RU2324151C1 - Multichannel scanning radiometer with wide swath - Google Patents

Multichannel scanning radiometer with wide swath Download PDF

Info

Publication number
RU2324151C1
RU2324151C1 RU2006132471/28A RU2006132471A RU2324151C1 RU 2324151 C1 RU2324151 C1 RU 2324151C1 RU 2006132471/28 A RU2006132471/28 A RU 2006132471/28A RU 2006132471 A RU2006132471 A RU 2006132471A RU 2324151 C1 RU2324151 C1 RU 2324151C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
unit
information
scanning mirror
digital converter
correction
Prior art date
Application number
RU2006132471/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Михайлович Гектин (RU)
Юрий Михайлович Гектин
Николай Петрович Акимов (RU)
Николай Петрович Акимов
Александр Георгиевич Фролов (RU)
Александр Георгиевич Фролов
нский Михаил Борисович Смел (RU)
Михаил Борисович Смелянский
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский научно-исследовательский институт космического приборостроения"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский научно-исследовательский институт космического приборостроения" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский научно-исследовательский институт космического приборостроения"
Priority to RU2006132471/28A priority Critical patent/RU2324151C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2324151C1 publication Critical patent/RU2324151C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Radiation Pyrometers (AREA)

Abstract

FIELD: measuring techniques.
SUBSTANCE: radiometer forms a number of data paths and consists of serially stationed and optically interconnected plane mirror, data optical units, calibration units and video signal processing unit. Emission receivers are electrically connected to the video signal processing unit, switching analogue-digital converter, clocking unit, internal storage device, unit for computing correcting coefficients and offsets and an image data correction unit. The output of the analogue-digital converter is connected to the input of the internal storage device and the input of the correction unit. The clocking unit is electrically connected to the drive unit, line onset sensor, emission receiver, analogue-digital converter, internal storage devices and correction unit. The outputs of the internal storage devices are connected to the unit for computing correction coefficients and offsets, which in turn is connected to the input of the correction unit.
EFFECT: change in background and sensitivity of the optical channel is achieved in each image line.
2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области оптического приборостроения и предназначено для дистанционного получения спектрозональных изображений поверхности Земли в инфракрасном диапазоне спектра из космоса и с авиационных носителей различного класса. Заявляемое устройство может использоваться для получения тепловых карт и оперативного обнаружения тепловых аномалий, очагов лесных пожаров и высокотемпературных объектов природного и техногенного характера.The invention relates to the field of optical instrumentation and is intended to remotely obtain spectrozonal images of the Earth's surface in the infrared range of the spectrum from space and from aircraft carriers of various classes. The inventive device can be used to obtain heat maps and rapid detection of thermal anomalies, foci of forest fires and high-temperature objects of a natural and technogenic nature.

Известно двухканальное оптико-электронное сканирующее устройство HSRS (W.Skrbek and E.Lorenz, «HSRS - An infrared sensor for hot spot detection», Proc. SPIE, 3437, pp.167-176, 1998), установленное на спутнике BIRD. Устройство включает два оптико-электронных блока, каждый из которых содержит линзовый объектив и многоэлементный приемник излучения, охлаждаемый микрокриогенной системой охлаждения. Оптические оси блоков параллельны, а приемники излучения ориентированы перпендикулярно направлению движения спутника. Первый оптический блок устройства формирует изображение в спектральном диапазоне 3.4-4.2 мкм, второй - в диапазоне 8.5-9.3 мкм. Радиометрическая калибровка устройства обеспечивается введением перед каждым объективом непрозрачного экрана в начале и конце сеанса съемки. Устройство обеспечивает пространственное разрешение 370 м и полосу захвата 190 км. Недостатком устройства является малая полоса захвата, так как она определяется числом элементов приемника излучения, что снижает оперативность мониторинга поверхности. Также недостатком устройства является большой интервал между сеансами радиометрической калибровки, что при наличии изменения теплового поля устройства и чувствительности отдельных элементов приемника приводит к снижению качества получаемых изображений и точности измерения температуры.A two-channel optical-electronic scanning device HSRS (W.Skrbek and E. Lorenz, "HSRS - An infrared sensor for hot spot detection", Proc. SPIE, 3437, pp. 167-176, 1998), installed on the BIRD satellite, is known. The device includes two optoelectronic units, each of which contains a lens objective and a multi-element radiation detector cooled by a microcryogenic cooling system. The optical axes of the blocks are parallel, and the radiation receivers are oriented perpendicular to the direction of motion of the satellite. The first optical unit of the device forms an image in the spectral range of 3.4–4.2 μm, and the second in the range of 8.5–9.3 μm. Radiometric calibration of the device is ensured by introducing an opaque screen in front of each lens at the beginning and end of the shooting session. The device provides a spatial resolution of 370 m and a capture band of 190 km. The disadvantage of this device is the small capture band, since it is determined by the number of elements of the radiation receiver, which reduces the efficiency of surface monitoring. Another disadvantage of the device is the large interval between radiometric calibration sessions, which, if there is a change in the thermal field of the device and the sensitivity of individual elements of the receiver, leads to a decrease in the quality of the received images and the accuracy of temperature measurement.

