Выбор схемного решения гиперспектральной съемочной оптико-электронной аппаратуры для КА «Ресурс-П»

В рамках Федеральной космической программы ФНПЦ ОАО «Красногорский завод им.С.А.Зверева» совместно с филиалом ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» НПП «ОПТЭКС» разрабатывает гиперспектральную съемочную аппаратуру (далее ГСА) для КА «Ресурс-П». Основные тактико-технические характеристики ГСА (пространственное разрешение 30 м, полоса захвата до 30 км, спектральное разрешением 5 нм, спектральный диапазон 0,4 – 1,0 мкм) определены техническим заданием, исходя из требований народно-хозяйственных задач гидрологии, геологии, экологии, природопользования, землепользования и контроля чрезвычайных ситуаций.
ГСА должна обеспечивать получение гиперкуба данных (ГКД) изображения поверх-ности Земли, радиометрическую и фотограмметрическую корректировку видеоинформации.
Изображающие спектрометры по способу получения гиперспектральной видеоин-формации можно разделить на два основных типа:
 классические спектрометры (фильтровые, дисперсионные, решеточные), регистри-рующие непосредственно спектр излучения,
 Фурье-спектрометры (динамические, статические, поляризационные), регистрирую-щие интерферограмму.
По способу реализации пространственного разрешения гиперспектрометры могут быть разделены на следующие типы:
«push broom» – сканирование по пространству происходит с помощью одноразмерно-го мгновенного поля зрения, которое перемещается только в одном направлении, обычно – вдоль траектории носителя.
«framing» – гиперспектрометры этого типа используют двухразмерное мгновенное поле зрения, которое сохраняется фиксированным (за счет тангажного отслеживания) в те-чение процедуры сбора данных.
«windowing» – гиперспектрометры, в которых двухразмерное мгновенное поле зре-ния движется непрерывным образом по траектории носителя.
При выборе базового варианта конструкции ГСА рассмотрена вся совокупность схе-мотехнических решений узла спектрометра ГСА, проведен их анализ и оценка с учетом ха-рактеристик приемников изображения и с позиции минимизации сроков выполнения ОКР и стоимости образцов. По результатам анализа определены следующие эффективные варианты схемотехнических решений ГСА:
1) матричное фотоприемное устройство (ФПУ) + pushbroom + призменное устройство или дифракционная решетка;
2) матричное ФПУ + windowing + статический Фурье-спектрометр Саньяка (СФС);
3) матричное ФПУ + windowing + градиентный фильтр.
ГСА по каждому из трех вариантов удовлетворяет требованиям технического задания и может быть реализована ФНПЦ ОАО «Красногорский завод им. С.А.Зверева». Однако, несмотря на основное преимущество вариантов 2 и 3 – отсутствие дополнительной оптики и минимальные массогабаритные характеристики – в качестве базового варианта выбран вариант 1, по следующим соображениям:
• Погрешности ориентации, стабилизации и скорости движения изображения КА при-водят к искажениям ГКД, получаемого ГСА СФС и ГСА с градиентными фильтрами в режиме «windowing» и, как следствие, к ошибкам в спектре изображения (при формировании кореллограммы каждого воксела и преобразовании ее в спектр). Реализация вариантов 2 и 3 потребует ужесточения погрешностей стабилизации и ориентации КА «Ресурс-П» до "<0,001/с; <1,5 угл. мин.
• Фурье-спектрометры позволяют достигать существенно большего спектрального раз-решения и предназначены для тонкого спектрального анализа излучений, вплоть до регистрации отдельных спектральных линий (что успешно используется в метеороло-гии). Классические спектрометры обеспечивают относительно простую регистрацию диапазона спектра излучения в узких спектральных интервалах. Целевые задачи, ко-торые должна решать ГСА, предполагают «интервальный» анализ спектральной плотности энергетической яркости со спектральным разрешением (5-10) нм и грубее.
• При использовании выбранного формата ФПУ (1000х256) в первую очередь должны рассматриваться дисперсионные и/или решеточные схемы каналов спектрометра. Ис-пользование этих ФПУ в схеме СФС не приводит к уменьшению числа каналов или к улучшению спектрального разрешения.
• В ФНПЦ ОАО «Красногорский завод им.С.А. Зверева» имеется задел по ГСА, кото-рый позволяет оптимизировать сроки и стоимость ОКР.