Аэрокосмическая фотоспектральная система высокого разрешения

Фотоспектральная система ФСС-М была создана в результате совместной работы ИГРАН и НИИПФП им.А.Н.Севченко Белорусского государственного университета. По основным техническим характеристикам она является аналогом фотоспектральной (ФСС), работающей в настоящее время на борту МКС. ФСС-М предназначена для проведения измерений спектров отраженного излучения подстилающих поверхностей в диапазоне длин волн от 350 до 1050 нм и получения синхронных фотоизображений в видимом диапазоне длин волн.
ФСС-М конструктивно выполнена в виде переносной модульной системы, позволяющей проводить съемку, как в наземных условиях, так и с авиационных носителей.

Она и состоит из:
 спектрального модуля (СМ);
 модуля регистрации изображения (МРИ);
 модуль электроники (МЭ)- ПК

1. Спектральный модуль

Спектральный модуль (СМ) предназначен для регистрации спектров в диапазоне длин волн от 0,35 до 1,05 мкм. И состоит из:
 проекционного объектива;
 полихроматора;
 контроллера.

СМ имеет следующие основные технические характеристики:

Спектральный диапазон -350 - 1050 нм
Спектральное разрешение -2 нм
Приемник излучения -ПЗС линейка
Число пикселей приемника -3648
Шаг дискретизации спектра -0,2 нм
Поле зрения -1,2˚ × 0,12˚
Диспергирующий элемент вогнутая многосекционная дифракционная решетка
Число штрихов -120 штр/мм
Время накопления сигнала - 12 мс – 200 мс
Энергопотребление -0,5 Вт
Питание -от USB

1.1 Проекционный объектив

-Тип «МС Ю–37АМ»
-Фокусное расстояние, мм - 134,23+- 2,68
-относительное отверстие - 1 : 3,5 +-0,5 %
-разрешающая способность, мм–1 - 1 : 3,5
в центре поля - 45
по краю поля - 30
-габариты (диаметр х. длина ), мм - 57 х92
-масса, кг - 0,40

1.2 Полихроматор МС

Полихроматор МС предназначен для диспергирования светового потока от объекта исследования и проецирования спектра на приемник излучения для регистрации спектров в диапазоне длин волн от 0,35 до 1,05 мкм.
В состав полихроматора СМ входят:
 узел входной щели,
 диспергирующий элемент,
 поворотные зеркала,
 приёмник излучения,
 юстировочное устройство зеркала,
 юстировочное устройство дифракционной решётки,
 юстировочный кронштейн приемника излучения.

Входная щель полихроматора – «ножевого» типа. В ее конструкции заложена возможность регулировки ширины щели при юстировке полихроматора СМ.
Диспергирующий элемент предназначен для разложения светового потока по длинам волн.
Плоское поворотное зеркало предназначено для излома оптической оси с целью уменьшения габаритов СМ ФСС-М.
Приемник излучения (детектор) предназначен для преобразования диспергированного светового потока в электрический сигнал.
Юстировочные устройства обеспечивают перемещения отдельных элементов в процессе юстировки оптической схемы СМ с последующей фиксацией их положения.

Основные технические характеристики полихроматора:
• спектральный диапазон, мкм - 0,35–1,05
• спектральное разрешение, нм - 2,0
• дифракционная решетка:
o тип вогнутая многосекционная
oрадиус, мм - 250
o число штрихов, штр./мм -120
o габариты, мм х мм -60 х 60
o размер заштрихованной области,
мм х мм -56 х 56
• фотоприемник излучения:
o тип TCD 1304DG (фирмы Toshiba)
o число элементов - 3648
o размер элемента, мкм х мкм - 200х 8
o размер чувствительной области,
мкм х мм -200 х 28,6
o габариты, мм х мм - 10 х 41,6
o спектральный диапазон
чувствительности, мкм -0,35 1,05
o чувствительность,
Вт/см2 х мкм х ср - 5 х10–5
o диапазон времени накопления
(интегрирования) спектра, мс - 10–5000
• Шаг дискретизации спектра, нм - 0,2
• Энергопотребление,Вт - 0,5
• Габариты, мм - 240 х 171 х 92
Масса, не более - 4кг

1.3 Контроллер МС

Контроллер предназначен для работы всех составных частей СМ по командам МЭ ФСС. Контроллер СМ преобразовывает сигнал с приемника излучения в цифровую форму и передает его в МЭ с целью последующей обработки.
Контроллер управления СМ выполнен на основе двухпроцессорного комплекса ADUC 7024 и SX28AC/SS с тактовой частотой 48 МГц. В состав контроллера входят усилитель аналоговый AD 847 и преобразователь USB. Связь контроллера с МЭ выполнена с помощью FTDI233RL по каналу USB 2.0. Питание МС осуществляется по шине USB.
2. Модуль регистрации изображений

МРИ предназначен для регистрации изображения высокого пространственного разрешения спектрометрируемого участка земной поверхности в видимом диапазоне длин волн.
МРИ обеспечивает:
•регистрацию изображений в видимом диапазоне длин волн от 400 до 750 нм с числом элементов 4288 х 2848;
•угол зрения 76 0 – 28 0 50 // ;
В качестве МРИ используется цифровой фотоаппарат Nikon с объективом G-типа AF-S DX Zoom- Nikkor 18–55 мм f/3,5–5,6G ED VR.
Запись изображения – NEF (12-битный RAW без компрессии или с компрессией);
- TIFF (RGB);
- JPEG (Exif 2.21).

3 Модуль электроники

Работа МЭ выполняется под управлением операционной системы Windows Vista.
МЭ ФСС -М обеспечивает выполнение всех задач по обработке и хранению получаемых данных:
•выдачу команд управления режимами работы СМ и МРИ;
•прием служебной информации о режимах работы СМ, МРИ и датчиков углов поворота ФСС;
•прием и хранение зарегистрированных данных от СМ;
•прием и хранение данных от МРИ, включая данные о дате и времени проведения съемки;
•выдачу информации о режимах работы ФСС - М на видеомонитор МЭ;