RU2489804C2 - Optical-electronic system for remote aerial radiological survey - Google Patents

Optical-electronic system for remote aerial radiological survey Download PDF

Info

Publication number
RU2489804C2
RU2489804C2 RU2010136641/28A RU2010136641A RU2489804C2 RU 2489804 C2 RU2489804 C2 RU 2489804C2 RU 2010136641/28 A RU2010136641/28 A RU 2010136641/28A RU 2010136641 A RU2010136641 A RU 2010136641A RU 2489804 C2 RU2489804 C2 RU 2489804C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radiation
optical
gamma
complex
spectral
Prior art date
Application number
RU2010136641/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010136641A (en
Inventor
Сергей Николаевич Соловых
Юлиан Вячеславович Ткачук
Original Assignee
Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия войск радиационной, химической и биологической защиты и инженерных войск имени Маршала Советского Союза С.К. Тимошенко"
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 военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия войск радиационной, химической и биологической защиты и инженерных войск имени Маршала Советского Союза С.К. Тимошенко" filed Critical Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия войск радиационной, химической и биологической защиты и инженерных войск имени Маршала Советского Союза С.К. Тимошенко"
Priority to RU2010136641/28A priority Critical patent/RU2489804C2/en
Publication of RU2010136641A publication Critical patent/RU2010136641A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2489804C2 publication Critical patent/RU2489804C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: invention provides an optical-electronic system which enables to measure density of fluorescence radiance in the UV spectral range, arising from ionisation of atmospheric nitrogen, and converting the obtained information to a visual image of distribution of levels of radioactive contamination on the underlying surface.
EFFECT: faster aerial radiological survey of an area due to shorter flight time of the aircraft and high reliability of instrument measurement data.
3 cl, 2 dwg

Description

Использование: ведение воздушной радиационной разведки местности (ВРРМ) в интересах обеспечения радиационной защиты войсковых подразделений.Usage: conducting airborne radiation reconnaissance of the terrain (VRRM) in the interests of ensuring radiation protection of military units.

Сущность изобретения заключается в разработке оптико-электронного комплекса для ведения ВРРМ дистанционным методом, обеспечивающего измерение плотности энергетической яркости флуоресценции в УФ диапазоне спектра возникающей при ионизации атмосферного азота и преобразование получаемой информации в видимое изображение распределения уровней радиоактивного загрязнения на подстилающей поверхности.The essence of the invention lies in the development of an optical-electronic complex for remote sensitized Raman spectroscopy using the remote sensing method, which measures the fluorescence energy density in the UV spectral range arising from atmospheric nitrogen ionization and converts the received information into a visible image of the distribution of levels of radioactive contamination on the underlying surface.

Технический результат: повышение оперативности ведения ВРРМ и достоверности данных инструментальных измерений за счет снижения времени полета летательного аппарата и получения панорамного изображения распределения уровней радиоактивного загрязнения на местности.EFFECT: increased operational efficiency of SRM and reliability of instrumental measurement data by reducing the flight time of the aircraft and obtaining a panoramic image of the distribution of levels of radioactive contamination on the ground.

Изобретение относится к области исследований по разработке и созданию технических средств для оснащения войсковой системы радиационной разведки.The invention relates to the field of research on the development and creation of technical means for equipping a military radiation reconnaissance system.

Анализ состояния вопроса и актуальность изобретения.Analysis of the status of the issue and the relevance of the invention.

Главный недостаток, присущий существующим войсковым средствам ведения ВРРМ, заключается в используемом локальном методе получения данных о параметрах радиационных полей, основанным на регистрации прямого гамма-излучения в точке радиоактивно загрязненной местности (РЗМ) находящейся под летательным аппаратом (ЛА) в момент измерения.The main drawback inherent in the existing military equipment for conducting SRRM is the local method used to obtain data on the parameters of radiation fields, based on the registration of direct gamma radiation at a point of radioactively contaminated area (REM) located under the aircraft (LA) at the time of measurement.