Известны оптико-механические сканирующие устройства, содержащие сканирующий элемент, объектив и многоэлементный приемник излучения (М.М.Мирошников «Теоретические основы оптико-электронных приборов», Л.: Машиностроение, 1977, стр.70). В этих устройствах перемещение визирной оси осуществляется сканирующим элементом перпендикулярно движению носителя, а многоэлементный приемник излучения ориентирован вдоль направления движения носителя. Сочетание механической развертки и многоэлементного приемника в таких устройствах позволяет реализовать широкую полосу захвата до 2000 км и одновременно без потери чувствительности повысить разрешающую способность аппаратуры.Known optical-mechanical scanning devices containing a scanning element, a lens and a multi-element radiation detector (M. M. Miroshnikov "Theoretical Foundations of Optoelectronic Devices", L .: Mashinostroenie, 1977, p. 70). In these devices, the movement of the line of sight is carried out by the scanning element perpendicular to the movement of the carrier, and the multi-element radiation detector is oriented along the direction of movement of the carrier. The combination of mechanical sweep and multi-element receiver in such devices allows to realize a wide capture band of up to 2000 km and at the same time increase the resolution of the equipment without loss of sensitivity.

Подобные технические решения реализованы в широкозахватном многозональном сканирующем устройстве малого разрешения - МСУ-МР (разработано и эксплуатируется во ФГУП «РНИИ КП», Россия), предназначенном для получения гидрометеорологической информации с космических аппаратов. В устройстве МСУ-МР сканирующим элементом является зеркало с двухсторонним отражающим покрытием, совершающее круговое вращение вокруг оси, совпадающей с направлением движения носителя, с помощью привода вращения. Устройство позволяет сформировать в диапазоне 3.5-12.5 мкм три изображения с помощью трех оптических блоков, установленных после сканирующего зеркала. Каждый блок содержит фильтр, формирующий спектральный диапазон, линзовый объектив и приемник излучения, имеющий четыре чувствительных элемента, охлаждаемых радиационным способом. Визирные оси блоков параллельны. Чувствительные элементы приемника излучения расположены вдоль линии сканирования. Формирование и синхронность изображения обеспечивается датчиком начала строки, оптически связанным с осью вращения сканирующего зеркала. Для радиометрической калибровки в инфракрасном диапазоне спектра устройство содержит шесть имитаторов абсолютно черного тела со стабилизированной температурой, излучение которых вводится в информационные каналы два раза за оборот сканирующего зеркала. Для калибровки каждого модуля используется по два имитатора абсолютно черного тела с различной температурой. Устройство имеет полосу захвата 2800 км. Недостатком устройства МСУ-МР является низкое пространственное разрешение (1 км).Similar technical solutions are implemented in a wide-resolution multizone scanning device of small resolution - MSU-MR (developed and operated by FSUE RNII KP, Russia), designed to receive hydrometeorological information from spacecraft. In the MSU-MR device, the scanning element is a mirror with a double-sided reflective coating, making a circular rotation around an axis that coincides with the direction of movement of the carrier using a rotation drive. The device allows you to create in the range of 3.5-12.5 microns three images using three optical blocks installed after the scanning mirror. Each block contains a filter that forms the spectral range, a lens objective, and a radiation receiver having four sensing elements cooled by the radiation method. The sighting axes of the blocks are parallel. Sensitive elements of the radiation receiver are located along the scan line. The formation and synchronization of the image is provided by the line-start sensor, optically coupled to the axis of rotation of the scanning mirror. For radiometric calibration in the infrared range of the spectrum, the device contains six absolutely black body simulators with a stabilized temperature, the radiation of which is introduced into the information channels twice per revolution of the scanning mirror. To calibrate each module, two simulators of a completely black body with different temperatures are used. The device has a capture band of 2800 km. The disadvantage of the MSU-MR device is the low spatial resolution (1 km).

Известное устройство по оптической схеме наиболее близко к изобретению и выбрано в качестве прототипа.The known device according to the optical scheme is closest to the invention and is selected as a prototype.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение пространственного разрешения известного устройства в инфракрасном диапазоне спектра, а также повышение качества и точности получаемой информации.The technical result of the claimed invention is to increase the spatial resolution of the known device in the infrared range of the spectrum, as well as improving the quality and accuracy of the information received.

Задача повышения пространственного разрешения устройства с сохранением широкой полосы захвата может быть решена за счет использования многоэлементных приемников с числом чувствительных элементов более 100. Так, при числе элементов приемника излучения 256 за счет увеличения времени накопления сигнала на чувствительных элементах приемника излучения устройство может обеспечить пространственное разрешение до 200 м в полосе захвата до 2000 км.The task of increasing the spatial resolution of the device while maintaining a wide capture bandwidth can be solved by using multi-element receivers with the number of sensitive elements more than 100. So, with the number of radiation receiver elements 256, by increasing the signal accumulation time on the sensitive elements of the radiation receiver, the device can provide spatial resolution up to 200 m in the capture zone up to 2000 km.

