eng
Выпуск #4/2016
А.Медведев, А.Гринкевич, С.Князева
Объективы гиперспектральной съемочной аппаратуры спутниковых систем наблюдения и регистрации
Объективы гиперспектральной съемочной аппаратуры спутниковых систем наблюдения и регистрации
Просмотры: 4139
Технические решения при создании объективов для дистанционного космического зондирования Земли определяют качество передаваемой геоинформации. В статье рассмотрены идеологические подходы к конструкциям оптических схем объективов гиперспектральной съемочной аппаратуры наблюдения и регистрации. Описаны условия применения в аппаратуре спутниковых систем объективов различных классов.
DOI:10.22184/1993-7296.2016.58.4.134.144
DOI:10.22184/1993-7296.2016.58.4.134.144
Теги: double-range lens remote sensing satellite systems video recording instruments wide-angle lens двухдиапазонный объектив дистанционное зондирование земли (дзз) спутниковые системы съемочная аппаратура широкоугольный объектив
Основным источником данных для геоинформационных систем служат результаты дистанционного космического зондирования. Орбитальные космические спутники на основе гарантированных контрактов обеспечивают информацией государственные структуры. Бурное развитие вычислительной техники привело к высокому спросу на космическую информацию [1]. При этом компании-операторы в коммерческих целях используют часть ресурса (около 50%) для формирования космических изображений сверхвысокого разрешения. Точность географической привязки и детальность получаемых изображений позволяют формировать на их основе карты и планы крупного масштаба. Хотя ранее это можно было осуществить только с использованием аэрофотосъемки.
Сегодня с помощью российских космических аппаратов "Ресурс-П" № 1 и № 2 впервые осуществляется детальное широкополосное гиперспектральное оптико-электронное наблюдение земной поверхности [2].
Дешифрирование и определение, например вида и состояния растительности, идентификация почвы, состава пленки загрязнения на поверхности воды – вот лишь небольшой перечень задач, которые позволяют выполнить гиперспектральные космические снимки. Особенность гиперспектрального съемочного оборудования аппаратов "Ресурс-П" заключается в возможности проведения одновременной съемки одного и того же участка земной поверхности в нескольких узких спектральных диапазонах от 0,4 до 1,1 мкм. Это позволяет получать высокоинформативные изображения земной поверхности для решения задач заказчиков – Минприроды России, МЧС России, Россельхоза, Росрыболовства, Росгидромета и др. (рис.1).
Аппараты "Ресурс-П" не уступают по качеству информации, получаемой с аналогичной аппаратуры Ikonos 2 (США) и Pleiades (Франция). Сравнительная оценка панхроматических снимков, полученных с этих аппаратов, подтверждает отсутствие существенных различий в их изобразительных и информативных свойствах (рис.2).
Космические аппараты весьма эффективно решают следующие задачи:
• составление и обновление общегеографических, тематических и топографических карт;
• контроль загрязнения окружающей среды, экологический контроль в районах геологоразведочных работ и добычи полезных ископаемых, контроль водоохранных и заповедных районов;
• инвентаризация природных ресурсов (сельскохозяйственных и лесных угодий, пастбищ, районов морских промыслов), создание земельного кадастра и контроль хозяйственных процессов для обеспечения рациональной деятельности в различных отраслях хозяйства;
• информационное обеспечение поиска запасов нефти, природного газа, рудных и других месторождений полезных ископаемых;
• контроль застройки территорий, получение данных для инженерной оценки местности в интересах хозяйственной деятельности;
• информационное обеспечение для прокладки магистралей и крупных сооружений, автомобильных, железных дорог, нефте – и газопроводов, систем связи;
• оценка ледовой обстановки;
• наблюдение районов чрезвычайных ситуаций с целью мониторинга стихийных бедствий, аварий, катастроф, а также оценки их последствий и планирования восстановительных мероприятий.