Используемые при этом алгоритмы обработки поступающей информации, не способны учитывать все случайные и систематические погрешности обусловленные неравномерностью распределения радиоактивных загрязнений возникающей в результате естественной турбулентности атмосферы, влияния рельефа местности, сепарации радионуклидов и т.д. Соответственно, полученные в ходе ведения ВРРМ результаты, являются усредненными характеристиками параметров РЗМ для большого участка местности и проводимая на их основе оценка РО (прогнозирование доз радиоактивного облучения военнослужащих действующих в зонах РЗМ), всегда будет отличаться низкой достоверностью.The algorithms used to process the incoming information used are not able to take into account all random and systematic errors caused by the uneven distribution of radioactive contamination resulting from natural atmospheric turbulence, the influence of the terrain, separation of radionuclides, etc. Correspondingly, the results obtained during the SRMM are the averaged characteristics of the REE parameters for a large area and the assessment based on them (forecasting the doses of radiation exposure to military personnel operating in the REE zones) will always be of low reliability.

Хотя воздушная разведка является одним из самых оперативных средств получения данных о масштабах и степени радиоактивного загрязнения, ее проведение заключается в длительных пролетах ЛА над районом загрязнения способом «галсирования», т.е. по параллельным линиям, находящимся на относительно небольшом расстоянии друг от друга, что бы обеспечить необходимую плотность точек контроля. При этом повышение оперативности ведения ВРРМ локальным методом возможно только за счет увеличения расстояния между галсами пролета ЛА, что влечет за собой уменьшение плотности точек контроля и, как следствие, значительное снижение достоверности оценки РО.Although aerial reconnaissance is one of the most efficient means of obtaining data on the extent and extent of radioactive contamination, its implementation consists in long-haul flights of aircraft over the contaminated area using the “tacking” method, i.e. along parallel lines located at a relatively small distance from each other to ensure the necessary density of control points. At the same time, an increase in the operational efficiency of conducting BPM by the local method is possible only by increasing the distance between the tacks of the span of the aircraft, which entails a decrease in the density of control points and, as a result, a significant decrease in the reliability of the assessment of RO.

Эти и другие отрицательные факторы приводят к значительной ошибке в определении масштабов и уровней радиоактивности в зонах загрязнения, а поскольку величина радиационных потерь в той или иной зоне загрязнения пропорциональна ее площади, в конечном итоге и к увеличению ошибок в принятии решений по радиационной защите войск.These and other negative factors lead to a significant error in determining the extent and levels of radioactivity in the pollution zones, and since the magnitude of radiation losses in a particular pollution zone is proportional to its area, and ultimately to an increase in errors in decision-making on radiation protection of troops.

Автором предлагается создание технического средства ведения ВРРМ, принцип работы которого основан на дистанционном методе ведения разведки, в частности, регистрации флуоресценции атмосферного азота под действием ИИ. Ведение ВРРМ с использованием устройства основанного на данном методе позволяет более оперативно решать поставленные задачи, так как не требует длительного времени полета за счет получения панорамного изображения местности на значительной площади.The author proposes the creation of a technical means of conducting BPM, the principle of which is based on the remote sensing method, in particular, the registration of atmospheric nitrogen fluorescence under the influence of AI. Maintaining VRRM using a device based on this method allows you to more quickly solve the tasks, since it does not require a long flight time by obtaining a panoramic image of the terrain over a large area.

Описание изобретения.Description of the invention.

Метод дистанционного обнаружения радиоактивных объектов основанный на регистрации поля яркости УФ-флуоресценции атмосферного азота под действием ионизирующих излучений известен довольно давно [1].The method of remote detection of radioactive objects based on the registration of the brightness field of the UV-fluorescence of atmospheric nitrogen under the influence of ionizing radiation has been known for a long time [1].

Экспериментальный спектр флуоресценции азота воздуха под действием ИИ приведен на фигуре 1. Представленные данные показывают, что наиболее интенсивно азот флуоресцирует на длинах волн 315,9 нм, 337,1 нм и 357,7 нм. Известно, что при этом выход флуоресценции линейно зависит от мощности дозы (МД) ионизирующего излучения.The experimental fluorescence spectrum of air nitrogen under the action of AI is shown in Figure 1. The data presented show that nitrogen fluoresces most intensively at wavelengths of 315.9 nm, 337.1 nm and 357.7 nm. It is known that in this case, the fluorescence yield linearly depends on the dose rate (MD) of ionizing radiation.

