1Казенне підприємство спеціального приладобудування "Арсенал", Київ, Україна 2 КПІ ім. Ігоря Сікорського, Київ, Україна ВПЛИВ КУТІВ ВІЗУВАННЯ ТА КРИВИЗНИ ПОВЕРХНІ ЗЕМЛІ НА ПРОСТОРОВЕ РОЗДІЛЕННЯ КОСМІЧНОЇ ОПТИКО-ЕЛЕКТРОННОЇ СИСТЕМИ СПОСТЕРЕЖЕННЯ Проблематика. Однією з ключових відмінностей між авіаційними і космічними оптико-електронними системами спостереження (ОЕСС) дистанційного зондування Землі є висота, з якої проводиться зйомка земної поверхні. Різниця між висотами авіаційних і космічних приладів може досягати декількох порядків, тому якщо для авіаційних ОЕСС ще можна розраховувати просторове розділення на площині, то для космічних ОЕСС це є критичним і необхідно додатково враховувати кривизну поверхні Землі, особливо при кутах візування, відмінних від нуля. Мета дослідження. Розробка фізико-математичної моделі для визначення роздільної здатності ОЕСС, яка враховує кривизну поверхні Землі, орбітальну висоту та координати положення космічного апарата при різних кутах візування. Методика реалізації. В основі фізико-математичної моделі запропоновано використовувати двовісний еліпсоїд як апроксимацію форми Землі для визначення її кривизни та траєкторію сонячно-синхронної орбіти. Результати дослідження. Практичні результати розрахунків доводять, що кривизна поверхні Землі для космічних ОЕСС суттєво впливає на просторове розділення і відрізняється від результатів, отримуваних фізико-математичною моделлю, в якій просторове розділення визначається на плоскій поверхні. Результати проектування показують, що при відхиленні за кутами візування необхідно при розрахунках врахувати додаткове відхилення, яке збільшується при віддалені від надира. На максимальних кутах візування тангажа і крена по ±35, тобто коли ОЕСС відхилена на 44,7 від надира, додаткове відхилення становить 6,3, що суттєво впливає на визначення просторового розділення. Висновки. Аналіз запропонованої фізико-математичної моделі ОЕСС показав, що кривизна поверхні Землі, траєкторія орбіти і розташування космічного апарата, на відміну від висоти, впливають на деформацію форми проекції пікселів. При цьому значення кутів відхилення проекції рядків і колонок матричного приймача випромінювання відносно напрямку польоту змінюються нелінійно, що негативно впливає на модуляційну передавальну функцію системи і вимагає калібрування деяких параметрів у процесі польоту залежно від кутів візування і координат розташування. Ключові слова: дистанційне зондування Землі; просторове розділення; кути візування; проекція пікселів; кривизна поверхні Землі.
ПРОСТОРОВЕ РОЗДІЛЕННЯ СИСТЕМИ ДИСТАНЦІЙНОГО ЗОНДУВАННЯ ПРИ ЗМІНІ КУТА ВІЗУВАННЯ Проблематика. Системи дистанційного зондування Землі широко застосовуються для спостереження земної поверхні (ЗП) авіаційними і космічними засобами, оснащеними тепловізійними системами спостереження (ТСС). Отримані дані використовуються для розв'язання екологічних і природоресурсних задач, розвитку фундаментальних досліджень, в інтересах безпеки і оборони країни. Ефективність роботи ТСС на літальних апаратах характеризується роздільною здатністю на місцевості, яка визначається просторовим розділенням системи. Мета дослідження. Розробка фізико-математичної моделі ТСС для розрахунку проекцій усіх пікселів матричного приймача випромінювання (МПВ) на ЗП при різних кутах візування. Методика реалізації. На основі аналізу фізико-математичної моделі запропоновано розраховувати деформовану проекцію всіх пікселів МПВ на ЗП за допомогою теорії кутового руху. Результати дослідження. Практичні результати дають уявлення про те, наскільки відрізняється просторове розділення проекцій опорних пікселів при кутах візування (вип. № 1-3) від проекцій, коли МПВ знаходиться в надирі (вип. № 0). Згідно з розглянутим прикладом маємо:-при відхиленні тільки по тангажу на 35 просторове розділення збільшується від 1,22 до 1,57 разувип. № 1;-при відхиленні тільки по крену на 35 просторове розділення збільшується від 1,01 до 2,44 разувип. № 2;-при відхиленні по тангажу і крену на 35 просторове розділення збільшується від 1,17 до 3,24 разувип. № 3. Результати проектування показують, що при відхиленні за кутами візування розміри і форми проекцій пікселів МПВ збільшуються і сильніше деформуються при віддалені від надиру. Важливим є і те, що проекції рядків і колонок МПВ відхиляються на різні кути, що суттєво впливає на якість зображення, яке формується за допомогою ПЗЗ-лінійки. Висновки. Аналіз запропонованої фізико-математичної моделі показав, що висота не впливає на форму деформації проекції пікселів, а є лише коефіцієнтом масштабування при переході від кутових координат до лінійних. При цьому, крім інших параметрів, які впливають на форму проекцій пікселів, свій вплив вносить і послідовність відхилення за кутами візування "тангажкрен" і "крентангаж". Ключові слова: дистанційне зондування Землі; тепловізор; просторове розділення; кути візування; проекція пікселів; теорія кутового руху.