Очевидно, что круг задач для будущих космических аппаратов будет расширяться. Определяющее значение в обеспечении качества информации, получаемой со спутниковых систем, приобретают технические решения оптических схем объективов, предназначенных для использования в системах космического наблюдения [3]. Именно они позволят в будущем сохранить конкурентоспособность оптико-электронной аппаратуры российских космических аппаратов, планируемых к запуску в ближайшие годы. Рассмотрим четыре типа оптических схем, применение которых значительно расширяет круг задач, возлагаемых на спутники дистанционного зондирования Земли.
Одна из таких задач – изучение молний, а конкретнее – одного из новых видов молний, впервые совершенно случайно зафиксированного в 1989 году и получившего название "спрайт". Спрайт – редкий вид грозовых разрядов, некое подобие молнии, бьющей в мезосфере и термосфере. Спрайты трудно различимы, но известно, что они появляются в сильную грозу на высоте от 50 до 130 км (при том, что высота образования "обычных" молний не более 16 км) и достигают до 60 км в длину и до 100 км в диаметре. Спрайты появляются через десятые доли секунды после удара очень сильной молнии и длятся менее 100 мс и чаще всего распространяются одновременно вверх и вниз, причем распространение вниз заметно больше и быстрее.
Спрайты многоцветны. Разница цветов объясняется различным давлением и составом атмосферы на разных высотах. На высоте 70 км азот дает красное свечение, а чем ближе к земле, тем больше давление и количество кислорода, и цвет спрайта меняется на синий, голубой и белый. До сих пор о физической природе спрайтов известно крайне мало. Фото, представленное на рис.3, показывает, как высоко могут подняться спрайты, и создается впечатление, что они, наряду с полярными сияниями, метеорами и серебристыми облаками, как бы прикасаются к краю околоземного пространства.
Учитывая наличие цветности у спрайтов, оптическая система, позволяющая проводить их регистрацию, должна иметь узкий рабочий спектральный диапазон. Из габаритных соображений его ширину целесообразно обеспечить встроенным интерференционным фильтром.
Для решения этой задачи был рассчитан светосильный широкоугольный объектив (рис.4) со встроенным интерференционным фильтром, обеспечивающим рабочий спектральный диапазон от 0,7769 до 0,7779 мкм. Объектив имел фокусное расстояние F = 9 мм, относительное отверстие 1 : 1 и угловое поле зрения 98°. Высокая светосила и необходимое качество изображения в представленном семилинзовом объективе достигаются применением способа чередования высоких и низких показателей преломления стекол. Конструктивные данные объектива приведены в таблице. Полученная схема с приведенными техническими характеристиками реализована с весовыми показателями в пределах 1 070 г. Расчетные значения размеров кружков рассеяния и графики частотно-контрастных характеристик объектива приведены на рис.5 и 6.
Так как данный объектив относится к классу широкоугольных систем, весьма интересными с точки зрения обеспечения достоверности получаемой конечной картинки являются значения дисторсии. График дисторсии и кривизны поля показан на рис.7. Согласно полученным результатам, при расчете удалось достичь дисторсии, величина которой не превышает 27,9%. Что в принципе является классической величиной дисторсии для стоградусного объектива. Влияние такой дисторсии достаточно наглядно демонстрируют искажения, возникающие при передаче изображения квадрата (рис.8).
Не менее активно при ведении наблюдений с космических аппаратов используется средний и ИК-диапазоны длин волн, позволяющие проводить съемку сквозь дымку, туман, смог, пыль, дым и облака. Учитывая, что орбитальный аппарат может произвести повторную съемку одного и того же участка земной поверхности только с интервалом в три дня, актуальность такой задачи становится очевидной.
Для получения оперативной информации в неблагоприятных условиях космические аппараты оснащаются оптическими системами, работающими в различных спектральных диапазонах. Естественным стремлением при решении таких задач стало оснащение систем наблюдения не множеством объективов для работы в отдельных диапазонах спектра (видимом, ближнем, среднем или дальнем ИК-диапазоне), а объективами, способными работать в нескольких диапазонах.
