены бортовые устройства радиометрическойкалибровки и контроля углового положения ПСК в процессе съемки,обеспечивающиеполучениеданных,необходимыхдлярешениярадиометрическихифотограмметрическихзадачприобработкегиперспектральных изображений.В пятой главе приведены результаты моделирования конкретных ОСзеркального объектива с эксцентрично расположенным полем изображения сфокусным расстоянием 550 и 3300 мм и зеркального автоколлимационногоспектрометра с УД на основе призмы, двух склеенных призм и дифракционнойрешетки.
Рассчитанные ОС спектрометров формируют изображение скачеством, близким к дифракционному пределу и исправленной дисторсиейзначением, не превышающим 3 мкм.Разработанные методики позволили рассчитать ОС для малогабаритнойГСА ДЗЗ с входным зеркальным объективом с эксцентрично расположеннымполем изображения с фокусом 550 мм и зеркальным автоколлимационнымспектрометром с дифракционной решеткой, с техническими характеристиками:спектральным разрешением 10 нм в диапазоне от 900 до 2500 нм, угловымразрешением 11,25 угл.с., угловым полем 3,12 градуса, а также размерамименее 1 м и массой менее 50 кг (Рисунок 10).Рисунок 10.
Оптическая система для малогабаритной ГСА14В Таблице 1 представлены сравнительные характеристики лучшеймировой перспективной космической ГСА и рассчитанной автором системы.Таблица 1.Спектральный Пространственное ПолосаСпектральноедиапазон, нм разрешение*, м захвата*, км разрешение, нмPRISMA (канал SWIR)920-2500303012Наименование ГСАHISUI (канал SWIR)900-2500303012,5EnMAP (канал SWIR)HYPXIM-P(канал SWIR)SHALOM(канал SWIR)HyspIRI900-245030305,2-12,51100-250081610920-2500303010380-2500303710900-2500303010Рассчитанная система* Характеристики приведены для рабочих параметров съемки, для рассчитанной системыхарактеристики вычислены для съемки с высоты 550 км и размера пикселя 30 мкмВидно, что характеристики рассчитанной системы сравнимы схарактеристикамизарубежныханалогов.Аппаратурунаосновепредставленных оптических систем возможно изготавливать в настоящее времяна базе распространенных технологических решений.3.
Основные результаты работы1. Предложена и исследована новая оптическая схема зеркальногоавтоколлимационногоспектрометра.Разработанаметодикарасчетаконструктивных параметров, на основе которой рассчитаны оптическиесистемы зеркального автоколлимационного спектрометра, формирующиеизображение с исправленной дисторсией и качеством, близким кдифракционному пределу.2. Разработанные оптические схемы и методики расчета позволилидостичь следующих технических характеристик в оптических системахмалогабаритной гиперспектральной аппаратуры дистанционного зондированияЗемли из космоса: спектральное разрешение 10 нм в диапазоне от 900 до 2500нм, угловое разрешение 11,25 угл.с., угловое поле 3,12 градуса, а такжегабариты менее 1 м и массу менее 50 кг.3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
