А. Н. Кирилин, Р. Н. Ахметов, Н. Р. Стратилатов, А. И. Бакланов, В. М. Федоров, М. В. Новиков
Создаваемый ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» по заказу Федерального космического агентства своевременный космический комплекс (КК) высокодетального, детального широкополосного и гиперспектрального оптико-электронного наблюдения земной поверхности «Ресурс-П» есть продолжением отечественных средств дистанционного зондирования большого разрешения в интересах развития экономики РФ. КК «Ресурс-П» рекомендован для ответа следующих задач дистанционного зондирования Почвы (ДЗЗ) из космоса:
- обновление и Составление общегеографических, тематических и топографических карт.
- Контроль загрязнения внешней среды, а также экологический контроль в районах геологоразведочных добычи и работ нужных ископаемых, контроль водоохранных и заповедных районов.
- Опись природных ресурсов (сельскохозяйственных и лесных угодий, пастбищ, районов промысла морепродуктов), создание земельного кадастра и контроль хозяйственных процессов для обеспечения рациональной деятельности в разных отраслях хозяйства.
- Информационного обеспечения поиска нефти, газа, рудных и других месторождений нужных ископаемых.
- Контроль застройки территорий, получение данных для инженерной оценки местности в интересах хозяйственной деятельности.
- Информационного обеспечения для крупных сооружений и прокладки магистралей, автомобильных, железных дорог, нефте- и газопроводов, совокупностей связи.
- Обнаружение незаконных посевов наркосодержащих растений и контроль их уничтожения.
- Оценка ледовой обстановки.
- Наблюдение районов ЧС с целью мониторинга стихийных бедствий, аварий, трагедий, и оценки их планирования и последствий восстановительных мероприятий.
Ключевыми принципами формирования вида КК «Ресурс-П» (рис. 1) являются:
- Применение технических ответов, наработанных при создании КК «Ресурс-ДК1», эффективность которых подтверждена успешной работой этого КА на орбите в течение 4-х лет.
- Наращивание тактико-технических черт за счет применения нескольких типов съемочной аппаратуры.
- Установка на космическом аппарате (КА) оптико-электронной аппаратуры (ОЭА) и преобразования информации и системы приёма (СППИ) с повышенной разрешающей свойством.
- Установка на КА гиперспектральной аппаратуры большого разрешения для получения гиперспектральной информации.
- Установка на КА широкозахватной мультиспектральной аппаратуры большого и среднего разрешения.
- Обеспечение функционирования КА на круговой солнечно-синхронной орбите (ССО).
- Улучшение потребительских точностей и свойств координатной привязки изображений, передаваемых на Землю.
- Улучшение динамических черт космического аппарата.
- Обеспечение срока активного существования КА 5 лет.
Рис. 1. Внешний вид космического аппарата «Ресурс-П»
Применение круговой солнечно-синхронной орбиты высотой 475 км, разрешает значительно улучшить условия наблюдения, поскольку сейчас съемка может производиться с одной высоты и в однообразных условиях освещенности. С шести до трех дней улучшается периодичность наблюдения.
В состав целевой аппаратуры КА «Ресурс-П», в дополнение к оптико-электронной аппаратуре большого разрешения введены еще два типа съемочной аппаратуры: гиперспектральная съемочная аппаратура — ГСА (разработка ОАО КМЗ) и комплекс широкозахватной съемочной аппаратуры — КШМСА (разработка филиала ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» — НПП «ОПТЭКС»). Была изменена и аппаратура скоростной радиолинии (БА ВРЛ), в состав которой входит запоминающее устройство с значительно увеличенным количеством.
ГСА КА «Ресурс-П» обязана обеспечить съемку поверхности Почвы в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах спектра от 0,4 до 1,1 мкм [1]. ГСА строится на базе светосильного зеркального объектива, диспергирующей совокупности и скоростных кадровых фотоприемных матриц ПЗС видимого и ближнего инфракрасного (ИК) диапазона. Отечественные матрицы ПЗС (прибор с зарядовой связью) «Кадр-РП» созданы в ЗАО НПП «ЭЛАР» специально для этого проекта.
Аппаратура управления ГСА, и фотоприемные устройства на базе скоростных матриц с кадровой организацией создаются в НПП «ОПТЭКС».
Полоса захвата ГСА образовывает 25 км, а разрешение (проекция пикселя) около 25 м. При спектральном разрешении от 5 до 10 нм ГСА снабжает получение изображения поверхности Почвы в один момент в 96–255 спектральных поддиапазонах, в зависимости от режима работы.