Специально для этой цели был рассчитан двухдиапазонный 300-мм объектив (рис.9) с относительным отверстием 1:3,5 и рабочими спектрами Δλ1 = (0,4–0,9) мкм и Δλ2 = (1,5–1,7) мкм. Полученная схема с приведенными техническими характеристиками реализована с массовыми показателями в пределах 1680 грамм. Качественные характеристики двухдиапазонного объектива в каждом рабочем диапазоне представлены на рис.10–11. Следует отметить, что при расчете ЧКХ объектива приняты следующие весовые коэффициенты для различных длин волн рабочих диапазонов. В диапазоне Δλ1: 0,4 мкм – 0,4; 0,5 мкм – 0,6; 0,6 мкм – 1; 0,7 мкм – 1; 0,8 мкм – 0,6; 0,9 мкм – 0,3. В диапазоне Δλ2: 1,5 мкм – 0,5; 1,55 мкм – 0,7; 1,6 мкм – 1; 1,65 мкм – 0,7; 1,7 мкм – 0,5.
Главной особенностью такого объектива, работающего в спектральном диапазоне 400–1 700 нм, является возможность определения состояния атмосферы, идентификации и фиксирования особых состояний земной поверхности, отдельные составляющие которых могут значительно влиять на качество изображения. Например, анализируя снимки, полученные с помощью такого объектива, можно белые облака отличить от снега и льда, а разные виды пыли и дыма в воздухе – от водяного пара.
Однако для более точной и эффективной коррекции снимков используют оптические системы другого класса – это длиннофокусные объективы малого поля зрения, предназначенные, как правило, для работы в одном из спектральных диапазонов.
Для решения таких задач в уже рассмотренных спектральных диапазонах Δλ1 = (0,4–0,9) мкм и Δλ2 = (1,5–1,7) мкм можно применить представленные ниже длиннофокусные объективы с фокусным расстоянием F = 440 мм, относительным отверстием 1 : 3,28 и тем же линейным полем 64 мм. На рис.12 изображена оптическая схема варианта такого длиннофокусного объектива для спектра Δλ = (0,4–0,9) мкм. Расчет сделан для комбинации марок стекол CaF2, СТК19, ЛК5 и ТФ10. Общая масса оптических деталей в полученной схеме не превышает 2 960 г. Качественные характеристики длиннофокусного объектива при работе в спектральном диапазоне от 0,4 до 0,9 мкм представлены на рис.13. При расчете ЧКХ объектива для различных длин волн принимались следующие весовые коэффициенты: 0,4 мкм – 0,4; 0,5 мкм – 0,6; 0,6 мкм – 1; 0,7 мкм – 1; 0,8 мкм – 0,6; 0,9 мкм – 0,3.
Оптическая система длиннофокусного узкопольного объектива с аналогичными техническими параметрами (фокусом, линейным полем зрения и относительным отверстием) для рабочего спектрального диапазона от 1,5 до 1,7 мкм имеет другой вид и отличается уменьшенным количеством оптических компонентов (рис.14). Расчет сделан для комбинации марок стекол СТК3, CaF2, БК8, ЛК5 и К8. Общая масса оптических деталей в полученной схеме составляет 2 360 г. Следует отметить, что уменьшение массы данного варианта длиннофокусного объектива по сравнению с предыдущим обусловлено именно уменьшением числа деталей, хотя длина объектива увеличилась более чем на 70 мм. Качественные характеристики длиннофокусного объектива при работе в спектральном диапазоне от 1,5 до 1,7 мкм представлены на рис.15. При расчете ЧКХ объектива для различных длин волн принимались следующие весовые коэффициенты: 1,5 мкм – 0,7; 1,55 мкм – 0,9; 1,6 мкм – 1; 1,65 мкм – 0,9; 1,7 мкм – 0,7.
Учитывая характер задач, решаемых спутниковыми и иными космическими системами наблюдения, весьма важным параметром установленных в них объективов является постоянство положения плоскости изображения при изменении температуры окружающей среды или термостабильность объектива. Все рассмотренные объективы были оценены по величине сдвига плоскости изображения в диапазоне положительных температур 5–35°C.
При изготовлении механических деталей объективов из алюминиевого сплава Д16, который имеет коэффициент температурного расширения αД16Т = 0,0000238 (1/мм · °C), расчетный сдвиг плоскости наилучшей установки на ±15°C от расчетной температуры 20°C у данного класса объективов не превышает 0,3 мм.
