Отзыв ведущей организации (Оптические системы малогабаритной гиперспектральной аппаратуры дистанционного зондирования Земли из космоса)

Л'В1~ржДМО тель генерального вный инженер 'С.П. Белоусов 20!7 г. ОТЗЫВ ведущей организации АО «ЛЗОС» на диссертацию Ли Александра Викторовича «Оптические системы малогабаритной гиперспектральной аппаратуры дистанционного зондирования Земли из космоса», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05,11.07 — «Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы» В настоящее время гиперспектральная аппаратура ~ГСА) прочно заняла свое место среди оптико-электронных приборов дистанционного зондирования Земли из космоса.

Такая аппаратура получает сотни изображений района съемки в узких спектральных каналах непрерывно по рабочему спектральному диапазону., при этом существенно повышается информативность получаемых данных дистанционного зондирования Земли за счет совместного анализа пространственной и спектральной информации. Современные тенденции развития отрасли дистанционного зондирования Земли из космоса ставят задачи повышения технических характеристик новой космической гиперспектральной аппаратуры, а также уменьшения массы и габаритов для установки ее на малые космические аппараты.

Отличием гиперспектральной аппаратуры является объединение в себе функций и особенностей изображающих и спектральных систем. Основная проблема расчета оптических систем для ГСА, препятствующая расширению линейного поля и спектрального диапазона, заключается в резком увеличении дисторсии, которую вносит диспергирующее устройство, что приводит к искривлению спектральных линий и изменению масштаба изображения для разных длин волн.

На основании вышеизложенного считаем, что диссертационная работа А.В. Ли, посвященная разработке и исследованию новых оптических систем и методик их проектирования для малогабаритной гиперспектральной аппаратуры дистанционного зондирования Земли из космоса, является весьма актуальной. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи работы, раскрыта научная новизна и практическая ценность, изложены основные положения диссертации, выносимые на защиту, В первой главе производится обзор и анализ современной и перспективной гиперспектральной аппаратуры дистанционного зондирования Земли из космоса. Рассмотрены характеристики, оптические системы, технологии изготовления, достоинства и недостатки отечественной и зарубежной ГСА.

Обнаружено большое разнообразие схемотехнических решений, применяемых для достижения повышенных оптических характеристик и уменьшения габаритов и массы. Однако большинство из них содержат нетрадиционные оптические элементы и имеют сложную в реализации конструкцию. Отсутствие проработанных методик юстировки и несовершенство технологий изготовления нетрадиционных оптических элементов тормозит создание и запуск новой аппаратуры в космос.

Во второй главе предложена, исследована и научно обоснована оптическая схема зеркального автоколлимационного спектрометра, в которой для формирования изображения используется трехзеркальный объектив с эксцентрично расположенным полем изображения, Разложение в спектр может осуществляться с помошью различных типов диспергируюших устройств, обеспечивающих автоколлимационный ход лучей, Разработана методика расчета конструктивных параметров оптических систем на основе схемы зеркального автоколлимационного спектрометра.

В составе методики исследованы варианты диспергирующего устройства спектрометра на основе дифракционных решеток и призменных систем и получены формулы расчета их конструктивных параметров. Также разработана методика габаритного и аберрационного расчета трехзеркального объектива с эксцентрично расположенным полем изображения. Проанализирован объектив на предмет эффективности асферизации его поверхностей, на основании чего выданы рекомендации об введении асферики на поверхностях объектива.

Разработанную методику можно использовать для расчета самостоятельных объективов, применяемых в оптико-электронной аппаратуре дистанционного зондирования Земли, в том числе изображающих (входных) объективов ГСА. Третья глава диссертации посвящена разработке методики юстировки и контроля предложенной оптической схемы зеркального автоколлимационного спектрометра. Юстировка положения зеркал объектива осуществляется с помощью интерферометра, путем его точного позиционирования в базовой системе координат сборки.

Зеркала объектива юстируются по анализу интерференционной картины, получаемой интерферометром в автоколлимационных схемах контроля. Представлена схема контроля зеркальных объективов с эксцентрично расположенным полем в пределах всего углового поля без необходимости его разворота вокруг центра входного зрачка, за счет использования двух плоских поворотных зеркал. Произведен анализ хода пучка лучей через систему зеркал с заданными угловыми координатами на входе в объектив и выведены аналитические зависимости для определения углов разворота плоских зеркал.

