Оптико-электронный тип съемки

Оптико-электронный (ОЭ) способ относится к невидимому диапазону съемки (нефотографическому). Ему всего несколько десятилетий существования. Необходимость оперативной передачи материалов съемки из космоса привела к интенсивному его развитию, а также к сканерных съемочных систем. При значительном разнообразии конструктивных решении они основаны на общем принципе.

Принцип сканерной съемки заключается в поэлементном считывании вдоль узкой полосы отраженного земной поверхностью излучения, а развертка изображения идет за счет движения носителя, поэтому оно принимается непрерывно.

Используются следующие виды съемок: маршрутная, площадная, конвергентная (стереосъемка) и протяженного объекта (рис. «Схемы ОЭ съемки»).

Излучение, поступившее от источника с Земли, преобразуется на носителе (самолете или ИСЗ) в электрический сигнал, затем в виде радиосигнала сбрасывается на наземную приемную станцию, где снова преобразуется в электрический сигнал и фиксируется на магнитных носителях. При такой съемке появляется возможность в течение длительного времени непрерывно и оперативно получать информацию (в режиме реального времени или с задержкой на несколько часов) и передавать ее на приемную станцию.

Разрешение при оптико-электронном способе сканирования бывает:

· сверхвысокое,

· высокое,

· среднее,

· низкое.

Первые сканирующие системы для съемки в оптическом диапазоне спектра имели разрешение 1-2 км, но их совершенствование идет очень быстро, и в настоящее время достигнуто разрешение в несколько метров.

Сканерная съемка чаще выполняется в многозональном варианте. Большинство сканеров, работающих в оптическом диапазоне, имеют три одинаковых канала:

· 0,5—0,6 мкм;

· 0,6—0,7 мкм;

· 0,8—1,1 мкм.

К ним в разных конструкциях добавляются каналы в других участках спектра:

в ближнем инфракрасном,

в тепловом инфракрасном,

панхроматический канал, обеспечивающий получение снимков с более высоким разрешением.

В последние годы появилась тенденция создания гиперспектральньх съемочных систем, ведущих съемку в 10 и более каналах.

Достоинство оптико-электронный съемки. Это их дискретный характер, благодаря чему снимки могут быть представлены:

• в виде цифровой записи на магнитной ленте

• в виде фотоизображения (фотоснимки).

Оптико-электронное устройство

Многозональное оптико-электронное сканирующее устройство высокого разрешения МСУ-Э предназначено для оперативного получения с борта космического аппарата видеоинформации о подстилающей поверхности Земли в трех спектральных зонах в диапазоне длин волн 0,5-0,9 мкм с пространственным разрешением 32 м (в надире). Оно относится к классу узкоугольных сканирующих устройств с построчной разверткой. МСУ-Э построено на основе твердотельных многоэлементных линейных фотоприемников – приборов с зарядовой связью (ПЗС). Каждая линейка состоит из 2048 фоточувствительных элементов, которые образуют набор мгновенных полей зрения, формирующих поле зрения прибора. При считывании с ПЗС-фотоприемника зарядов формируется одна строка изображения. Двухмерное изображение получается при последовательном построчном считывании информации с линейного ПЗС-фотоприемника при движении космического аппарата над подстилающей поверхностью. С целью получения информации в широкой зоне обзора используется перемещение оптической оси в плоскости, перпендикулярной плоскости орбиты космического аппарата.

На рисунке показана упрощенная схема оптической системы МСУ-Э. Поток излучения от подстилающей поверхности, отражаясь от плоского поворотного зеркала 1, попадает на зеркально-линзовый объектив 2 с фокусным расстоянием 349,2 мм и эффективным относительным отверстием 1:4,7. В исходном положении а поворотное зеркало устанавливается под углом 45° к оптической оси объектива. По командам с Земли или от программно-временного устройства космического аппарата включается привод поворотного зеркала, который обеспечивает смещение оптической оси прибора в пределах ± 30° с шагом 2° .

1 – плоское поворотное зеркало; 2 – объектив; 3,4 – интерференционные светофильтры; 5,6 – цилиндрические линзы; 7,8,9 – ПЗС фотоприемники; 10 – зеркало; 11 – объектив; 12,13,14 – ослабляющие светофильтры; 15 – корректирующий светофильтр; 16 - источник излучения

Поток излучения пройдя через объектив попадает в спектроделительную систему прибора. Спектроделительная система включает в себя интерференционные светофильтры 3 и 4, с помощью которых осуществляется –разделение интегрального входного потока излучения на три спектральных потока с номинальными спектральными зонами 0,5-0,6; 0,6-0,7; 0,8-0,9 мкм.

После фокусировки и коррекции астигматизма с помощью цилиндрических линз 5 и 6 потоки излучения проектируются на чувствительные площадки ПЗС-фотоприемников 7, 8, 9. Три линейных ПЗС-фотоприемника, каждый из которых работает в своей спектральной зоне, расположены в фокальной плоскости объектива.

Для стабилизации положения фокальной плоскости в диапазоне рабочих температур в состав МСУ-Э входит система терморегулирования, которая осуществляет стабилизацию температуры объектива.

Для контроля фотометрических характеристик в полете в МСУ-Э имеется система внутренней калибровки по бортовому эталонному источнику излучения. Переход МСУ-Э из режима регистрации излучения в режим калибровки осуществляется по команде с Земли поворотом зеркала 1 в положение б.

В оптической схеме бортового калибровочного источника применен объектив 11 с фокусным расстоянием 75,2 мм и относительным отверстием 1:4. Излучение от лампы 16 через корректирующий светофильтр 15, ослабляющие светофильтры 12-14 поворотной турели и объектив 11 направляется на зеркала 10 и 1 и, отражаясь от них, попадает в приемный объектив 2, а затем через спектроделительную систему направляется на чувствительные элементы линейных ПЗС-фотоприемников каждой зоны.

Информационно-технические характеристики аппаратуры МСУ-Э приведены в таблице.

Число спектральных зон	3
Спектральные зоны по уровню 0,5 (номинальные значения): I II III	0,5-0,6 мкм 0,6-0,7 мкм 0,8-0,9 мкм
Вид сканирования	плоскостной, однострочный
Направление сканирования	слева направо по направлению полета при наблюдении с орбиты
Полоса захвата для Н=1020 км: - в надире - на краю зоны обзора	76 км 84 км
Угол смещения оси визирования	± 30°
Шаг смещения оси визирования	2°
Разрешение на местности в надире: - вдоль направления полета - поперек направления полета	32 м 37,9 м
Разрешение на местности на краю зоны обзора: - вдоль направления полета - поперек направления полета	32 м 59 м
Мгновенное поле зрения, соответствующее элементу ПЗС	7,6" x 7,6"
Расстояние между центрами соседних фоточувствительных элементов (поперек направления полета)	7,6"
Скорость сканирования	200 стр/с
Диаметр входного зрачка объектива	87,5 мм
Отношение сигнал/шум при максимальной яркости, не менее	200
Среднеквадратическая погрешность измерения при максимальной энергетической яркости, не более	5,9%
Градуировочная характеристика	линейная
Число режимов фиксированного усиления (при соотношении режимов усиления)	4 (1:2:4:8)
Ошибка взаимного расположения ПЗС линеек в спектральных зонах, не более	± 0,5 элементов изображения
Энергопотребление прибора (без цепей подогрева)	150 Вт
Масса прибора	33 кг

Схема проведения съемки местности с КА "Метеор-3М" №1 с помощью аппаратуры МСУ-Э показана на рисунке.