Оптические расчеты показывают, что такие величины можно компенсировать осевым смещением одной из линз, т. е. изменением соответствующих воздушных промежутков. Это дает основание использовать единый корпус с неподвижной установкой основных компонентов и фотоприемника и применять одно компенсирующее кольцо подвижной линзы, а поджатие линзы к компенсирующему кольцу осуществлять обычно применяемым в оптике пружинным стальным кольцом, компенсирующим температурные деформации (в нашем случае менее ±0,4 мм). Конструктивно такое "плавающее" положение линзы предлагается осуществлять применением кольца из материала с высоким значением коэффициента температурного расширения – например, материала ПА ТУ6-05-988-87. Для компенсации неточностей, возникающих из-за достаточно большой длины компенсационного кольца, при необходимости можно применить конструкцию "двойного" компенсационного кольца. При этом имеет смысл предусмотреть возможность компенсации разброса коэффициента линейного расширения фторопласта Ф4 соответствующей конструкцией крепления колец [4].
Применение рассмотренных объективов позволяет более детально по полученным снимкам анализировать состояние растительности, береговой линии и прибрежной акватории, более достоверно находить и определять заданные объекты. Они позволят спутниковым оптическим системам делать четкие снимки поверхности, несмотря на пыль, сажу и другие помехи, присутствующие в атмосфере Земли.
Кроме того, в коротковолновом инфракрасном участке спектра становятся хорошо заметны различия между материалами, что представляет безусловный интерес при разведке полезных ископаемых, в управлении водными ресурсами (рис.16) и во многих других применениях.
При комплектовании аппаратов, предназначенных для целей мониторинга лесных массивов, предпочтение должно быть отдано многоспектральным объективам, формирующим многозональные фотографические изображения лесов и позволяющим получать снимки высокого дешифровочного качества при съемке в течение почти всего съемочного периода – как летом, так и ранней осенью.
В заключениt необходимо отметить, что результаты космической съемки востребованы и в военной области при обнаружении и классификации объектов. Так что использование спутников дистанционного зондирования Земли в равной степени обусловлено потребностями как военных, так и гражданских пользователей.
ЛИТЕРАТУРА
1. Воробьева А.А. Дистанционное зондирование Земли. – С-Пб: Санкт-Петербургский исследовательский университет информационных технологий, 2012.
2. Федосеев В.И., Колосов М.П. Оптико-электронные приборы ориентации и навигации оптических аппаратов. – Москва: Логос, 2007.
3. Веселков С.А. Оптическая система высокого разрешения для получения снимков Земли из космоса. – Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. М.Ф. Решетнева, 2009, № 3, с.49–52.
4. Панов В.А. и др. Справочник конструктора оптико-механических приборов. – Ленинград: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1980.
Сегодня с помощью российских космических аппаратов "Ресурс-П" № 1 и № 2 впервые осуществляется детальное широкополосное гиперспектральное оптико-электронное наблюдение земной поверхности [2].
Дешифрирование и определение, например вида и состояния растительности, идентификация почвы, состава пленки загрязнения на поверхности воды – вот лишь небольшой перечень задач, которые позволяют выполнить гиперспектральные космические снимки. Особенность гиперспектрального съемочного оборудования аппаратов "Ресурс-П" заключается в возможности проведения одновременной съемки одного и того же участка земной поверхности в нескольких узких спектральных диапазонах от 0,4 до 1,1 мкм. Это позволяет получать высокоинформативные изображения земной поверхности для решения задач заказчиков – Минприроды России, МЧС России, Россельхоза, Росрыболовства, Росгидромета и др. (рис.1).
Аппараты "Ресурс-П" не уступают по качеству информации, получаемой с аналогичной аппаратуры Ikonos 2 (США) и Pleiades (Франция). Сравнительная оценка панхроматических снимков, полученных с этих аппаратов, подтверждает отсутствие существенных различий в их изобразительных и информативных свойствах (рис.2).
