Спосіб створення електронного зображення землі у космічному сканері і пристрій для його реалізації

1. Спосіб створення електронного зображення Землі у космічному сканері, при якому формують в фокальній площині основного об'єктива оптичне зображення Землі, розміщують n приладів із зарядовим зв'язком таким чином, щоб їх світлочутливі площадки проектувалися на фокальну площину основного об'єктива із зазорами між ними у напрямку руху сканера і перпендикулярно йому, проектують за допомогою n проекційних об'єктивів частини зображень Землі з фокальної площини основного об'єктива на світлочутливі площадки приладів із зарядовим зв'язком, перетворюють частини оптичного зображення Землі в електронні частини зображення Землі і об'єднують ці частини в одне електронне зображення, який відрізняється тим, що за допомогою n-1 дзеркальних поверхонь нахиляють оптичні осі n-1 проекційних об'єктивів у різні боки відносно оптичної осі основного C2 2 UA 1 3 і електронний блок. У цьому пристрої розміщують вхідну щілину та лінійки матриці фотоперетворювачів перпендикулярно напрямку руху сканера. Формують у площині вхідної щілини оптичне зображення Землі. За допомогою диспергуючої системи розкладають зображення Землі за спектром у напрямку руху сканера. За допомогою трансфокатора проектують зображення вхідної щілини, розкладеної за спектром на світлочутливі лінійки матриці фотоперетворювачів. За допомогою електронного блока формують електронні зображення Землі у різних спектральних діапазонах. У зв'язку з тим, що кількість комірок у матричному фотоперетворювачеві обмежена, цей скануючий пристрій не дозволяє одночасно отримувати широку смугу огляду поверхні Землі та велику роздільну здатність на місцевості. Найбільш близьким за технічною суттю до винаходу, що заявляється, є спосіб, який реалізований у космічному дзеркально-лінзовому телескопі (патент RU 2115942, опублікований 20.07.1998р.), який прийнятий за найближчий аналог. До складу цього телескопа входять основний об'єктив, колектив, n проекційних об'єктивів, n приладів з зарядовим зв'язком, блок синхронізації зображень. У цьому телескопі проекційні об'єктиви і прилади з зарядовим зв'язком розміщують у шаховому порядку, а оптичні осі проекційних об'єктивів - паралельно оптичній осі основного об'єктива. Таким чином, проекції світлочутливих площадок приладів з зарядовим зв'язком на фокальну площину основного об’єктива розміщуються з зазорами між ними у напрямку руху телескопа і перпендикулярно йому. Формують у фокальній площині основного об'єктива оптичне зображення Землі. За допомогою проекційних об'єктивів проектують частини зображень Землі з фокальної площини основного об'єктива на світлочутливі площадки приладів з зарядовим зв'язком. Перетворюють за допомогою приладів з зарядовим зв'язком частини оптичних зображень Землі в електронні частини зображень, при цьому процес перетворення синхронізують за допомогою блока синхронізації зображень. Об'єднують електронні частини зображень в одне електронне зображення. У приладах з зарядовим зв'язком розміри світлочутливих площадок завжди менші розмірів корпусу приладу. Особливо велика різниця в розмірах (у 3-5 разів) досягається у приладах із зарядовим зв'язком, чутливих до середньої та дальньої частин інфрачервоного спектра випромінювання, у зв'язку з тим, що світлочутлива площадка таких приладів потребує обов'язкового охолодження за допомогою холодильника. Крім того, розміри комірок у приладах із зарядовим зв'язком, призначених для роботи в інфрачервоній частині спектра випромінювання, більші, а кількість комірок менша, ніж у приладах із зарядовим зв'язком, призначених для роботи у видимій частині спектра випромінювання. З наведеного витікає, що відомий спосіб не може бути використаний у космічних сканерах для перетворення інфрачервоного зображення Землі в електронне зображення з одночасним забезпеченням широкого поля зору і високої роздільної здатності. Крім того, використання колектива зву 94157 4 жує спектральний діапазон роботи сканера, а використання синхронізації потребує додаткового блока, що збільшує вагу телескопа. В основу винаходу поставлено задачу розробити