Комплекс широкозахватной мультиспектральной съемочной аппаратуры, по сути, представляет собой два устройства в моноблочном выполнении. Это аппаратура большого разрешения ШМСА-ВР и аппаратура среднего разрешения ШМСА-СР, работа которых может осуществляться как совместно, так и самостоятельно. Электроника камер всецело унифицирована.
Их характеристики определяются применяемыми линейными фотоприемниками ПЗС с длиной строчка около 8000 пикселей и намерено созданными (ОАО «ЛЗОС») телецентрическими объективами двух типов с разными фокусными расстояниями. Любая камера снабжает съемку в панхроматическом (0,43–0,70) и пяти узких (мультиспектральных) диапазонах: 0,43–0,51 (светло синий); 0,51– 0,58 (зеленый) 0,60–0,70 (красный); 0,70–0,90 (ближний ИК-1); 0,80–0,90 (ближний ИК-2).
Камера большого разрешения ШМСА-ВР имеет полосу захвата 96 км при разрешении (проекции пикселя) около 12 м в панхроматическом диапазоне и 24 м в мультиспектральных каналах. Камера среднего разрешения ШМСА-СР имеет полосу захвата 480 км при разрешении (проекции пикселя) около 60 м в панхроматическом диапазоне и 120 м в мультиспектральных каналах.
Таковой комплект спектральных пространственного разрешения и диапазонов разрешит решать широкий класс задач от учета влияния воздуха, до селекции процессов растительности и изучения вегетации. Информация возможно пользуется спросом экспертами в области сельского и лесного хозяйства, гидрологии, картографии а также метеорологии.
С учетом вероятных разворотов КА «Ресурс-П» по углу крена полоса обзора инструментов ГСА и КШМСА будет составлять 950 и 1300 км, соответственно.
В съемочной аппаратуре большого разрешения «Геотон-Л1» КА «Ресурс-П» употребляется прекрасно зарекомендовавший себя широкопольный линзовый объектив с некоторыми доработками. Доработки призваны обеспечить работу аппаратуры в расширенном спектральном диапазоне. Наряду с этим рабочее поле зрения — одна из баз беспрецедентно громадной полосы захвата сохраняется.
Глубокой модернизации подверглась электронная составляющая съемочной аппаратуры — преобразования изображения и система приёма (СППИ). По сути это принципиально новая аппаратура, названную СППИ «Сангур-1У».
При проектировании СППИ «Сангур-1У» (ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс») находились противоречивые задачи. Как минимум требовалось сохранить пространственное разрешение аппаратуры «Геотон» при значительном повышении высоты орбиты КА и наряду с этим всецело применять поле зрение оптической совокупности и ее разрешающую свойство. В один момент было нужно увеличить спектральную рабочую область, обеспечив хорошую чувствительность в синей области спектра.
Как уже отмечалось выше громадное расстояние между спектральными каналами в аппаратуре «Геотон-Л1» КА «Ресурс-ДК1» приводит к определённым сложностям при синтезе мультиспектральных (цветных) изображений [2]. Исходя из этого было решено принципиально поменять схему получения панхроматического и мультиспектральных изображений, отказавшись от применения однотипных фотоприемников ПЗС и оптико-электронных преобразователей.
Специально для применения в оптико-электронной аппаратуре КА «Ресурс-П» созданы два типа матриц ПЗС, трудящихся в режиме ВЗН (режим временной накопления и задержки). Сейчас существует два типа оптико-электронных преобразователей: панхроматический и мультиспектральный. Структура фокальной плоскости КА «Ресурс-П» и КА «Ресурс-ДК1» продемонстрирована на рис. 2.
Рис. 2. Формирование спектральных каналов в оптико-электронной аппаратуре «Ресурс-ДК1» и «Ресурс-П»
В оптико-электронных преобразователях (ОЭП) мультиспектральных каналов СППИ «Сангур-1У» применены трехканальные матрицы ПЗС ВЗН с размером фотоприемного пикселя втрое больше, чем в панхроматическом канале. Конструкция фотоприемной ячейки этих матриц снабжает расширенный в светло синий область диапазон чувствительности. Мультиспектральные ОЭП разрешают приобретать цифровую видеоинформацию сходу в трех узких спектральных диапазонах.
Конкретные спектральные диапазоны чувствительности задаются трехполосными интерференционными светофильтрами на стеклянных подложках, каковые устанавливаются перед матрицами ПЗС ВЗН. Светофильтры, наровне с ПЗС, являются сложнейшим и наиболее значимым элементом фотоприемного тракта оптико-электронной аппаратуры. Их изготовление и разработка осуществляется в ОАО ЛОМО.
