1.2. Гіперспектральний супутниковий сенсор Hyperion

Лінійковий сканувальний сенсор Hyperion, встановлений на супутнику ЕО-1, створено для отримання каліброваних гіперспектральних космічних зображень. Сенсор формує гіперспектральний рядок зображення розміром 30 м вздовж та 7,7 км – поперек напрямку польоту. Під час руху супутника послідовна реєстрація рядків створює безперервне двовимірне зображення місцевості із спектральною інформацією у третьому вимірі.

Лінійкова оптико-електронна технологія забезпечує покращення технічних характеристик сенсора порівняно з традиційними оптико-механічними сканувальними сенсорами, такими як ЕТМ + супутникової системи Landsat-7, завдяки вилученню рухомих частин конструкції та збільшенню часу накопичення заряду в комірках ПЗЗ - матриці.

Сенсор Hyperion обладнано одним спільним об’єктом і двома окремими спектрометрами: одним – видимого та близького інфрачервоного (VNIR) діапазону спектра, другим – середнього інфрачервоного (SWIR) діапазону. Обидва спектрометри розташовано на борту супутника ЕО-1 так, щоб забезпечити узгоджене гіперспектральне знімання в надир.

У сенсорі здійснюється формування, збирання та оцифровування зображень від аналогових сигнальних процесорів матриць ПЗЗ з розрядністю 12 бітів, кріогенне охолоджування фотоприймальної матриці SWIR діапазону до температури 110К та калібрування системи в польоті. Фотоприймальна матриця VNIR діапазону охолоджується пасивним радіатором до температури 10̊ С.

Оптична система сенсора має тридзеркальну астигматичну конструкцію з діаметром вхідної апаратури 120 мм та ефективним діафрагмовим числом 11. Об’єктив сенсора забезпечує поле огляду 0,624̊ (тобто смугу огляду завширшки 7,7 км з висоти 705 км) з кутовою розрізненністю 42,55 мкрад (30 м з висоти 705 км) в поздовжньому напрямку. Щілинне зображення проектується із збільшенням 1,38 на дві фокальні площини кожного із спектрометрів. Дихроїчний рефлектор відбиває оптичне випромінювання спектрального діапазону 0,4-1,0 мкм до VNIR спектрометра і пропускає оптичне випромінювання спектрального діапазону 0,9-2,5 мкм до SWIR спектрометра. Обидва спектрометри використовують опуклі дифракційні гратки в тридзеркальній оптичній схемі для розкладання оптичного випромінювання за спектром.

VNIR спектрометр використовує 70 (спектральних) 256 (просторових) елементів кремнієвої фотоприймальної матриці розміром 128 256 елементів. SWIR спектрометр використовує 172 (спектральних) 256(просторових) елементів фотоприймальної матриці «кадмій-ртуть-телур» (HgCdTe) розміром 256 256 елементів (60 мікрометрів). Хоча повна кількість спектральних каналів становить 242, лише 198 з них забезпечують необхідне відношення «сигнал-шум» та обробляються до рівня зображень.

1.3. Гіперспектральний супутниковий сенсор снris

Міні-супутник PROBA (Project for On-Board Autonomy) розроблено на замовлення Європейського космічного агентства (ESA). Мета цього проекту – демонстрація новітніх технологій в галузі бортової гіперспектральної апаратури, можливостей виконання низки функцій в автономному режимі. Супутник РROBA з гіперспектральним сенсором (гіперспектрометром) CHRIS (Сompact High Resolution Imaging Spectrometer) запущено 22 жовтня 2001 року на навколополярну еліптичну сонячно-синхронну орбіту.

Компактний (маса 14 кг) супутниковий гіперспектрометр CHRIS призначено для отримання гіперспектральних зображень земної поверхні в режимі лінійкового сканера. Оптичний потік збирається об’єктивом і через вхідну щілину спектрометра проектується на матричний фотоприймач, розташований у фокальній площині. Фотоприймач створено на основі кадрового ПЗЗ зі зворотним засвічуванням, рядки матриці відповідають різним спектральним каналам, а стовпчики – просторовим відлікам зображення. Загальний вигляд гіперспектрометра CHRIS подано на рис.1.2.

Рис.1.2. Супутниковий гіперспектрометр СНRIS

Оптична платформа забезпечує відхилення осі візування як вздовж, так і поперек напрямку польоту для огляду об’єктів знімання та вимірювання їх двоспрямованих функцій відбиття. Платформа також здійснює тангажне уповільнення сканування для збільшення часу накопичення заряду в комірках ПЗЗ, що необхідне для досягнення потрібної радіометричної розрізненості сенсора.

Знімання здійснюється в діапазоні довжин електромагнітних хвиль від 0,4 до 1,05 мкм з використанням матричного ПЗЗ фотоприймача зі зворотним засвічуванням, який складається з 770 елементів просторового розрізнення поперек смуги огляду та 576 рядків, з яких близько 200 слугує для відображення спектральних каналів, а інші використовуються для корекції розмитого світла. Сенсор радіометричного та геометричного калібрування в польоті через виявлення затінених та освітлених сцен. Вимірюються абсолютна та відносна спектральні чутливості фотоприймача. Калібрування довжин електромагнітних хвиль виконується на спектральній лінії поглинання атмосферного кисню в ділянці 0,762 мкм.

Оптична схема об’єктива забезпечує потрібний спектральний діапазон реєстрації. Корпус об’єктива виготовлено з титану. Конструкція відеоспектрометра забезпечує як спектральну, так і просторову точність реєстрації, кращу, ніж 5% від розміру піксела.

Електроніка сенсора забезпечує інтегрування рядків вибраного спектрального діапазону, усунення шумів, виведення зображення у бортовий нагромаджувач, автоматичне регулювання підсилення для отриманого використання динамічного діапазону 12-бітового АЦП, приймання сигналів керування наземної станції для наведення осі візування у двох площинах, передавання одержаних гіперспектральних зображень на наземну станцію.