Данный метод уже используется для решения задач наземной радиационной разведки, в частности, реализован в различных типах аппаратуры дистанционного обнаружения источников ионизирующих излучений (ИИИ) для специальной техники войск РХБ защиты [2]. Использование данных образцов для решения задач РР не получило дальнейшего развития, в виду низкой эффективности их применения на горизонтальных трассах, где влияние прямого УФ излучения Солнца очень велико. Однако при ведении разведки с вертикальных трасс сканирования (с ЛА) влияние прямого УФ излучения будет значительно ниже.This method is already used to solve ground-based radiation reconnaissance tasks, in particular, it has been implemented in various types of equipment for the remote detection of ionizing radiation sources (III) for special equipment of the RBF defense troops [2]. The use of these samples for solving PP problems has not been further developed, in view of the low efficiency of their use on horizontal paths, where the influence of direct solar UV radiation is very large. However, when conducting reconnaissance from vertical scan paths (with aircraft), the effect of direct UV radiation will be significantly lower.

Таким образом, суть изобретения заключается в реализации практической возможности получения фототелевизионного изображения радиоактивного загрязнения подстилающей земной поверхности по соответствующим градациям УФ освещенности в информативном диапазоне излучения флуоресценции атмосферного азота. Данное устройство представляет собой оптико-электронный комплекс (далее комплекс) воздушной фототелевизионной разведки сканирующий подстилающую поверхность в УФ диапазоне с полосами пропускания на вышеуказанных линиях флуоресценции азота и позволяющую получать панорамное изображение РЗМ в реальном режиме времени. Зоны загрязнения, в этом случае, могут быть представлены в виде проекции пространственно-яркостной структуры атмосферы светящейся в УФ области, на подстилающую поверхность. Значения энергетической яркости, для любой точки этой проекции, будут зависеть от поглощенной энергии ионизирующего излучения (ИИ) в атмосфере над подстилающей поверхностью и, следовательно, изображение РЗМ в УФ диапазоне может быть «проградуировано» в уровнях радиации.Thus, the essence of the invention lies in the practical possibility of obtaining a photo-television image of radioactive contamination of the underlying earth's surface according to the corresponding gradations of UV illumination in the informative range of atmospheric nitrogen fluorescence radiation. This device is an optical-electronic complex (hereinafter referred to as a complex) of aerial photo-television reconnaissance scanning the underlying surface in the UV range with transmission bands on the above nitrogen fluorescence lines and allowing to obtain a panoramic REM image in real time. Pollution zones, in this case, can be represented as a projection of the spatial-brightness structure of the atmosphere glowing in the UV region onto the underlying surface. The values of the energy brightness for any point of this projection will depend on the absorbed energy of ionizing radiation (AI) in the atmosphere above the underlying surface and, therefore, the REM image in the UV range can be “graded” in radiation levels.

Известен способ и устройство для его реализации, где заложены вышеизложенные принципы. Наиболее близкий прототип заявленного комплекса предназначен для наблюдения изображения местности и одновременного измерения спектра отражения или излучения в отдельных его точках [3]. Достигаемым техническим результатом прототипа является возможность точного измерения спектральных характеристик одновременно с измерением координат точек объекта, в которых производятся спектральные измерения.A known method and device for its implementation, which laid down the above principles. The closest prototype of the claimed complex is designed to observe the terrain image and simultaneously measure the reflection or radiation spectrum at its individual points [3]. Achievable technical result of the prototype is the ability to accurately measure spectral characteristics simultaneously with the measurement of the coordinates of the points of the object at which the spectral measurements are made.

Блок-схема прототипа включает оптическую часть, матрицу фоточувствительного прибора с зарядовой связью (ФПЗС) выполненную со схемой управления, блок обработки видеосигнала, блок синхронизации и управления, блок консервации информации, сцецвычислитель и контрольный дисплей, причем оптическая часть включает в себя набор светофильтров для селекции соответствующей части спектральной зоны, эталонный объект опорного белого цвета (для калибровки каналов), объектив, выход которого подключен ко входу блока обработки видеосигнала, а управляющий вход - к выходу блока синхронизации и управления, причем выход спецвычислителя подключен ко входу контрольного дисплея. Видеоспектрометр [3] содержит для каждой спектральной зоны свой нормированный светоделенный телевизионный канал, в каждом канале выход блока обработки видеосигнала подключен к соответствующему входу спецвычислителя.The prototype block diagram includes an optical part, a matrix of a photosensitive charge-coupled device (FPSS) made with a control circuit, a video signal processing unit, a synchronization and control unit, an information conservation unit, a digital calculator and a control display, and the optical part includes a set of light filters for selection the corresponding part of the spectral zone, a reference object of reference white color (for channel calibration), a lens whose output is connected to the input of the video signal processing unit, and controlling second input - to the output of the block synchronization and control, wherein spetcvychislitelej output is connected to the control input of the display. The video spectrometer [3] contains for each spectral zone its own normalized beam-splitting television channel, in each channel the output of the video processing unit is connected to the corresponding input of the special calculator.