Такая разработка формирования мультиспектральных изображений посредством многоканальных фотоприемников используется на современных КА ДЗЗ: IKONOS, QuickBird, GeoEye-1, WorldView-2 и некоторых вторых. И вдобавок ранее (1993 г.) с успехом употреблялась в созданной НПП «ОПТЭКС» оптико-электронной камере среднего разрешения КОЭ-ОЗ [3], отработавшей 5 лет в составе КА ДЗЗ «Космос-2285».
В состав СППИ «Сангур-1» входят три оптико-электронных преобразователя (панхроматический и два мультиспектральных), источники и блок управления вторичного питания для блоков ОЭП. Функции оптико-электронных преобразователей включают преобразование оптического изображения в электрический сигнал, его усиление, аналого-цифровое преобразовании (10 бит), сжатие и упаковку для передачи в бортовое запоминающее устройство через скоростной интерфейс.
Предусматривается возможность применения двух методов сжатия адаптивного ДИКМ (дифференциальная импульсно-кодовая модуляция) и JPEG2000. Два мультиспектральных ОЭП смогут обеспечить одновременную съемку в шести разных узких спектральных диапазонах. Быстродействие электроники СППИ вычислено на работу КА «Ресурс-П» без тангажного замедления.
В следствии модернизации высоты и подъёма орбиты СППИ ширина полосы захвата превысит 38 км, а пространственное разрешение (GSD) в панхроматическом канале кроме того пара улучшится. Вероятна съемка в один момент в панхроматическом (0,58–0,8 мкм) и узких спектральных диапазонах: 0,45–0,52; 0,52–0,60; 0,61–0,68, 0,72–0,80; 0,67–0,7; 0,7–0,73 мкм. Из существующих на сегодня зарубежных коммерческих совокупностей наблюдения высокодетального разрешения по количеству мультиспектральных каналов оптико-электронная аппаратура «Геотон-Л1» перспективного КА «Ресурс-П» уступает лишь одному КА ДЗЗ — новейшему американскому спутнику двойного назначения WorldView-2, имеющему 8 мультиспектральных каналов.
Перечень литературы:
- Архипов С. А., Линько В. М., Бакланов А. И. Гиперспектральная аппаратура для КА «Ресурс-П» и возможности ее модернизации. // Материалы Общероссийской научно-технической конференции «Проблемы ракетно-космической ее роль и техники в устойчивом социальном развитии общества». Самара. 28 сентября – 3 октября 2009. С. 186
- Гомозов О. А. , Кузнецов А. Е. // КА «Ресурс-ДК1» — успехи и потерянные возможности по использованию и обработке данных ДЗЗ // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциация, 2009, №2
- Бакланов А. И., Карасев В. И. Колотов В. В., Утенков А. А., Шумилов А. Н. Многоспектральная оптико-электронная камера для изучения Почвы из космоса // Электронная индустрия, 1993. 6-7. С.145-147.
Космический аппарат «Ресурс-П» дистанционного зондирования Земли сегодня должен выйти на орбиту
Подобранные по важим запросам, статьи по теме:
-
Гидрометеорологический и океанографический космический комплекс четвертого поколения «метеор мп»
А.Л. Чуркин В последнее десятилетие диапазон космических заинтересованностей ФГУП «НПП ВНИИЭМ» существенно расширился. В сферу деятельности предприятия…
-
К. А. Боярчук, М. В. Туманов, Е. И. Панфилова, Л. В. Милосердова, А. В. Карелин, С. А. Пулинец, Д. Узунов В наше время растущего энергопотребления…
-
Первый региональный центр космического мониторинга «самара»
А. Н. Кирилин, Р. Н. Ахметов, Ю. Е. Железнов, Р. Р. Халилов В 2008 году по инициативе Федерального космического агентства был создан Центр получения,…
-
Космический мониторинг геодинамической обстановки древних платформ
К.А. Боярчук, Л.В. Милосердова, М.В. Туманов ВВЕДЕНИЕ Современные космические средства дистанционного зондирования Почвы разрешают не только приобретать…
-
Лазерное сканирование и космическая съемка — соревнование или партнерство
И.А. Рыльский Эти КОСМИЧЕСКОЙ СЪЕМКИ Очень высокого РАЗРЕШЕНИЯ — ВОЗМОЖНОСТИ ПО ТОЧНОСТИ И ПОЛНОТЕ На данный момент самые совершенные съемочные…
-
Космическая съемка: вся суть — в деталях
Махер Кури Детальная информация, приобретаемая компанией DigitalGlobe благодаря проведению мультиспектральной 8-канальной космической съемки большого…