Космические аппараты весьма эффективно решают следующие задачи:
• составление и обновление общегеографических, тематических и топографических карт;
• контроль загрязнения окружающей среды, экологический контроль в районах геологоразведочных работ и добычи полезных ископаемых, контроль водоохранных и заповедных районов;
• инвентаризация природных ресурсов (сельскохозяйственных и лесных угодий, пастбищ, районов морских промыслов), создание земельного кадастра и контроль хозяйственных процессов для обеспечения рациональной деятельности в различных отраслях хозяйства;
• информационное обеспечение поиска запасов нефти, природного газа, рудных и других месторождений полезных ископаемых;
• контроль застройки территорий, получение данных для инженерной оценки местности в интересах хозяйственной деятельности;
• информационное обеспечение для прокладки магистралей и крупных сооружений, автомобильных, железных дорог, нефте – и газопроводов, систем связи;
• оценка ледовой обстановки;
• наблюдение районов чрезвычайных ситуаций с целью мониторинга стихийных бедствий, аварий, катастроф, а также оценки их последствий и планирования восстановительных мероприятий.
Очевидно, что круг задач для будущих космических аппаратов будет расширяться. Определяющее значение в обеспечении качества информации, получаемой со спутниковых систем, приобретают технические решения оптических схем объективов, предназначенных для использования в системах космического наблюдения [3]. Именно они позволят в будущем сохранить конкурентоспособность оптико-электронной аппаратуры российских космических аппаратов, планируемых к запуску в ближайшие годы. Рассмотрим четыре типа оптических схем, применение которых значительно расширяет круг задач, возлагаемых на спутники дистанционного зондирования Земли.
Одна из таких задач – изучение молний, а конкретнее – одного из новых видов молний, впервые совершенно случайно зафиксированного в 1989 году и получившего название "спрайт". Спрайт – редкий вид грозовых разрядов, некое подобие молнии, бьющей в мезосфере и термосфере. Спрайты трудно различимы, но известно, что они появляются в сильную грозу на высоте от 50 до 130 км (при том, что высота образования "обычных" молний не более 16 км) и достигают до 60 км в длину и до 100 км в диаметре. Спрайты появляются через десятые доли секунды после удара очень сильной молнии и длятся менее 100 мс и чаще всего распространяются одновременно вверх и вниз, причем распространение вниз заметно больше и быстрее.
Спрайты многоцветны. Разница цветов объясняется различным давлением и составом атмосферы на разных высотах. На высоте 70 км азот дает красное свечение, а чем ближе к земле, тем больше давление и количество кислорода, и цвет спрайта меняется на синий, голубой и белый. До сих пор о физической природе спрайтов известно крайне мало. Фото, представленное на рис.3, показывает, как высоко могут подняться спрайты, и создается впечатление, что они, наряду с полярными сияниями, метеорами и серебристыми облаками, как бы прикасаются к краю околоземного пространства.
Учитывая наличие цветности у спрайтов, оптическая система, позволяющая проводить их регистрацию, должна иметь узкий рабочий спектральный диапазон. Из габаритных соображений его ширину целесообразно обеспечить встроенным интерференционным фильтром.
Для решения этой задачи был рассчитан светосильный широкоугольный объектив (рис.4) со встроенным интерференционным фильтром, обеспечивающим рабочий спектральный диапазон от 0,7769 до 0,7779 мкм. Объектив имел фокусное расстояние F = 9 мм, относительное отверстие 1 : 1 и угловое поле зрения 98°. Высокая светосила и необходимое качество изображения в представленном семилинзовом объективе достигаются применением способа чередования высоких и низких показателей преломления стекол. Конструктивные данные объектива приведены в таблице. Полученная схема с приведенными техническими характеристиками реализована с весовыми показателями в пределах 1 070 г. Расчетные значения размеров кружков рассеяния и графики частотно-контрастных характеристик объектива приведены на рис.5 и 6.
Так как данный объектив относится к классу широкоугольных систем, весьма интересными с точки зрения обеспечения достоверности получаемой конечной картинки являются значения дисторсии. График дисторсии и кривизны поля показан на рис.7. Согласно полученным результатам, при расчете удалось достичь дисторсии, величина которой не превышает 27,9%. Что в принципе является классической величиной дисторсии для стоградусного объектива. Влияние такой дисторсии достаточно наглядно демонстрируют искажения, возникающие при передаче изображения квадрата (рис.8).