Технический результат достигается тем, что предложен многоканальный сканирующий радиометр с широкой полосой захвата для дистанционного мониторинга в спектральном диапазоне 3-13 мкм, формирующий N информационных каналов (от 1 до N) и содержащий последовательно установленные и оптически связанные между собой плоское зеркало с двухсторонним отражающим покрытием, совершающее круговое вращение с помощью привода вращения вокруг оси, совпадающей с направлением движения носителя, N информационных оптических блоков и N блоков калибровки, а также N блоков обработки видеосигнала и датчик начала строки, оптически связанный со сканирующим зеркалом. Каждый информационный оптический блок содержит фильтр, линзовый объектив и многоэлементный приемник излучения, связанный с системой охлаждения. Информационные оптические блоки размещаются с одной стороны сканирующего зеркала, и их оптические оси параллельны, а приемники излучения ориентированы по направлению движения носителя. Каждый блок калибровки через сканирующее зеркало оптически связан с одним информационным оптическим блоком и содержит два имитатора абсолютно черного тела, первый и второй, температура которых отличается на величину не менее 30°С, при этом поддержание температуры на имитаторах абсолютно черных тел обеспечивается с точностью 0.1°С. Каждый приемник излучения радиометра электрически связан с одним блоком обработки видеосигнала, который включает аналого-цифровой преобразователь, блок синхронизации, два оперативных запоминающих устройства, первое и второе, блок вычисления корректирующих коэффициентов и смещений и блок коррекции видеоинформации. При этом выходной сигнал с приемника излучения поступает на вход аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входами оперативных запоминающих устройств и входом блока коррекции. Блок синхронизации электрически связан с приводом, датчиком начала строки, с которого на блок синхронизации поступает импульс, формируемый в момент прохождения сканирующего зеркала фиксированного положения, приемником излучения, аналого-цифровым преобразователем, оперативными запоминающими устройствами и блоком коррекции. Блок синхронизации формирует на приводе, приемнике излучения и аналого-цифровом преобразователе управляющие частоты, необходимые для их работы, а также заданное время накопления сигнала на приемнике излучения и адреса пикселей, содержащих информацию от первого имитатора абсолютно черного тела, в первое оперативное запоминающее устройство, от второго имитатора во второе оперативное запоминающее устройство, а адреса видеоинформации о объекте съемки в блок коррекции. Выходы оперативных запоминающих устройств связаны с блоком вычисления корректирующих коэффициентов и смещений, который в свою очередь связан с вторым входом блока коррекции.The technical result is achieved by the fact that a multichannel scanning radiometer with a wide capture band for remote monitoring in the spectral range of 3-13 μm is proposed, forming N information channels (from 1 to N) and containing a plane mirror with a double-sided reflective coating that are installed in series and optically connected to each other performing circular rotation by means of a rotation drive around an axis coinciding with the direction of movement of the carrier, N information optical units and N calibration units, as well N video processing units and a line start sensor optically coupled to a scanning mirror. Each information optical unit contains a filter, a lens objective, and a multi-element radiation detector associated with a cooling system. Information optical blocks are placed on one side of the scanning mirror, and their optical axes are parallel, and the radiation receivers are oriented in the direction of motion of the carrier. Each calibration unit is optically connected through a scanning mirror to one information optical unit and contains two absolutely black body simulators, the first and second, whose temperature differs by at least 30 ° C, while maintaining the temperature on absolutely black body simulators is ensured with an accuracy of 0.1 ° FROM. Each radiation detector of the radiometer is electrically connected to one video signal processing unit, which includes an analog-to-digital converter, a synchronization unit, two random access memory devices, the first and second, a block for calculating correction factors and offsets, and a video information correction unit. In this case, the output signal from the radiation receiver is fed to the input of an analog-to-digital converter, the output of which is connected to the inputs of random access memory and the input of the correction unit. The synchronization unit is electrically connected to the drive, the beginning of the line sensor, from which a pulse is generated to the synchronization unit, which is generated when the scanning mirror passes through a fixed position, a radiation receiver, an analog-to-digital converter, random access memory and a correction unit. The synchronization unit generates on the drive, the radiation receiver and the analog-to-digital converter control frequencies necessary for their operation, as well as the specified accumulation time of the signal at the radiation receiver and the addresses of pixels containing information from the first simulator of a completely black body, into the first random-access memory from the second simulator to the second random access memory, and the addresses of the video information about the subject in the correction unit. The outputs of random access memory devices are connected to the block for calculating the correction factors and offsets, which in turn is connected to the second input of the correction block.

Многоканальный сканирующий радиометр с широкой полосой захвата для дистанционного мониторинга в спектральном диапазоне 3-13 мкм также может дополнительно содержать N1 информационных оптических блоков (от 1 до N1), аналогичных по составу блокам N, расположенных симметрично по отношению к информационным оптическим блокам N относительно сканирующего зеркала.A multi-channel scanning radiometer with a wide capture band for remote monitoring in the spectral range of 3–13 μm may also additionally contain N1 information optical blocks (1 to N1), similar in composition to N blocks, located symmetrically with respect to the information optical blocks N relative to the scanning mirror .

Схема заявленного многоканального сканирующего радиометра с широкой полосой захвата для дистанционного мониторинга в спектральном диапазоне 3-13 мкм поясняется на фигурах 1-3.The scheme of the claimed multichannel scanning radiometer with a wide capture band for remote monitoring in the spectral range of 3-13 μm is illustrated in figures 1-3.

На фигуре 1 представлена принципиальная оптическая схема многоканального сканирующего радиометра с широкой полосой захвата с двумя информационными оптическими боками, расположенными с одной стороны сканирующего зеркала.The figure 1 presents a schematic optical diagram of a multi-channel scanning radiometer with a wide capture band with two information optical sides located on one side of the scanning mirror.