Background. The main problem in launching space optical and electronic viewing systems (OEVS) for remote sensing of the Earth can be regarded as their high price, which even the leading countries of the world are not always ready to pay. Therefore, the quality of spacecraft systems imposed the most stringent requirements. One of the economically expedient options to increase the efficiency of space OEVS is scanning the Earth’s surface at arbitrary angles of sighting, which allows for the same time of service life to collect more information, but this in turn leads to image distortion. Therefore, analysis of the resulting image quality depending on the angles of sighting of the OEVS is an actual task that will assess the capabilities of the system and its conformance with the established requirements. Objective. Improving the physical and mathematical model of the modulation transfer function of the system “lens – matrix detector” and the study of the dependence of spatial and radiometric resolution on the angles of sight for the space OEVS when the sighting axis deviates from the nadir. Methods. Based on the analysis of signal generation models for television and thermal imaging space OEVS, it is proposed to use the concept – the contrast gray body. In the physical and mathematical model, it is proposed normalize to the spatial frequencies of objects at different angles of sight to the spatial frequencies in the nadir, and to calculate the radiometric resolution take into account the transmission and rarefied of the atmosphere, the image movement speed on the detector and its integration time. Results. Practical results of calculations of the offered physical and mathematical model for space OEVS showed that at deviation from nadir the effective spatial bandwidth worsens and at the specified parameters of system it is inexpedient scanning at angles of sighting greater than 30º. Accordingly, a comparative analysis of radiometric resolution for different type of detectors showed that the use of a photonic detector gives ~1.4 times better resolution in the nadir as opposed to the use of thermal detector and almost identical results are obtained at maximum angles of sighting. Also, a significant impact is made by a decrease a coefficient of atmospheric transmittance due to the rarefied of the atmosphere, which reaches from 26% to 45% that depends on the spectral range. Conclusions. Analysis of the results of the study confirms the possibility that photonic detectors can be replaced by modern thermal detectors with insignificant loss of image quality of the resulting image, which can significantly increase the service life of space OEVS.
МОДУЛЯЦІЙНА ПЕРЕДАВАЛЬНА ФУНКЦІЯ СИСТЕМИ ДИСТАНЦІЙНОГО ЗОНДУВАННЯ ПРИ ВІДХИЛЕННІ ОСІ ВІЗУВАННЯ ВІД НАДИРА Проблематика. Однією з основних вимог сьогодення, які ставляться до космічних оптико-електронних систем спостереження (ОЕСС), є зйомка космічним апаратом (КА) відповідної місцевості під різними кутами візування. При відхиленні осі візування від надира якість отримуваного зображення погіршується. На погіршення якості впливають насамперед деформація проекції пікселів на земній поверхні (ЗП) та зміна швидкості й вектора напрямку переміщення підсупутникової точки КА. Якість же отримуваного зображення оцінюють модуляційною передавальною функцією (МПФ) ОЕСС. Визначення МПФ ОЕСС лише двома складовими: МПФ об'єктива і детектора, є недостатнім, оскільки буде велика ймовірність того, що зображення матиме суттєво нижчу якість від теоретично розрахованої. Тому необхідно враховувати в результуючій МПФ і вплив додаткових факторів, таких як: вібрації, швидкість переміщення підсупутникової точки, частота зчитування приймача випромінювання, нестабільність висоти і положення осі, атмосфера тощо. Мета дослідження. Розробка фізико-математичної моделі для визначення МПФ космічних ОЕСС, яка враховує деформацію проекції пікселів, зміну швидкості і вектора напрямку переміщення підсупутникової точки та вплив додаткових факторів при різних кутах візування. Методика реалізації. В основі фізико-математичної моделі запропоновано використовувати траєкторію сонячно-синхронної орбіти та розраховувати результуючу МПФ ОЕСС у напрямку і поперек польоту. Результати дослідження. Практичні результати розрахунків підтверджують, що деформація проекції пікселів і наведені додаткові фактори суттєво впливають на результуючу МПФ космічних ОЕСС і залежно від кутів візування МПФ відрізняються між собою в напрямку і поперек польоту. Висновки. Аналіз запропонованої фізико-математичної моделі для визначення МПФ космічних ОЕСС показав, що при відхиленні сканера з великою кількістю пікселів на значні кути візування проявляється неоднорідність МПФ по чутливій матриці приймача. Звертається увага і на те, що при відхиленні за кутами візування необхідно також зменшувати вплив частоти зчитування приймача її узгодженням зі швидкістю переміщення зображення у фокальній площині. В ході досліджень було виявлено, що при незначному довороті за кутом рискання можна досягти покращення МПФ і зменшити відмінність між МПФ у напрямку і поперек польоту, що впливає на ефективність сприйняття зображення. Ключові слова: дистанційне зондування Землі; телевізійна система спостереження; модуляційна передавальна функція; кути візування; проекція пікселів.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
customersupport@researchsolutions.com
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.