Диссертация (1025532), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Посравнению с крупногабаритными и тяжелыми космическими аппаратами, МКАобладают заметными преимуществами:–высокой экономической эффективностью целевого использованияна высотах функционирования 300-800 км;–технологичностью создания МКА, с целью сокращения расходов ириска;–возможностью быстрой модификации для решения широкого кругазадач с различным целевым назначением;–полезнойснижением степени влияния спутниковой платформы на работунагрузкииз-заменьшегособственногогравитационного,электромагнитного и газового (внешняя собственная атмосфера) фона;–возможностью оперативного запуска МКА с помощью ракет-носителей легкого класса;–удешевлением вывода на орбиту за счет групповых или попутныхзапусков.Для повышения эффективности извлечения полезной информации приобработке и анализе изображений, ГСА обычно устанавливается на бортсовместно с аппаратурой детального наблюдения, а также различной другойнаучнойаппаратурой.продолжающегосяВпроцессарезультатеначавшегосяминиатюризацииисовременнойинтенсивноГСАбылиразработаны новые оптические системы, которые зачастую имеют сложную вреализации конструкцию с нетрадиционными оптическими элементами.Например, схема Оффнера, используемая в приборах ARTEMIS, M3, HYCO идругих, содержит выпуклую дифракционную решетку.
В анонсированномгиперспектрометреEnMAPвкачестведиспергирующегоустройстваиспользуются призмы Фери с изогнутыми гранями. Схема Дайсона построена10на основе отражающей вогнутой дифракционной решетки. Основная проблемаприсозданиитакойаппаратурысостоитвсложностиизготовлениянетрадиционных оптических элементов, а также отсутствии проработанныхметодик юстировки.Значительный вклад в теорию и развитие оптических систем (ОС)спектральных приборов в России внесли: Фриш С.Э. [19], Зайдель А.Н.
[18, 19],Нагибина И.М. [20, 21], Тарасов К.И. [22], Пейсахсон И.В. [23, 24], Скоков И.В.[25], Бажанов Ю.В. [26-30] и другие ученые. Однако в работах перечисленныхавторов пристальное внимание уделяется, в основном, изучению спектральныххарактеристик приборов и систем.
ГСА отличается тем, что объединяет в себефункции и особенности изображающих и спектральных систем. ОсновнаяпроблемарасчетаОС,препятствующаярасширениютехническиххарактеристик ГСА, заключается в резком увеличении дисторсии, которуювносит диспергирующее устройство.В этой связи диссертационная работа, посвященная разработке оптическихсистем малогабаритной гиперспектральной аппаратуры ДЗЗ из космоса,является весьма актуальной.Цель диссертационной работы заключается в разработке и исследованииновых оптических систем и методик их проектирования для малогабаритнойгиперспектральной аппаратуры дистанционного зондирования Земли изкосмоса.Для достижения поставленной цели сформулированы и решеныследующие задачи:1.
Предложена и исследована новая оптическая схема зеркальногоавтоколлимационного спектрометра для малогабаритной гиперспектральнойаппаратуры дистанционного зондирования Земли из космоса.2. Разработаны и апробированы методики расчета оптических системзеркального автоколлимационного спектрометра и зеркального объектива с11эксцентрично расположенным полем изображения и оптимальным выборомасферических поверхностей, формирующих высококачественные изображения.3.
Разработана методика юстировки и контроля оптической системыгиперспектральнойэксцентричноаппаратурынарасположеннымосновеполемзеркальногоизображенияобъективаисзеркальногоавтоколлимационного спектрометра.4. Предложены способы контроля радиометрических характеристикгиперспектральной аппаратуры в процессе эксплуатации и контроля угловогоположения ее оптической оси в процессе съемки.Научная новизна работы заключается в следующем:1. Обоснована схема зеркального автоколлимационного спектрометра наосновезеркальногообъективасэксцентричнорасположеннымполемизображения, обеспечивающая малые габариты и отсутствие хроматическихаберраций при возможности использования разных типов диспергирующихустройств.2.
Аналитически показана возможность исправления дисторсии идостижения качества изображения близкого к дифракционному пределу воптических системах зеркального автоколлимационного спектрометра.Практическая ценность работы заключается в следующем:1. Разработаныоптическиесистемы,методикирасчетаихконструктивных параметров, юстировки и контроля, которые могут найтиприменениепригиперспектральнойпроектированииаппаратурыкосмическойдистанционногомалогабаритнойзондированияЗемлиииспользуются на ПАО «Красногорский завод им. С.А.