На фигуре 2 представлена принципиальная структурная схема формирования выходного сигнала многоканального сканирующего радиометра с широкой полосой захвата.The figure 2 presents a schematic structural diagram of the formation of the output signal of a multi-channel scanning radiometer with a wide capture band.

На фигуре 3 представлена принципиальная оптическая схема многоканального сканирующего радиометра с широкой полосой захвата с четырьмя информационными оптическими блоками, скомпонованными симметрично относительно сканирующего зеркала.The figure 3 presents a schematic optical diagram of a multi-channel scanning radiometer with a wide capture band with four information optical units arranged symmetrically relative to the scanning mirror.

На фигуре 1 представлена принципиальная оптическая схема многоканального сканирующего радиометра с широкой полосой обзора с двумя информационными оптическими блоками, расположенными с одной стороны сканирующего зеркала, содержащая плоское сканирующее зеркало с двухсторонним отражающим покрытием 1, плоские поворотные зеркала 2 (1...2), фильтры 3 (1...2), объективы 4 (1...2), многоэлементные приемники излучения 5 (1...2), имитаторы абсолютно черного тела 6 (1...2) и 7 (1...2).The figure 1 presents a schematic optical diagram of a multi-channel scanning radiometer with a wide field of view with two information optical units located on one side of the scanning mirror, containing a flat scanning mirror with a double-sided reflective coating 1, flat rotary mirrors 2 (1 ... 2), filters 3 (1 ... 2), lenses 4 (1 ... 2), multi-element radiation detectors 5 (1 ... 2), absolutely black body simulators 6 (1 ... 2) and 7 (1 ... 2).

На фигуре 2 представлена принципиальная структурная схема формирования выходного сигнала многоканального сканирующего радиометра с широкой полосой захвата, содержащая двигатель вращения 8, датчик начала строки 9, аналого-цифровой преобразователь 10, блок синхронизации 11, оперативные запоминающие устройства 12 (1...2), блок вычисления корректирующих коэффициентов и смещений 13 и блок коррекции сигнала 14, где FАЦП - частота синхронизации аналого-цифрового преобразователя, FП - частота синхронизации привода, FДНС - частота датчика начала строки, F1, F2 - частоты синхронизации приемника излучения, τнакопл - время накопления сигнала.The figure 2 presents a schematic structural diagram of the output signal of a multi-channel scanning radiometer with a wide swath, containing a rotation motor 8, a start-line sensor 9, an analog-to-digital converter 10, a synchronization unit 11, random access memory 12 (1 ... 2), a unit for calculating correction factors and offsets 13 and a signal correction unit 14, where F ADC is the synchronization frequency of the analog-to-digital converter, F P is the drive synchronization frequency, F CS is the frequency of the line start sensor, F 1 , F 2 - synchronization frequencies of the radiation receiver, τ accumulative - signal accumulation time.

На фигуре 3 представлена принципиальная оптическая схема многоканального сканирующего радиометра с широкой полосой захвата с четырьмя информационными оптическими блоками, скомпонованными симметрично относительно сканирующего зеркала, содержащая плоские поворотные зеркала, фильтры, объектив, многоэлементные приемники излучения.The figure 3 presents a schematic optical diagram of a multi-channel scanning radiometer with a wide capture band with four information optical units arranged symmetrically relative to the scanning mirror, containing flat rotary mirrors, filters, a lens, multi-element radiation detectors.

Пример работы заявленного многоканального сканирующего радиометра с широкой полосой захвата для дистанционного мониторинга в спектральном диапазоне 3-13 мкм.An example of the operation of the claimed multi-channel scanning radiometer with a wide capture band for remote monitoring in the spectral range of 3-13 microns.

