Диссертация (1025532), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Это условие включает всебя комплекс качественных и количественных мероприятий по сохранностихарактеристик аппаратуры в течение длительного (несколько лет) срокаактивного существования на орбите.4.1.Бортовая радиометрическая калибровка гиперспектральнойаппаратурыПроцедура бортовой радиометрической калибровки предназначена дляконтроля изменений чувствительности информационного тракта ГСА впроцессеэксплуатации,атакжеконтроляпривязкиспектральногораспределения к элементам приемника. Контроль необходим для учета влиянияэксплуатационных факторов (невесомость, изменение температуры и давления,механическиеперегрузкинаэтапевыведения,вибрацииносителяворбитальном полете) на взаимное положение оптической системы ГСА иприемников изображения, а также изменения чувствительности к входномусигналу (спектральной энергетической яркости), вызванного изменениямиспектрального пропускания/отражения элементов оптической системы ичувствительности приемников изображения в процессе эксплуатации, ивыполняется с использованием устройства калибровки (УК) [127].113Энергия от источника питания преобразуется источником излучения вэнергиюизлучения,затемвоптическомтрактеУКпроизводитсяпространственное перераспределение и спектральная коррекция излучения(Рисунок 4.1).ИсточникпитанияИсточникизлученияОптическийтракт УКОптическийтракт ГСАПриемникизображенияРисунок 4.1.
Функциональная схема УККонструктивноерешениеУКдолжнообеспечиватьвозможностьпроведения бортового контроля радиометрических параметров:–во времени – контроль временной стабильности чувствительности;–в диапазоне изменения входных сигналов – контроль стабильностиформы градуировочных характеристик (ГХ) – зависимость выходного сигналана любом элементе приемника от значений эффективной энергетическойяркости;–в пространстве (в линейном поле изображения)– контрольотносительного распределения чувствительности элементов дискретизацииприемников изображения;–по спектру – контроль положения шкалы длин волн (ШДВ),определяющей спектральное распределение изображения по элементамприемника.Центральным звеном УК, определяющим его основные светотехническиепараметры (мощность излучения и его спектральное распределение, а значит иуровень облученности приемников изображения) и их стабильность, являетсяисточник излучения.Лампы накаливания (ЛН) с вольфрамовым телом накала, в том числе ималогабаритные в кварцевой колбе с галогенным циклом (типа КГМ), широко114используются в метрологии в качестве стандартных источников излученияблагодаря хорошей стабильности и воспроизводимости светотехническихпараметров [128, 129].
Кроме того, лампы типа КГМ имеют малые габариты,высокую механическую прочность, более высокую температуру тела накалапри том же сроке службы, что и другие типы ЛН.Хорошаяточностьвоспроизведенияспектральныххарактеристикабсолютно черного тела (АЧТ) в диапазоне рабочих цветовых температур(порядка 28003500 К) дает возможность достаточно просто прогнозироватьраспределение энергетического потока ЛН в заданных спектральных областях.Из существующих галогенных ЛН выбор следует проводить в первуюочередь по соответствию технических условий ламп заданным условиямэксплуатации (внешние воздействия). Для последующей оценки была отобраналампа КГМ 27-100 ТУ 16-88, ИКВА675.173.003 (Таблица 13).Таблица 13.Номинальные характеристики лампы КГМ 27-100Тип лампыТУНапряжение питания, ВМощность, ВтПотребляемый ток, АМинимальная наработка, часСветовой поток, лмСвет.
отдача, лм/ВтЦветовая температура теланакала, КДопустимоепониженное атм. давление,Па (мм.рт.ст.)Минимальныегабариты тела накала, мм*расчетные значения характеристикКГМ 27-100ТУ 16-88, ИКВА675.173.003272410083*3,7*3,5*1555*30002000*3024*3400*3250*13310-14 (10-14)Цилиндр поперек продольной оси лампы(41,1)115Изменение характеристик ЛН при изменении напряжения питания впределах 10% можно определить с точностью 1-2% по формуле:z(4.1)Y/Y0=(U/U0) ,где U/U0 – относительное изменение напряжения питания,- относительные изменения рассчитываемой характеристики,Y/Y0соответственно;z - показатель степени, имеющий следующие значения для параметровлампы:z = -11,2 для срока службы;z =1,6 для мощности лампы;z =3,6 для светового потока.В Таблице 14 приведены расчетно-экспериментальные характеристикилампыКГМ27-100дляразличныхзначенийцветовойтемпературы.Напряжение питания, ток и мощность определены экспериментально на одномобразце, срок службы и световой поток рассчитывались по напряжению.Данные эксперимента с достаточной точностью коррелируют с результатамирасчетов.Таблица 14.Расчетно-экспериментальные характеристики лампы КГМ27-100 дляразличных значений цветовой температурыЦветовая температураНапряжение питания, ВПотребляемый ток, АМощность, ВтМин.
срок службы, часСветовая отдача, лм/ВтСветовой поток, лмНаРисунке4.22850К182.952140013700показано3000К203.162430161000расчетное3150К233.477902217003250К243.58355242000спектральное3400К273.710015303000распределениеэнергетического потока излучения для лампы КГМ 27-100 при напряжении116питания 27 В и 24 В, и, соответственно, цветовой температуре тела накала3400К и 3250К, световом потоке 3000 лм и 2000 лм.Рисунок 4.2. Спектральное распределение энергетического потока излучениядля лампы КГМ 27-100 при напряжениях питания 27 В и 24 ВПри необходимости возможно увеличение ресурса лампы, за счетуменьшения напряжения питания (при этом снижается ее мощность,потребляемый ток, температура тела накала и световой поток).В качестве светотехнической реализации устройства калибровки принятасхема, в которой источник излучения облучает диффузно отражающую белуюповерхность в аппаратуре, обеспечивая полную засветку углового поляизлучением заданного спектрального распределения.