Зверева».2. Предложена схема контроля зеркального объектива с эксцентричнорасположенным полем изображения с помощью коллиматора и двух плоскихповоротных зеркал, позволяющая направлять пучок коллимированных лучей сзаданными угловыми координатами в объектив без его разворота вокруг центравходного зрачка в пределах всего углового поля, которая может быть12использована на предприятиях оптического приборостроения с цельюупрощения и удешевления производства объективов такого типа.3.
Предложены способы контроля радиометрических характеристиккосмическойгиперспектральнойаппаратурынаосноверазработанныхоптических систем, которые могут быть использованы для ее периодическойпроверки и калибровки в процессе эксплуатации оператором российскихкосмических средств ДЗЗ АО «Российские космические системы».4.
Разработана методика контроля углового положения оптической осигиперспектральнойаппаратурыфотограмметрическихзадачвприпроцессеобработкесъемкидлярешенияиметодикаизображенийкалибровки, позволяющая минимизировать систематические погрешности,возникающие в процессе эксплуатации.Достоверностьвыводовдиссертационнойработыподтверждаетсярезультатами экспериментов и результатами, полученными при моделированиив программных комплексах «Zemax» и «Matlab».Реализация и внедрение результатов работы.
Результаты работывнедрены на ПАО «Красногорский завод им. С.А. Зверева» в производственныхпроцессах создания гиперспектральной аппаратуры ГСА-РП и аппаратурыШМАСР, а также использованы в СЧ ОКР «Прибор-ШМАСР», СЧ НИР«Партитура–«КМЗ-Гипер»,СЧОКР«Бисер»,чтоподтверждаетсясоответствующими актами о внедрении.На защиту выносятся следующие положения:1. Разработаннаяметодикарасчетаконструктивныхпараметровпозволяет рассчитывать зеркальные оптические системы с габаритнымиразмерами менее 1 м, массой менее 50 кг, угловым полем не менее 3градусов и спектральным разрешением не хуже 10 нм в диапазоне от 900до2500нм,длямалогабаритнойгиперспектральнойдистанционного зондирования Земли из космоса.аппаратуры132. Разработанные способы интерференционного контроля взаимногоположения зеркал объектива и контроля позиционирования приемника идиспергирующего устройства спектрометра, обеспечивают юстировкуоптической системы гиперспектральной аппаратуры на основе зеркальногоавтоколлимационногоспектрометраизеркальногообъективасПолученныевэксцентрично расположенным полем изображения.Апробацияработыипубликациирезультатов.диссертации результаты докладывались на 9-й, 10-й и 11-й Всероссийскихнаучно-технических конференциях «Системы наблюдения, мониторинга идистанционного зондирования Земли» (Геленджик, 2012, 2013; Сочи, 2014), нанаучно-технической конференции «Гиперспектральные приборы и технологии»(Красногорск, 2013).
Основные результаты диссертации опубликованы в 5статьях в журналах, входящих в Перечень ВАК РФ, общим объемом 4,29 п.л.Получено три патента РФ и патент Республики Беларусь на изобретения.Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пятиглав, общих выводов и списка литературы, содержащего 155 наименований.Диссертация изложена на 175 страницах машинописного текста и содержит 62рисунка и 17 таблиц.14ГЛАВА 1.ОБЗОР И АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОЙ И ПЕРСПЕКТИВНОЙКОСМИЧЕСКОЙ ГИПЕРСПЕКТРАЛЬНОЙ АППАРАТУРЫВ зависимости от использования, требования к гиперспектральнойаппаратуре могут быть разными. Аппараты, предназначенные для узкогоспектра задач, например, для наблюдения за состоянием океана, прибрежныхзон, лесных массивов, снежных покровов или атмосферных явлений, имеютневысокие требования по пространственному разрешению и спектральномудиапазону. Однако есть многоцелевая аппаратура, с ее помощью потребителихотятрассматриватьнаповерхностиЗемлиразличныеобъекты,идентифицировать, определять их форму, размер, химический состав,состояние, а также динамику этих характеристик во времени.
Для этого нужнагиперспектральная аппаратура с высоким пространственным разрешением икачеством изображения и, кроме того, высоким спектральным разрешением вшироком спектральном диапазоне.Современная космическая гиперспектральная аппаратура1.1.Цельгиперспектральнойоптико-электроннойсъемки–получениегиперкуба данных (ГКД), под которым понимают совокупность снимков одногои того же сюжета, полученных одновременно в N узких спектральныхдиапазонах (каналах).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