Устройство устанавливается на платформе космического аппарата или авиационного носителя. Поток излучения от исследуемой поверхности поступает через входное окно устройства на сканирующее плоское зеркало 1 с двухсторонним отражающим покрытием, вращающееся с равномерной скоростью с помощью двигателя вращения 8 вокруг оси, совпадающей с направлением движения носителя. Далее сканирующим зеркалом 1 излучение направляется в N информационных оптических блоков (от 1 до N), оптические оси которых параллельны. Информационные блоки размещаются с одной стороны сканирующего зеркала. Каждый информационный оптический блок содержит плоское поворотное зеркало 2, фильтр 3, формирующий спектральный диапазон, линзовый объектив 4, изготовленный из материала, прозрачного в инфракрасной области спектра, который фокусирует излучение на многоэлементном приемнике излучения 5, имеющем n чувствительных элементов. Поворотные зеркала 2 вводятся из конструктивных соображений для уменьшения габаритов устройства. Использование в устройстве сканирующего зеркала 1 с двухсторонним отражающим покрытием повышает эффективность сканирования и снижает скорость вращения привода в два раза, таким образом, в устройстве за 1/2 оборота сканирующего зеркала формируется изображение форматом р×m пикселей, где p≤n, a m определяется углом захвата. Использование многоэлементного приемника 5 позволяет увеличить время накопления сигнала от элемента изображения, а значит, получить более высокое пространственное разрешение или большую чувствительность по сравнению с аппаратурой, в которой формирование изображения осуществляется одноэлементными приемниками излучения. Например, при числе чувствительных элементов приемника излучения n=256 и объективе, имеющем диаметр входного зрачка 70 мм и относительное отверстие 1:1.5, с орбиты высотой 830 км устройство может иметь полосу захвата до 2000 км, пространственное разрешение в надире 200 м и величину эквивалентной шуму разности температур на уровне 300 К в диапазонах 10.5-11.5 и 11.5-12.5 мкм не более 0.1-0.2 К, а в диапазоне 3.5-4.1 мкм - 0.5К.The device is installed on the platform of a spacecraft or aircraft carrier. The radiation flux from the test surface enters through the device’s input window onto a scanning flat mirror 1 with a double-sided reflective coating, rotating at a uniform speed with a rotation motor 8 around an axis that coincides with the direction of movement of the carrier. Then, with a scanning mirror 1, the radiation is directed to N information optical units (from 1 to N), the optical axes of which are parallel. Information blocks are placed on one side of the scanning mirror. Each information optical unit contains a flat rotary mirror 2, a filter 3 forming the spectral range, a lens objective 4 made of a material transparent in the infrared region of the spectrum, which focuses the radiation on a multi-element radiation detector 5 having n sensitive elements. Swivel mirrors 2 are introduced from design considerations to reduce the size of the device. The use of a scanning mirror 1 with a double-sided reflective coating in the device increases the scanning efficiency and reduces the drive rotation speed by half, thus, an image in the format p × m pixels is formed in the device for 1/2 turn of the scanning mirror, where p≤n, am is determined by the angle capture. Using a multi-element receiver 5 allows you to increase the accumulation time of the signal from the image element, and therefore, to obtain a higher spatial resolution or greater sensitivity compared to equipment in which the image is formed by single-element radiation receivers. For example, with the number of sensitive elements of the radiation receiver n = 256 and a lens having an entrance pupil diameter of 70 mm and a relative aperture of 1: 1.5, from an orbit 830 km high, the device may have a capture band of up to 2000 km, spatial resolution in the nadir of 200 m and an equivalent size noise of the temperature difference at the level of 300 K in the ranges 10.5–11.5 and 11.5–12.5 μm is not more than 0.1–0.2 K, and in the range 3.5–4.1 μm –0.5 K.

Для радиометрической калибровки в устройство включены N блоков калибровки, по числу информационных каналов, каждый из которых содержит по два имитатора абсолютно черного тела 6 и 7, формирующих эталонное излучение, температура которых отличается на величину не менее 30°С и стабилизируется с точностью 0.1°С. Каждый блок калибровки через сканирующее зеркало 1 оптически связан с приемником излучения 5 только одного информационного канала. Ввод эталонного излучения от имитаторов 6 и 7 осуществляется последовательно вне информационной части строки.For radiometric calibration, the device includes N calibration units, according to the number of information channels, each of which contains two absolutely black body simulators 6 and 7, forming reference radiation, whose temperature differs by at least 30 ° C and stabilizes with an accuracy of 0.1 ° C . Each calibration unit through a scanning mirror 1 is optically coupled to a radiation receiver 5 of only one information channel. The input of reference radiation from simulators 6 and 7 is carried out sequentially outside the information part of the line.

Для формирования цифрового сигнала каждый приемник излучения 5 радиометра дополнен электрическим блоком формирования и обработки видеосигнала, который включает аналого-цифровой преобразователь 10, блок синхронизации 11, два оперативных запоминающих устройства 12 (1...2), первое и второе, блок вычисления корректирующих коэффициентов и смещений 13 и блок коррекции сигнала 14. Приемник излучения 5 электрически связан с блоком синхронизации 11 и аналого-цифровым преобразователем 10. Выход блока синхронизации 11 соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 10, входами оперативных запоминающих устройств 12 и блока коррекции сигнала 14. Выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входами оперативных запоминающих устройств 12 и блока коррекции сигнала 14. Выходы оперативных запоминающих устройств 12 соединены с блоком вычисления корректирующих коэффициентов и смещений 13, выход которого соединен с входом блока коррекции сигнала 14. Работа блока формирования и обработки видеосигнала осуществляется следующим образом. Выходной сигнал с приемника излучения 5 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 10, преобразующего аналоговый сигнал в цифровой. Формирование управляющих частот, необходимых для работы приемника излучения 5, привода 8 и аналого-цифрового преобразователя 10 (F1, F2, FП, FАЦП), а также заданного времени накопления сигнала τнакопл на приемнике излучения 5 осуществляется блоком синхронизации 11. На блок синхронизации также поступает импульс от датчика начала строки 9, формируемый в момент прохождения сканирующего зеркала 1 через фиксированное положение.To generate a digital signal, each radiation detector 5 of the radiometer is supplemented by an electric block for generating and processing a video signal, which includes an analog-to-digital converter 10, a synchronization block 11, two random access memory devices 12 (1 ... 2), the first and second block for calculating correction factors and offsets 13 and a signal correction unit 14. A radiation receiver 5 is electrically connected to the synchronization unit 11 and the analog-to-digital converter 10. The output of the synchronization unit 11 is connected to the input of the analog-to-digital transmitter 10, the inputs of random access memory 12 and the signal correction block 14. The output of the analog-to-digital converter is connected to the inputs of the random access memory 12 and the signal correction block 14. The outputs of the memory 12 are connected to the block for calculating the correction factors and offsets 13, the output of which is connected with the input of the signal correction block 14. The operation of the block for the formation and processing of the video signal is as follows. The output signal from the radiation receiver 5 is fed to the input of an analog-to-digital converter 10, which converts the analog signal to digital. The formation of the control frequencies necessary for the operation of the radiation receiver 5, drive 8 and the analog-to-digital converter 10 (F 1 , F 2 , F P , F ADC ), as well as the specified signal accumulation time τ accumulated at the radiation receiver 5 is carried out by the synchronization unit 11. The synchronization unit also receives a pulse from the sensor of the beginning of line 9, formed at the moment of passage of the scanning mirror 1 through a fixed position.

