Модель многомаршрутной оптико-электронной съемки из космоса с учетом тангажного ускорения

К основным современным методам сбора пространственных данных о больших территориях и растянутых во времени глобальных процессах относится оптико-электронная съемка из космоса, реализуемая на базе орбитальных летательных аппаратов [1].
Для получения или обновления пространственных данных о обширных территориях необходимо проводить съемку площадных объектов. Под такими объектами понимаются участки местности, размеры которых значительно превышают габариты отдельного снимка, получаемого конкретным средством дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). В случае необходимости обеспечения непрерывного охвата площадного объекта снимками требуется выполнение многомаршрутной съемки. В данном контексте космический аппарат (КА), оснащенные оптико-электронными бортовыми специализированными комплексами (БСК), проявляют наилучшую эффективность съемки среди средств ДЗЗ. Важным показателем результативности съемки является площадь, охваченная с заданными требованиями за определенный временной интервал.
Общий принцип и способы оптико-электронной многомаршрутной съемки площадного объекта с использованием отдельного КА рассмотрены в работе [2], представлен анализ недостатков и преимуществ способов рассматриваемого типа оптико-электронной съемки. В исследовании [3] разработана аналитическая модель, позволяющая в первом приближении на основе ключевых параметров орбитального полета и БСК оценить предельную потенциальную результативность синхронной съемки площадного объекта с использованием КА ДЗЗ. В работе [4] представлен вариант съемки в режиме «заметания» с тангажным замедлением – асинхронный режим, позволяющий увеличить эффективную экспозицию и отношение сигнал/шум, при этом уменьшается потенциальный съемочный ресурс системы. С учетом современного развития оптико-электронных БСК космического базирования способ многомаршрутной съемки на одном витке полета КА с использованием тангажного ускорения позволит увеличить производительность и потенциальный съемочный ресурс. Отличительной особенностью такого способа является движение БСК по углу тангажа в процессе сканирования отдельных маршрутов съемки. В связи с этим, логично предположить о повышении результативности съемки по сравнению с вариантом многомаршрутной съемки площадного объекта, исследуемым в работе [3].
В рамках исследования предлагается решение следующих задач: разработка модели многомаршрутной оптико-электронной съемки из космоса с учетом тангажного ускорения и экспериментальное исследование по оцениванию потенциальной результативности выбранного варианта площадной съемки при типовых условиях.
Для построения модели многомаршрутной оптико-электронной съемки принимаются следующие допущения в отношении формы Земли и орбиты КА ДЗЗ. В пределах площадного объекта подстилающая поверхность описывается плоскостью, а КА ДЗЗ движется по прямолинейной траектории над этой плоскостью на заданной высоте орбиты. Для описания условий оптико-электронной съемки отдельных маршрутов из космоса дополнительно задаются следующие параметры: предельный угол отклонения по тангажу, угловая скорость поворота БСК по тангажу при выполнении съемки и угловая скорость перенацеливания БСК.
Полученные в результате расчетов значения потенциальной результативности показывают, что большая потенциальная результативность многомаршрутной съемки обеспечивается при увеличении угловой скорости поворота БСК по тангажу. То есть большая результативность имеет место при большем значении тангажа. При этом с увеличением количества маршрутов отмечается уменьшение потенциальной результативности.
В работе на основе выбранного варианта выполнения многомаршрутной съемки площадного объекта разработана соответствующая математическая модель, учитывающая параметры аппаратуры космического аппарата дистанционного зондирования Земли, пространственные свойства площадного объекта съемки и требования к оптико-электронной многомаршрутной съемке местности. Выполненный вычислительный эксперимент подтвердил реализуемость разработанного математического аппарата и позволил выявить частные зависимости потенциальной результативности многомаршрутной съемки от удлинения объекта и количества маршрутов съемки. В качестве дальнейшего направления исследований целесообразно рассматривать анализ влияния параметров многомаршрутной съемки с использованием тангажных ускорений на фотоэлектрические характеристики БСК КА.