Системное проектирование девятиканальной мозаичной мультиспектральной системы для малого космического аппарата дистанционного зондирования Земли

Развитие малых космических аппаратов дистанционного зондирования Земли сопровождается поиском новых архитектур оптико-электронной аппаратуры, обеспечивающих получение многоспектральной информации при ограничениях по массе, габаритам, энергопотреблению и объёму передаваемых данных. Одним из перспективных направлений является применение мозаичных мультиспектральных фильтров (MSFA), позволяющих формировать несколько спектральных каналов непосредственно на фотоприёмной матрице. Особенности проектирования таких структур и их влияние на качество спектральной реконструкции рассматриваются в работах [1–3].
В работе рассматривается подход к системному проектированию девятиканальной MSFA для малого космического аппарата на основе характеристик разработанной оптико-электронной системы. В качестве исходной технической базы используется аппаратура формата 16U с классическими спектральными фильтрами, использующая режим временного накопления заряда (TDI) , реализованный цифровым образом путём сложения кадров. Характеристики базовой системы позволяют связать результаты проектирования с параметрами реальной оптики и использовать экспериментальные данные при построении расчётной модели.
Основное внимание уделяется оценке влияния спектральной фильтрации и эффективности регистрации излучения на отношение сигнал/шум, а также анализу компромисса между пространственным разрешением, спектральной информативностью и объёмом формируемых данных. В предлагаемом исследовании проанализированы варианты построения камер с пространственным разрешением в диапазоне от 1,5 до 5 м и определены условия, при которых применение девятиканальной MSFA сохраняет практическую ценность для задач дистанционного зондирования Земли. При этом учитывается, что энергетические характеристики отдельных каналов зависят от ширины спектральных полос, параметров детектора, времени экспозиции и режима накопления сигнала.
Предлагаемая методика объединяет энергетическое моделирование, анализ пространственно-частотных характеристик и обоснование выбора спектральных каналов в единую задачу проектирования. Дальнейшее развитие работы предполагает сравнительное моделирование вариантов MSFA и оценку влияния исходных параметров на качество спектральной реконструкции. Такой подход позволит обосновать рациональные характеристики многоспектральной полезной нагрузки с учётом требований прикладных задач и ограничений малого космического аппарата.