Для коррекции свойственной многоэлементным приемникам излучения неравномерности чувствительности отдельных элементов, а также коррекции изменения внутреннего температурного фона, изменения в процессе эксплуатации исходных значений пропускания оптической системы, чувствительности отдельных элементов приемника излучения 5 и коэффициента передачи электронного тракта, в состав каждого информационного канала радиометра включены два оперативных запоминающих устройства 12: первое - для хранения видеоинформации от первого, низкотемпературного, имитатора абсолютно черного тела 6, второе - для хранения видеоинформации от второго, высокотемпературного, имитатора абсолютно черного тела 7, блок вычисления корректирующих коэффициентов и смещений 13 и блок коррекции видеоинформации 14, на выходе которого формируется видеосигнал в заданном масштабе и с заданным значением постоянной составляющей сигнала. Операция коррекции видеоинформации осуществляется следующим образом. Блок синхронизации 11 формирует адреса пикселей, содержащих как информативную видеоинформацию, так и информацию от имитаторов абсолютно черных тел 6 и 7, так и от объектов съемки. Адреса пикселей, содержащие информацию от имитаторов абсолютно черных тел 6 и 7, передаются в оперативные запоминающие устройства 12, а адреса пикселей, содержащие информацию от объектов съемки, - в блок коррекции сигнала 14. Согласно адресам в первом и втором оперативных запоминающих устройствах 12 формируются выборки видеосигналов: в первом от низкотемпературного имитатора абсолютно черного тела, во втором от высокотемпературного имитатора абсолютно черного тела, размерностью n×v, где v - количество отсчетов видеосигнала от низкотемпературного или высокотемпературного имитатора абсолютно черного тела. Из оперативных запоминающих устройств 12 видеосигналы передаются в блок вычисления корректирующих коэффициентов (Кi) и смещений (Рi) 13, которые вычисляются для каждого элемента приемника излучения 5 по следующим алгоритмам:For correcting the non-uniform sensitivity of individual elements inherent in multi-element radiation receivers, as well as for correcting changes in the internal temperature background, changing the initial transmittance of the optical system, the sensitivity of individual elements of the radiation receiver 5 and the transmission coefficient of the electronic path during operation, two operational radiometer information channels are included storage devices 12: the first is for storing video information from the first, low temperature a tour, simulator of an absolutely black body 6, the second one is for storing video information from a second, high-temperature, simulator of an absolutely black body 7, a block for calculating correction factors and offsets 13 and a block for correcting video information 14, the output of which generates a video signal in a given scale and with a given constant value component of the signal. The operation of the correction of video information is as follows. The synchronization unit 11 generates addresses of pixels containing both informative video information and information from simulators of absolutely black bodies 6 and 7, as well as from shooting objects. Pixel addresses containing information from absolutely black bodies simulators 6 and 7 are transmitted to random access memory 12, and pixel addresses containing information from captured objects are transmitted to signal correction unit 14. Samples are generated according to the addresses in the first and second random access memory 12 of video signals: in the first from a low-temperature simulator of an absolutely black body, in the second from a high-temperature simulator of an absolutely black body, dimension n × v, where v is the number of samples of a video signal from a low temperature Foot or high-temperature blackbody simulator. From the operational storage devices 12, the video signals are transmitted to the block for calculating the correction factors (K i ) and offsets (P i ) 13, which are calculated for each element of the radiation receiver 5 according to the following algorithms:

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

где i - номер чувствительного элемента приемника излучения 5,where i is the number of the sensitive element of the radiation receiver 5,

Q - масштабный коэффициент, равный заданной разности выходных сигналов от высокотемпературного и низкотемпературных имитаторов абсолютно черного тела 6 и 7,Q is a scale factor equal to a given difference of the output signals from high-temperature and low-temperature absolutely black body simulators 6 and 7,

Figure 00000004
- среднее по выборке значение видеосигнала от высокотемпературного имитатора абсолютно черного тела,
Figure 00000004
- the average sample value of the video signal from a high-temperature simulator of a completely black body,

Figure 00000005
- среднее по выборке значение видеосигнала от низкотемпературного имитатора абсолютно черного тела,
Figure 00000005
- the average sample value of the video signal from a low-temperature simulator of a black body,

С - константа, равная заданному значению выходного сигнала от низкотемпературного имитатора абсолютно черного тела.C is a constant equal to a given value of the output signal from a low-temperature simulator of an absolutely black body.