Разработка такой схемы контроля актуальна, поскольку у данного типа объективов входной зрачок вынесен за пределы оптической системы и не материализован ее элементами и для перемещений объектива потребовалось бы конструировать сложные и точные механизмы. Разработаны способы контроля и юстировки приемника и диспергирующего устройства зеркального автоколлимационного спектрометра на основе анализа ошибок распределения изображения на фоточувствительной поверхности приемника, возникающих в процессе сборки. Важно, что эти способы могут быть обобщены и применены для юстировки любых щелевых спектрометров.

В четвертой главе рассмотрены бортовые устройства радиометрической калибровки и контроля углового положения оптической оси гиперспектральной аппаратуры в процессе съемки. Обоснована необходимость разработки и включения этих устройств в состав гиперспектральной аппаратуры. Предложено схемное решение для периодического контроля радиометрических характеристик аппаратуры, в котором обеспечивается полная засветка углового поля с распределением облученности на приемнике„ близким к распределению при визировании равнояркой поверхности.

Разработан способ спектральной калибровки ГСА с помощью спектральных фильтров из цветного оптического стекла. Описано устройство контроля углового положения оптической оси гиперспектральной аппаратуры в процессе съемки на основе звездных датчиков угловой ориентации.

Разработана методика определения угловых элементов внешнего ориентирования ГСА, что дает возможность решать фотограмметрические задачи при обработке гиперспектрвльных снимков с максимальным сохранением спектральной информации. Разработана методика калибровки с использованием измерений звездных датчиков, для поддержания измерительных свойств в течение эксплуатации аппаратуры на орбите.

В пятой главе изложены результаты моделирования оптических систем, рассчитанных с применением разработанных во второй главе методик. Приведены конструктивные параметры и технические характеристики оптических систем зеркального автоколлимационного спектрометра с исправленной дисторсией и качеством изображения, близким к дифракционному пределу. Синтезирована оптическая система на основе зеркального объектива с фокусом 550 мм и зеркального автоколлимационного спектрометра с дифракционной решеткой для гиперспектральной аппаратуры дистанционного зондирования Земли из космоса, с оптико-техническими характеристиками не уступающая перспективным мировым аналогам.

В заключении сформулированы основные научные и практические результаты диссертационной работы. По нашему мнению, наиболее существенные научные и практические результаты, полученные в диссертационной работе, заключаются в следующем: 1. Предложена, исследована и научно обоснована схема зеркального автоколлимационного спектрометра, обеспечивающая малые габариты и отсутствие хроматических аберраций при возможности использования разнообразных диспергирующих устройств. 2.

Разработана методика расчета конструктивных параметров оптических систем на основе схемы зеркального автоколлимационного спектрометра. в составе которой разработана методика габаритного и аберрационного расчета трехзеркального объектива с эксцентрично расположенным полем изображения. 3.

Рассчитаны конкретные оптические системы зеркального автоколлимационного спектрометра, в которых показана возможность исправления дисторсии и достижения высокого качества изображения, близкого к дифракционному пределу. 4. Практическую ценность работы представляет проработанная методика юстировки разработанных оптических систем, поскольку они имеют сложную конструкцию с внеосевым пространственным расположением оптических компонентов.

5. Большой практический интерес представляют бортовые устройства радиометрической и спектральной калибровки и контроля углового положения оптической оси гиперспектральной аппаратуры в процессе съемки. В силу своих особенностей, спектральные приборы предъявляют повышенные требования к настройке и калибровке, а спектральная информация требует бережного отношения и может быть легко утеряна при цифровой обработке изображений. Поскольку орбитальная эксплуатация исключает возможность калибровки, ремонта или модификации аппаратуры в лабораторных условиях, актуально и обосновано наличие в составе аппаратуры таких бортовых служебных систем.

Основные научные результаты диссертационной работы опубликованы в рецензируемых журналах, из них 5 статей в изданиях из Перечня ВАК РФ и доложены на научно-технических конференциях. Новизна разработанных оптических систем подтверждена 3 патентами РФ и 1 патентом Республики Беларусь на изобретения. Результаты работы внедрены на ПАО «Красногорский завод им. С.А. Зверева» в производственных процессах создания гиперспектральной аппаратуры ГСА-РП и аппаратуры ШМАСР, а также использованы в СЧ ОКР «Прибор-ШМАСР», СЧ НИР «Партитура — с<КМЗ-Гипер», СЧ ОКР «Бисер», что подтверждается соответствующими актами о внедрении. Результаты работы А.В.