При этом удобнорасполагать диффузно отражающую белую поверхность на внутренней сторонекрышки входного окна аппаратуры.Реализация схемы предполагаетразработку специальной конструкциидиффузора с высоким и стабильным коэффициентом отражения.
Также он117должен обладать стабильными характеристиками для применения в условияхдлительного орбитального полета. Предлагается использовать специальныйматериал, типа «Spektralon» (или его аналог) на основе политетрафторэтилена,фирмы «Labsphere» [130, 131]. Его спектральный коэффициент отражения 9499% в области спектра 0,3-2,5 мкм (Рисунок 4.3). Материал обладаеттермостойкостью при температурах до 400 С,работает при давлении до13310-6 Па.Рисунок 4.3.
Спектральный коэффициент отражения материала «Spektralon»Достоинством такой схемы является контроль информационного тракта вусловиях, аналогичных штатной работе. Приконструктивныхпараметрахобеспечиваетсяраспределениедиффузногооблученностиоптимально подобранныхотражателяиприемников,источника,близкоекраспределению при визировании равнояркой поверхности. Периодическийконтроль относительного распределения чувствительности по всему угловомуполю аппаратуры позволяет эффективно использовать данные замещающихкалибровок (контроля радиометрических характеристик по наземным тестовымучасткам, имеющим относительно небольшие размеры).118В УК предполагается использовать четыре лампы КГМ 27-100 (Рисунок4.4).а)Рисунок4.4.Оптическаяб)схемаУК:а)меридиональноесечение;б) сагиттальное сечениеНаличие четырех ламп в УК позволяет получать не менее 2-х точек наградуировочной характеристике, даже при отказе одной или 2-х ЛН.Количество контрольных точек на градуировочной характеристике можноувеличить:– за счет различий в уровнях облученности от каждой лампы;– за счет изменения числа ламп, включаемых одновременно;– за счет дискретного изменения тока (напряжения) питания ламп;– за счет переменного времени экспонирования.Для контроля положения спектра на приемнике гладкая, близкая к АЧТ,спектральная характеристика ЛН не подходит, поскольку невозможно будетпроконтролировать сдвиги ШДВ аппаратуры в небольших пределах из-замалого изменения спектральной характеристики.
Устранить данный недостатокможно с помощью спектральных фильтров, вводимых в оптическую системуконденсора каждой ЛН. Предлагается осуществлять контроль смещений ШДВ спомощью спектральных фильтров из цветного оптического стекла, вводимых воптическую систему конденсора источника излучения, так как их спектральныехарактеристики имеют высокую стабильность в широком диапазоне внешних119условий. На Рисунке 4.5,а показан пример спектральной характеристикикоэффициентапропусканиякомбинациидвухфильтровизцветногооптического стекла марки ПС-7 и СЗС-15, на Рисунке 4.5,б – спектральногораспределения излучения, которое дает ЛН с комбинацией из двух фильтров.а)б)Рисунок 4.5. Графики спектрального распределения: а) коэффициентапропускания комбинации двух спектральных фильтров; б) излучения ЛН скомбинацией двух спектральных фильтровНаспектральномраспределенииимеетсянесколькохарактерныхмаксимумов и минимумов – спектральных реперов, положения которыхопределяются при наземной радиометрической калибровке аппаратуры изаписываются в формуляр радиометрических параметров [132, 133].Методом вычисления «центра тяжести фигуры» сигнала в изображенииспектральных реперов по формуле (3.15) и величины их смещения надежнообеспечивается контроль положения шкалы длин волн в режиме бортовойспектральной калибровки аппаратуры с погрешностью не более не более 10 %от размера пикселя [132-134].При радиометрической аттестации устройства калибровки для каждогоэлемента приемника и каждой ЛН определяются эффективные яркости навходном зрачке.
По этим данным в процессе эксплуатации для любого элемента120строки изображения в каждом спектральном канале можно получать ГХметодом суперпозиции в соответствии с выражением:nN f ( LБКi ) ,(4.2)i 1где LБК – эффективная яркость от i-й лампы УК,in – количество включенных ламп УК,i – номера включенных ламп УК (лампы могут включаться в любомсочетании).Спектральнаяплотностьэнергетическойоблученностидиффузногоотражателя УК определяется по формуле [88]:n e i ( ) k ос ( ) с / ф ( ) cos ii 1QiE e ( ) ,(4.3)где e i ( ) – спектральная плотность энергетического потока излученияi-й ЛН;k 4 – коэффициент усиления силы света источника в оптической схемеУК; ос ( ) – спектральный коэффициент пропускания оптической схемы УК; с / ф ( )–спектральныйкоэффициентпропусканияспектральныхфильтров;i – угол падения излучения от источника на диффузную поверхность вцентре световой зоны.Площадь Qi, освещаемая каждым источником в плоскости установкидиффузного отражателя, можно вычислить по формуле: Ri 2 sin 2 Qi ,cos( i ) cos (4.4)где Ri – расстояние от источника излучения до диффузно отражающейповерхности;2ω – угол при вершине конуса света, создаваемого каждым источником.121Т.к.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