Значения Кi и Рi передаются в блок коррекции видеосигнала 14, где выполняется линейное преобразование текущих значений видеосигнала по алгоритму

Figure 00000006
The values of K i and P i are transmitted to the correction block of the video signal 14, where the linear conversion of the current values of the video signal is performed according to the algorithm
Figure 00000006

В полученных значениях

Figure 00000007
компенсированы неравномерность чувствительности элементов приемника излучения 5, а также изменения внутреннего температурного фона, пропускания оптической системы, чувствительности отдельных элементов приемника излучения 5 и коэффициента передачи электронного тракта.In the received values
Figure 00000007
compensated for the uneven sensitivity of the elements of the radiation receiver 5, as well as changes in the internal temperature background, transmission of the optical system, the sensitivity of individual elements of the radiation receiver 5 and the transmission coefficient of the electronic path.

Для случая выполнения устройства, формирующего N+N1 спектрозональных каналов, информационные оптические блоки N1 (от 1 до N1) устанавливаются симметрично по отношению к информационным оптическим блокам N относительно сканирующего зеркала и так же, как и информационные блоки N, включают плоское поворотное зеркало, фильтр, линзовый объектив и многоэлементный приемник излучения, связанный с системой охлаждения. При этом оптические оси всех информационных оптических блоков параллельны, а радиометрическая калибровка информационных оптических блоков N1 осуществляется по уже имеющимся блокам калибровки. Установка дополнительно N1 информационных оптических блоков позволяет увеличить число информативных каналов устройства на N1, не увеличивая при этом размеров сканирующего зеркала и числа блоков калибровки.For the case of the device forming the N + N1 spectrozonal channels, the information optical units N1 (from 1 to N1) are installed symmetrically with respect to the information optical units N with respect to the scanning mirror and, like the information units N, include a flat rotary mirror, a filter , a lens objective and a multi-element radiation detector associated with a cooling system. In this case, the optical axes of all information optical blocks are parallel, and the radiometric calibration of information optical blocks N1 is carried out according to the existing calibration blocks. Installing additional N1 information optical blocks allows you to increase the number of informative channels of the device on N1, without increasing the size of the scanning mirror and the number of calibration blocks.

Изобретение позволяет решить задачу создания широкозахватной многозональной сканирующей аппаратуры, предназначенной для получения изображений в ИК диапазоне спектра с разрешением 100-200 м, в которой обеспечивается коррекция видеосигнала в каждой строке. Изобретение может быть реализовано в устройствах космического и авиационного базирования, обеспечивающих получение природоресурсной информации и информационное обеспечение лесоохранных, экологических служб.The invention allows to solve the problem of creating a wide-area multi-zone scanning equipment intended for obtaining images in the IR range of the spectrum with a resolution of 100-200 m, in which the video signal is corrected in each line. The invention can be implemented in space-based and aviation-based devices that provide for obtaining natural resource information and information support for forest protection and environmental services.

Claims (2)

1. Многоканальный сканирующий радиометр с широкой полосой захвата для дистанционного мониторинга в спектральном диапазоне 3-13 мкм, формирующий N информационных каналов (от 1 до N), включает последовательно установленные и оптически связанные между собой плоское зеркало с двухсторонним отражающим покрытием, совершающее круговое вращение с помощью привода вращения вокруг оси, совпадающей с направлением движения носителя, N информационных оптических блоков и N блоков калибровки, а также N блоков обработки видеосигнала и датчик начала строки, оптически связанный со сканирующим зеркалом, каждый информационный оптический блок содержит фильтр, линзовый объектив и многоэлементный приемник излучения, связанный с системой охлаждения, при этом информационные оптические блоки размещаются с одной стороны сканирующего зеркала и их оптические оси параллельны, а приемники излучения ориентированы по направлению движения носителя, каждый блок калибровки через сканирующее зеркало оптически связан с одним информационным оптическим блоком и содержит два имитатора абсолютно черного тела, первый низкотемпературный и второй высокотемпературный, температура которых отличается на величину не менее 30°С, а ее поддержание обеспечивается с точностью 0,1°С, каждый приемник излучения электрически связан с аналого-цифровым преобразователем и блоком синхронизации, образующими один блок обработки сигнала, при этом блок синхронизации соединен с приводом сканирующего зеркала, приемником излучения и аналого-цифровым преобразователем, а также с выходом датчика начала строки, формирующим в момент прохождения сканирующим зеркалом фиксированного положения импульс на вход блока синхронизации, отличающийся тем, что каждый блок обработки видеосигнала дополнительно содержит два оперативных запоминающих устройства, первое и второе, для хранения видеоинформации от первого и второго имитаторов абсолютно черного тела, соответственно, блок вычисления корректирующих коэффициентов и смещений и блок коррекции видеоинформации, при этом выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входами первого и второго оперативного запоминающего устройства, и первым входом блока коррекции видеоинформации, а выход блока синхронизации соединен с входами первого и второго оперативного запоминающего устройства, выходы которых соединены с входом блока вычисления корректирующих коэффициентов и смещений, выход которого соединен с блоком коррекции видеоинформации.1. A multi-channel scanning radiometer with a wide capture band for remote monitoring in the spectral range of 3-13 microns, forming N information channels (from 1 to N), includes sequentially mounted and optically coupled flat mirrors with a double-sided reflective coating, performing a circular rotation with using a rotation drive around an axis coinciding with the direction of movement of the medium, N information optical units and N calibration units, as well as N video processing units and a line start sensor, optically coupled to a scanning mirror, each information optical block contains a filter, a lens objective, and a multi-element radiation receiver associated with a cooling system, while the information optical blocks are placed on one side of the scanning mirror and their optical axes are parallel, and the radiation receivers are oriented in the direction of motion of the carrier , each calibration unit is optically connected through a scanning mirror to one information optical unit and contains two simulators of absolutely black a, the first low-temperature and second high-temperature, the temperature of which differs by at least 30 ° C, and its maintenance is ensured with an accuracy of 0.1 ° C, each radiation receiver is electrically connected to an analog-to-digital converter and synchronization unit, forming one signal processing unit wherein the synchronization unit is connected to a scanning mirror drive, a radiation receiver, and an analog-to-digital converter, as well as to the output of the line start sensor, which forms at the moment the scanning mirror passes coding of the position of the pulse to the input of the synchronization unit, characterized in that each video signal processing unit further comprises two random access memory devices, the first and second, for storing video information from the first and second absolutely black body simulators, respectively, a block for calculating correction factors and offsets and a correction block video information, while the output of the analog-to-digital converter is connected to the inputs of the first and second random access memory, and the first input of the block correction of video information, and the output of the synchronization unit is connected to the inputs of the first and second random access memory, the outputs of which are connected to the input of the unit for calculating correction factors and offsets, the output of which is connected to the video information correction unit. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит N1 информационных оптических блоков, аналогичных информационным оптическим блокам N, которые устанавливаются симметрично относительно сканирующего зеркала по отношению к информационным оптическим блокам N.2. The device according to claim 1, characterized in that it further comprises N1 information optical blocks, similar to information optical blocks N, which are installed symmetrically relative to the scanning mirror with respect to information optical blocks N.
RU2006132471/28A 2006-09-11 2006-09-11 Multichannel scanning radiometer with wide swath RU2324151C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006132471/28A RU2324151C1 (en) 2006-09-11 2006-09-11 Multichannel scanning radiometer with wide swath