спосіб і пристрій для створення електронного зображення Землі у космічному сканері, який дозволяв би одночасно одержувати у широкому спектральному діапазоні (у тому числі і в інфрачервоній частині спектра) широку смугу огляду поверхні Землі та відносно велику роздільну здатність на місцевості. Для вирішення поставленої задачі у способі створення електронного зображення Землі у космічному сканері, в основу якого покладено формування в фокальній площині основного об'єктива оптичного зображення Землі, розміщення n приладів з зарядовим зв'язком таким чином, щоб їх світлочутливі площадки проектувались на фокальну площину основного об'єктива із зазорами між ними у напрямку руху сканера і перпендикулярно йому, проектування за допомогою n проекційних об'єктивів частин зображення Землі з фокальної площини основного об'єктива на світлочутливі площадки приладів з зарядовим зв'язком, перетворення частин оптичного зображення Землі в електронні частини зображення Землі і об'єднання цих частин в одне електронне зображення Землі, за допомогою n-1 дзеркальних поверхонь оптичні осі n-1 проекційних об'єктивів нахиляють у різні боки відносно оптичної осі основного об'єктива, обмежують ці поверхні з одного боку фокальною площиною основного об'єктива, при цьому прилади з зарядовим зв'язком розміщують таким чином, щоб зазори між проекціями їх світлочутливих площадок на фокальну площину основного об'єктива були кратними розмірам комірки приладів з зарядовим зв'язком. В пристрої для реалізації способу, який містить основний об'єктив, n проекційних об'єктивів, електронний блок, електрично з'єднаний з n приладами з зарядовим зв'язком, які розміщені таким чином, що їх світлочутливі площадки оптично спряжені з фокальною площиною основного об'єктива, а їх проекції на цю площину розміщені між собою із зазорами у напрямку руху сканера, та перпендикулярно йому, в нього введені n-1 дзеркальних поверхонь, які розміщені під кутом до фокальної площини основного об'єктива і одним боком стикуються з нею, оптичні осі проекційних об'єктивів розміщені під кутом до оптичної осі основного об'єктива та в різні боки від неї, при цьому прилади із зарядовим зв'язком розміщені таким чином, щоб зазори між проекціями їх світлочутливих площадок на фокальну площину основного об'єктива були кратні розмірам комірки приладів з зарядовим зв'язком. Крім того, у ньому основний об'єктив виконаний таким чином, що вхідна зіниця оптичної системи сканера розміщена у передній фокальній площині основного об'єктива або на відстані від неї, не більшій половини фокусної відстані основного об'єктива. Нахилення у різні боки відносно оптичної осі основного об'єктива (за допомогою n-1 дзеркальних поверхонь) оптичних осей проекційних об'єк 5 тивів, крім однієї, обмеження цих поверхонь із одного боку фокальною площиною основного об'єктива, а також можливість використання тільки дзеркальної оптики, дозволяє розмістити прилади з зарядовим зв'язком (у тому числі із холодильником) з розмірами корпусів цих приладів значно більшими розміру світлочутливої площадки таким чином, щоб зазори між проекціями їх світлочутливих площадок на фокальну площину основного об'єктива були кратними розмірам комірки приладів з зарядовим зв'язком, а також спроектувати всі частини зображення (без пропусків) Землі у широкому спектральному діапазоні (у тому числі і інфрачервоному) на прилади із зарядовим зв'язком. Це дозволяє одночасно одержувати в широкому спектральному діапазоні випромінювання широку смугу огляду поверхні Землі та відносно велику роздільну здатність на місцевості. Крім того, розміщення проекцій світлочутливих площадок приладів із зарядовим зв'язком з зазорами, кратними розмірам їх комірок, дозволяє проводити стикування частин знімка на Землі і не використовувати на космічному апараті спеціальних пристроїв для цієї мети. Це дозволяє зменшити вагу сканера. Розміщення вхідної зіниці оптичної системи сканера у передній фокальній площині основного об'єктива, або на відстані від неї, не більшій, ніж половина його фокусної відстані, дозволяє створити телецентричний хід променів, або близький до нього (що покращує якість зображення), без