Схемные решения детектора молний для МКС

Задача создания отечественного детектора молний космического базирования является сложной научно-технической проблемой. В настоящее время на низкой околоземной орбите находятся две камеры производства США (КА TRMM и МКС). Кроме того, на геостационарной орбите работает детектор молний GLM, размещённый на спутнике GOES-R.

Ключевой проблемой регистрации молний из космоса является необходимость обнаружения достаточно тусклых кратковременных вспышек на фоне ярких облаков, хорошо отражающих солнечный свет. Это порождает следующие требования к аппаратуре:
• Высокая светосила объектива
• Высокая квантовая эффективность фотоприёмника и большой размер пикселя
• Необходимость введения в оптическую схему узкополосного интерференционного светофильтра
• Наличие высокоскоростных методов и алгоритмов обработки получаемых изображений
В докладе подробно рассмотрены данные аспекты.

Требование к высокой светосиле объектива порождает проблему оптимизации массогабаритных характеристик камеры. Кроме того, объектив должен сочетать данную характеристику с большим полем зрения 2w = 90°.

В связи с большой яркостью фона (облаков) появляются высокие требования к фотоприёмнику. В докладе подробно описан выбор фотоприёмника для камеры, исходя из требования на частоту кадров 1000 Гц и параметров чувствительности.

Одной из ключевых проблем работы является необходимость создания оптической схемы с крайне узкой шириной полосы пропускания света (1…2 нм). Особенность работы интерференционного светофильтра такова, что при ненулевом угле падения луча центр полосы пропускания сдвигается в коротковолновую область. Подобный эффект может быть катастрофичен, так как при столь узкой полосе пропускания вспышка молнии окажется за пределами изменившегося спектра пропускания светофильтра. Доклад включает в себя подробный расчёт энергетических параметров камеры. Описаны варианты возможных оптических схем, сводящих к минимуму искажения спектрального пропускания светофильтра. Проверка правильности расчётов осуществлена путём компьютерного моделирования получаемых изображений для различных условий съёмки.

Кроме аппаратных решений, в докладе описаны и создаваемые алгоритмы обработки информации. Ключевые проблемы здесь следующие:
• Большой информационный поток (1000 кадров в секунду)
• Низкое соотношение сигнал/шум, требующее новых решений в методах межэлементной обработки снимков
• Необходимость исключения ложных срабатываний камеры, вызванных схожими по физической модели событиями (блики от зеркальных поверхностей, яркие фонари, пожары, свет от ночных городов, фейерверки и т.д.)