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006132471/28A RU2324151C1 (en) 2006-09-11 2006-09-11 Multichannel scanning radiometer with wide swath

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2324151C1 true RU2324151C1 (en) 2008-05-10

Family

ID=39800010

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006132471/28A RU2324151C1 (en) 2006-09-11 2006-09-11 Multichannel scanning radiometer with wide swath

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2324151C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2480717C1 (en) * 2011-11-07 2013-04-27 Учреждение Российской академии наук Специальная астрофизическая обсерватория (САО РАН) Method to process video signal in ccd-controller for matrix image receivers
RU2495443C1 (en) * 2012-05-12 2013-10-10 Открытое акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега" Scanning radiometer
RU226212U1 (en) * 2024-01-22 2024-05-28 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") OPTICAL MODULE FOR RECORDING IMAGES OF MICRON PARTICLES IN GAS DYNAMIC FLOW

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
МИРОШНИКОВ М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов. - Л.: Машиностроение, 1977, с.70. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2480717C1 (en) * 2011-11-07 2013-04-27 Учреждение Российской академии наук Специальная астрофизическая обсерватория (САО РАН) Method to process video signal in ccd-controller for matrix image receivers
RU2495443C1 (en) * 2012-05-12 2013-10-10 Открытое акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега" Scanning radiometer
RU226212U1 (en) * 2024-01-22 2024-05-28 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") OPTICAL MODULE FOR RECORDING IMAGES OF MICRON PARTICLES IN GAS DYNAMIC FLOW

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hansen et al. Junocam: Juno’s outreach camera
Coppo et al. SLSTR: a high accuracy dual scan temperature radiometer for sea and land surface monitoring from space
Fujisada Design and performance of ASTER instrument
CA3037378A1 (en) Multi-camera imaging systems
Fujisada Overview of ASTER instrument on EOS-AM1 platform
CN106123915B (en) A kind of pneumatic degraded image recovery system based on direct point spread function
Yanagisawa et al. Lightcurves of 1999 Leonid impact flashes on the Moon
Fazio et al. Infrared array camera (IRAC) for the space infrared telescope facility (SIRTF)
RU2324151C1 (en) Multichannel scanning radiometer with wide swath
Hofmann et al. High-angular-resolution NIR astronomy with large arrays (SHARP I and SHARP II)
JPH03246428A (en) Infrared video device
Rizzi et al. Feasibility of the spaceborne radiation explorer in the far infrared (refir)
US5585632A (en) Wide-angle infrared cloud imager
US5821526A (en) Star scanning method for determining the line of sight of an electro-optical instrument
Phong et al. Spaceborne linear arrays of 512x3 microbolometers
Mignani et al. Search for the Optical Counterpart of the Nearby Pulsar PSR J0108–1431
Chamberland et al. Development and testing of a hyperspectral imaging instrument for standoff chemical detection
Knight et al. Visible laser radar: range tomography and angle-angle-range detection
Katsukawa et al. Focal plane instrument for the Solar UV-Vis-IR Telescope aboard SOLAR-C
RU2589770C1 (en) Multi-zone scanning device for remote imaging of complete disc of earth from geostationary orbit
Shakun et al. The observations of artificial satellites and space debris using KT-50 telescope in the Odessa University
US11994462B1 (en) Multi-spectral methods and systems for day and night sensing of greenhouse gas sources from space
Heinz et al. Towards high-sensitivity and high-resolution submillimeter-wave video imaging
RU2150725C1 (en) Device for remote generation of images in thermal region of spectrum
Andresen et al. Surface-based IRST: a selection process for sensor parameter values

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150912

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20180219