РАДИОМЕТРИЧЕСКАЯ КАЛИБРОВКА ПРЕЦИЗИОННЫХ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ ЗОНДИРУЮЩИХ СИСТЕМ КОСМИЧЕСКОГО БАЗИРОВАНИЯ :

Краткое содержание

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформулювано мету і задачі досліджень, визначено наукову новизну та практичну цінність отриманих результатів, наведені дані щодо їх апробації, публікацій та впровадження.

У розділі 1 розглядаються задачі та особливості дистанційного зондування Землі (ДЗЗ), склад і принципи дії апаратури, що використовується, її метрологічні характеристики і параметри. Відзначається, що одними з найбільш інформативних і економічно доцільних систем ДЗЗ є оптико-електронні зондуючі системи (ОЕЗС), що створюють зображення земної поверхні і з високою точністю вимірюють енергетичну яскравість її елементів в різних (зазвичай, достатньо вузьких) ділянках оптичного спектру. За фізичним принципом дії такі системи відносяться до мультиспектральних зображаючих радіометрів. Розробкою і експлуатацією ОЕЗС займаються всі провідні країни світу. Розпочато такі роботи  і в Україні, зокрема розробкою зондуючих систем для супутників «Egyptsat-1», «Січ-2», «Січ-2М». Планується створення більш досконалих за просторовою та енергетичною роздільною здатністю ОЕЗС космічного базування для систем ДЗЗ нового покоління, їх інтеграція у світову мережу спостережень. Але подальший розвиток ОЕЗС космічного базування в значній мірі стримується недостатнім рівнем методів та засобів їх радіометричного калібрування, до основних задач якого відносяться вимірювання функції передачі сигналу (ФПС) – залежності електричного сигналу на виході ОЕЗС до оптичного сигналу на її вході, зонної характеристики (ЗХ) – нерівномірності чутливості окремих пікселів багатоелементних приймачів випромінювання, які є основою ОЕЗС, при рівномірному полю яскравості об’єкта, спектральної характеристики (СХ), темнових та шумових характеристик ОЕЗС, параметрів електронного тракту системи вторинної обробки інформації. На основі цих вимірювань визначаються інтегральна та спектральна чутливості, динамічний діапазон та нелінійність перетворення сигналу, порогові характеристики і параметри тощо.

Найважливішим етапом радіометричного калібрування є передача одиниці радіометричної величини від еталона до робочих випромінювачів системи радіометричного калібрування (СРК) і приймачів ОЕЗС, тобто на цьому етапі відбувається абсолютизація вимірювань характеристик і параметрів ОЕЗС і їх прив’язка до національних та міжнародних еталонів і повірочних схем. Радіометричне калібрування частково відбувається на стадії виробничих процесів, є обов’язковим при передпольотній підготовці, і дедалі частіше ставиться питання про калібрування ОЕЗС (або її елементів) і під час експлуатації супутника на орбіті.

В розділі також був виконаний порівняльний аналіз існуючих СРК різних країн та методів підвищення їх метрологічних характеристик. Незважаючи на деякі конструктивні та методичні відмінності, сучасні системи радіометричного калібрування виконані за схожими структурними та компоновочними схемами (рис. 1). Вони включають випромінювачі змінної яскравості (ВЗЯ), в більшості випадків на основі методу зворотних квадратів, для вимірювання ФПС, дифузні випромінювачі сталої яскравості на основі інтегруючої сфери (ІС) для вимірювання ЗХ, монохроматичні випромінювачі на базі подвійних монохроматорів з дифракційними гратками для вимірювання СХ та системи передачі одиниць радіометричних величин від еталонів до робочих випрмінювачів. В останніх найчастіше використовуються моделі високотемпературних чорних тіл або стрічкові лампи розжарення  і проекційні дзеркальні оптичні системи, а в якості радіометричної величини - спектральна густина енергетичної яскравості (СГЕЯ).

До недоліків існуючих СРК слід віднести те, що ФПС, через мале поле яскравості випромінювача змінної яскравості, вимірюється тільки для невеликої кількості пікселів ОЕЗС, а для решти елементів – екстраполяцією за результатами вимірювання ЗХ. В той же час вимірювання ЗХ із-за недостатньої яскравості дифузного випромінювача здійснюється при рівнях, що не перевищують 20-30% від максимально необхідного значення. Тобто вимірювання ФПС і ЗХ здійснюється або для невеликої кількості пікселів приймача випромінювання в усьому динамічному діапазону яскравостей, або для всіх пікселів, але тільки на початковій ділянці динамічного діапазону, що знижує точність калібрування.

Абсолютизація вимірювань ФПС і ЗХ здійснюється в два етапи – на першому одиниця спектральної густини енергетичної яскравості переноситься від еталона до дифузного випромінювача через дзеркальний об’єктив, а на другому – від дифузного випромінювача, який є, таким чином, вторинним еталоном СРК, до випромінювача змінної яскравості через ОЕЗС, яку калібрують. Окрім очевидного зниження точності за рахунок подвійної екстраполяції при вимірюванні ФПС і ЗХ та двоступеневій процедурі абсолютизації вимірювань, така методика не враховує відмінностей спектральних характеристик дифузного випромінювача та випромінювача змінної яскравості,  а також залежність шумових характеристик ОЕЗС від рівня вхідного сигналу.