Не менее активно при ведении наблюдений с космических аппаратов используется средний и ИК-диапазоны длин волн, позволяющие проводить съемку сквозь дымку, туман, смог, пыль, дым и облака. Учитывая, что орбитальный аппарат может произвести повторную съемку одного и того же участка земной поверхности только с интервалом в три дня, актуальность такой задачи становится очевидной.
Для получения оперативной информации в неблагоприятных условиях космические аппараты оснащаются оптическими системами, работающими в различных спектральных диапазонах. Естественным стремлением при решении таких задач стало оснащение систем наблюдения не множеством объективов для работы в отдельных диапазонах спектра (видимом, ближнем, среднем или дальнем ИК-диапазоне), а объективами, способными работать в нескольких диапазонах.
Специально для этой цели был рассчитан двухдиапазонный 300-мм объектив (рис.9) с относительным отверстием 1:3,5 и рабочими спектрами Δλ1 = (0,4–0,9) мкм и Δλ2 = (1,5–1,7) мкм. Полученная схема с приведенными техническими характеристиками реализована с массовыми показателями в пределах 1680 грамм. Качественные характеристики двухдиапазонного объектива в каждом рабочем диапазоне представлены на рис.10–11. Следует отметить, что при расчете ЧКХ объектива приняты следующие весовые коэффициенты для различных длин волн рабочих диапазонов. В диапазоне Δλ1: 0,4 мкм – 0,4; 0,5 мкм – 0,6; 0,6 мкм – 1; 0,7 мкм – 1; 0,8 мкм – 0,6; 0,9 мкм – 0,3. В диапазоне Δλ2: 1,5 мкм – 0,5; 1,55 мкм – 0,7; 1,6 мкм – 1; 1,65 мкм – 0,7; 1,7 мкм – 0,5.
Главной особенностью такого объектива, работающего в спектральном диапазоне 400–1 700 нм, является возможность определения состояния атмосферы, идентификации и фиксирования особых состояний земной поверхности, отдельные составляющие которых могут значительно влиять на качество изображения. Например, анализируя снимки, полученные с помощью такого объектива, можно белые облака отличить от снега и льда, а разные виды пыли и дыма в воздухе – от водяного пара.
Однако для более точной и эффективной коррекции снимков используют оптические системы другого класса – это длиннофокусные объективы малого поля зрения, предназначенные, как правило, для работы в одном из спектральных диапазонов.
Для решения таких задач в уже рассмотренных спектральных диапазонах Δλ1 = (0,4–0,9) мкм и Δλ2 = (1,5–1,7) мкм можно применить представленные ниже длиннофокусные объективы с фокусным расстоянием F = 440 мм, относительным отверстием 1 : 3,28 и тем же линейным полем 64 мм. На рис.12 изображена оптическая схема варианта такого длиннофокусного объектива для спектра Δλ = (0,4–0,9) мкм. Расчет сделан для комбинации марок стекол CaF2, СТК19, ЛК5 и ТФ10. Общая масса оптических деталей в полученной схеме не превышает 2 960 г. Качественные характеристики длиннофокусного объектива при работе в спектральном диапазоне от 0,4 до 0,9 мкм представлены на рис.13. При расчете ЧКХ объектива для различных длин волн принимались следующие весовые коэффициенты: 0,4 мкм – 0,4; 0,5 мкм – 0,6; 0,6 мкм – 1; 0,7 мкм – 1; 0,8 мкм – 0,6; 0,9 мкм – 0,3.