використання лінзового колектива, матеріал якого звужує спектральний діапазон роботи сканера. На кресленні зображений один із варіантів пристрою, який реалізує наведений вище спосіб. Цей пристрій містить основний об'єктив 1 з фокальною площиною 2 і передньою фокальною площиною 3, проекційні об'єктиви 4, прилади із зарядовим зв'язком 5, які електрично з'єднані із електронним блоком 6, дзеркальні поверхні 7, які утворюються гранями призми 8, проекції світлочутливих площадок 9 приладів із зарядовим зв'язком, оптична вісь 10 основного об'єктива 1, вхідна зіниця 11 сканера, Земля 12, напрям руху 13 сканера. Дзеркальні поверхні 7 розміщені під кутом до фокальної площини 2 і одним боком стикуються з нею. У наведеному пристрої використовуються три прилади із зарядовим зв'язком 5, відповідно дві дзеркальні поверхні 7 і три проекційні об'єктиви 4. Кількість приладів із зарядовим зв'язком може бути більшою, відповідно кількість дзеркальних поверхонь і проекційних об'єктивів також буде більшою. Об'єктиви 4 можуть бути лінзовими, дзеркально-лінзовими або дзеркальними. Оптичні осі об'єктивів 4, крім однієї, нахилені відносно осі 10 на 90° у різні боки. Оптична вісь одного із об'єктивів 4 паралельна осі 10. Оптичні осі об'єктивів 4 також можуть бути нахилені відносно осі 10 на кути, більші або менші 90°, а також на різні кути і у 94157 6 боки, перпендикулярні руху сканера. Призми 8, одна із граней яких дзеркальна, можуть бути окремими, або з'єднані в один призмовий блок. Зазори L і l між проекціями 9 світлочутливих площадок приладів із зарядовим зв'язком 5-кратні розмірам комірки приладів із зарядовим зв'язком. Зазор L може дорівнювати довжині проекції 9 світлочутливої площадки приладу 5, або бути меншим на декілька комірок. Зменшення зазору L дозволяє спростити процес з'єднання частин знімків Землі 12. Для створення телецентричного ходу променів об'єктив 1 виконаний таким чином, що вхідна зіниця 11 розміщена у передній фокальній площині 3 об'єктива 1 або на відстані від неї, не більшій половини фокусної відстані об'єктива. Електронний блок 6 об'єднує частини електронного зображення Землі 12, одержаних від приладів 5 для передачі їх на Землю 12. Об'єднання знімків можливо проводити як на Землі, так і на космічному апараті. У сканері формують в фокальній площині 2 об'єктива 1 оптичне зображення Землі 12. Розміщують n приладів 5 таким чином, щоб їх світлочутливі площадки проектувалися на фокальну площину 2 об'єктива 1 із зазорами l і L між ними у напрямку руху сканера 13 і перпендикулярно йому. При цьому прилади із зарядовим зв'язком 5 розміщують таким чином, щоб зазори між проекціями 9 їх світлочутливих площадок на фокальну площину об'єктива 1 були кратними розмірам комірки приладів 5. 3а допомогою n-1 дзеркальних поверхонь 7 призм 8 нахиляють у різні боки відносно оптичної осі 10 об'єктива 1 оптичні осі n-1 проекційних об'єктивів 4. Обмежують дзеркальні поверхні 7 призм 8 із одного боку фокальною площиною 2 об'єктива 1. Проектують за допомогою n проекційних об'єктивів 4 частини зображення Землі з фокальної площини об'єктива 1 на світлочутливі площадки приладів 5. Перетворюють частини оптичного зображення Землі 12 у електронні частини зображення Землі і об'єднують ці частини в одне електронне зображення. Таким чином, розділення єдиного оптичного зображення Землі на n частин за допомогою дзеркальних поверхонь, товщина яких значно менша розмірів комірок приладів із зарядовим зв'язком 5, проектування n-1 цих частин в різні боки відносно оптичної осі 10 дозволяє за допомогою приладів 5, з розмірами корпусів цих приладів, значно більшими розмірів світлочутливих площадок, перетворити окремі частини оптичного зображення в електронні частини зображення з подальшим об'єднанням цих частин в одне електронне зображення. Знімки Землі, створені таким способом, мають відносно високу роздільну здатність, широку смугу огляду і, за рахунок можливості використання чисто дзеркальних оптичних елементів, можуть бути одержані у будь-якому спектральному діапазоні. 7 Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 94157 8 Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601