Оптическая система длиннофокусного узкопольного объектива с аналогичными техническими параметрами (фокусом, линейным полем зрения и относительным отверстием) для рабочего спектрального диапазона от 1,5 до 1,7 мкм имеет другой вид и отличается уменьшенным количеством оптических компонентов (рис.14). Расчет сделан для комбинации марок стекол СТК3, CaF2, БК8, ЛК5 и К8. Общая масса оптических деталей в полученной схеме составляет 2 360 г. Следует отметить, что уменьшение массы данного варианта длиннофокусного объектива по сравнению с предыдущим обусловлено именно уменьшением числа деталей, хотя длина объектива увеличилась более чем на 70 мм. Качественные характеристики длиннофокусного объектива при работе в спектральном диапазоне от 1,5 до 1,7 мкм представлены на рис.15. При расчете ЧКХ объектива для различных длин волн принимались следующие весовые коэффициенты: 1,5 мкм – 0,7; 1,55 мкм – 0,9; 1,6 мкм – 1; 1,65 мкм – 0,9; 1,7 мкм – 0,7.
Учитывая характер задач, решаемых спутниковыми и иными космическими системами наблюдения, весьма важным параметром установленных в них объективов является постоянство положения плоскости изображения при изменении температуры окружающей среды или термостабильность объектива. Все рассмотренные объективы были оценены по величине сдвига плоскости изображения в диапазоне положительных температур 5–35°C.
При изготовлении механических деталей объективов из алюминиевого сплава Д16, который имеет коэффициент температурного расширения αД16Т = 0,0000238 (1/мм · °C), расчетный сдвиг плоскости наилучшей установки на ±15°C от расчетной температуры 20°C у данного класса объективов не превышает 0,3 мм.
Оптические расчеты показывают, что такие величины можно компенсировать осевым смещением одной из линз, т. е. изменением соответствующих воздушных промежутков. Это дает основание использовать единый корпус с неподвижной установкой основных компонентов и фотоприемника и применять одно компенсирующее кольцо подвижной линзы, а поджатие линзы к компенсирующему кольцу осуществлять обычно применяемым в оптике пружинным стальным кольцом, компенсирующим температурные деформации (в нашем случае менее ±0,4 мм). Конструктивно такое "плавающее" положение линзы предлагается осуществлять применением кольца из материала с высоким значением коэффициента температурного расширения – например, материала ПА ТУ6-05-988-87. Для компенсации неточностей, возникающих из-за достаточно большой длины компенсационного кольца, при необходимости можно применить конструкцию "двойного" компенсационного кольца. При этом имеет смысл предусмотреть возможность компенсации разброса коэффициента линейного расширения фторопласта Ф4 соответствующей конструкцией крепления колец [4].
Применение рассмотренных объективов позволяет более детально по полученным снимкам анализировать состояние растительности, береговой линии и прибрежной акватории, более достоверно находить и определять заданные объекты. Они позволят спутниковым оптическим системам делать четкие снимки поверхности, несмотря на пыль, сажу и другие помехи, присутствующие в атмосфере Земли.
Кроме того, в коротковолновом инфракрасном участке спектра становятся хорошо заметны различия между материалами, что представляет безусловный интерес при разведке полезных ископаемых, в управлении водными ресурсами (рис.16) и во многих других применениях.
При комплектовании аппаратов, предназначенных для целей мониторинга лесных массивов, предпочтение должно быть отдано многоспектральным объективам, формирующим многозональные фотографические изображения лесов и позволяющим получать снимки высокого дешифровочного качества при съемке в течение почти всего съемочного периода – как летом, так и ранней осенью.
В заключениt необходимо отметить, что результаты космической съемки востребованы и в военной области при обнаружении и классификации объектов. Так что использование спутников дистанционного зондирования Земли в равной степени обусловлено потребностями как военных, так и гражданских пользователей.
ЛИТЕРАТУРА
1. Воробьева А.А. Дистанционное зондирование Земли. – С-Пб: Санкт-Петербургский исследовательский университет информационных технологий, 2012.
2. Федосеев В.И., Колосов М.П. Оптико-электронные приборы ориентации и навигации оптических аппаратов. – Москва: Логос, 2007.
3. Веселков С.А. Оптическая система высокого разрешения для получения снимков Земли из космоса. – Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. М.Ф. Решетнева, 2009, № 3, с.49–52.
4. Панов В.А. и др. Справочник конструктора оптико-механических приборов. – Ленинград: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1980.
Отзывы читателей