Однако указанный прототип нельзя применять для достижения приведенного выше заявленного технического результата по следующим причинам:However, this prototype cannot be used to achieve the above stated technical result for the following reasons:

- прототип не позволяет получать панорамного изображения распределения плотности энергетической яркости флуоресценции в УФ диапазоне, при этом обеспечивая возможность получения фототелевизионного изображения подстилающей поверхности с измерением спектра излучения видимого диапазона в отдельных ее точках;- the prototype does not allow to obtain a panoramic image of the distribution of the density of the energy brightness of fluorescence in the UV range, while providing the possibility of obtaining a photo-television image of the underlying surface with the measurement of the radiation spectrum of the visible range at its individual points;

- в устройстве [3] используется набор нормируемых светофильтров позволяющих работать только в видимом диапазоне спектра, что исключает их применение для УФ диапазона;- in the device [3] uses a set of normalized filters that allow you to work only in the visible range of the spectrum, which excludes their use for the UV range;

- отсутствует возможность калибровки спектральных каналов по МД в точке земной поверхности.- there is no possibility of calibrating spectral channels by MD at a point on the earth's surface.

Получение фототелевизионного изображения РЗМ в УФ диапазоне с ЛА является достаточно сложной задачей. Основным мешающим фактором является естественный фон солнечного излучения в диапазоне 290-380 нм оказывающий существенное влияние на величину минимального уровня сигнала поступающего от обнаруженных радиационных полей. При этом вклад отраженного от земной поверхности УФ излучения, незначителен по сравнению с прямым солнечным излучением. В этой связи, размещение комплекса на ЛА имеет значительное преимущество по сравнению с наземным вариантом, так как, в этом случае, можно максимально исключить попадание на детектор прямого излучения из верхнего полупространства.Obtaining a photographic television image of rare-earth metals in the UV range with an aircraft is a rather complicated task. The main interfering factor is the natural background of solar radiation in the range of 290-380 nm, which has a significant effect on the value of the minimum signal level coming from the detected radiation fields. In this case, the contribution of UV radiation reflected from the Earth’s surface is insignificant in comparison with direct solar radiation. In this regard, the placement of the complex on the aircraft has a significant advantage compared to the ground version, since, in this case, direct radiation from the upper half-space can be excluded to the maximum possible extent.

Контраст изображения РЗМ будет определяться превышением сигнала флуоресценции зондируемого объема атмосферы над РЗМ, приходящегося на элемент разложения в поле зрения прибора над сигналом энергетической освещенности от восходящего излучения в атмосфере и шума приемного тракта. Поэтому основным этапом в алгоритме обнаружения и выявления радиоактивных объектов является электронно-цифровая обработка получаемого изображения, при этом характеристики изображения должны регулироваться электронным способом независимо от характеристик объекта. Соответственно для решения данной задачи нами был предложен комплекс на основе видеоспектрометра УФ диапазона с перестраиваемым акустооптическим фильтром (АОФ).The contrast of the REM image will be determined by the excess of the fluorescence signal of the probed volume of the atmosphere over the REM attributable to the decomposition element in the field of view of the device over the signal of energy illumination from the rising radiation in the atmosphere and the noise of the receiving path. Therefore, the main step in the algorithm for detecting and detecting radioactive objects is the electronic-digital processing of the resulting image, while the characteristics of the image must be electronically controlled regardless of the characteristics of the object. Accordingly, to solve this problem, we proposed a complex based on a UV spectrometer with a tunable acousto-optical filter (AOF).

Акустооптический фильтр - оптический фильтр, селективные свойства которого обусловлены взаимодействием с монохроматическими, акустическими сигналами, формируемыми световыми волнами, длины которых, с достаточной точностью удовлетворяют условию Брэгга. Такие фильтры позволяют выделять из широкого спектра оптического излучения достаточно узкий интервал длин световых волн с возможностью перемещения их по оптическому спектру в широких пределах. Действие АОФ основано на использовании дифракции света на ультразвуке (акустооптической дифракции) в твердых телах. Конструкция АОФ позволяет управлять характеристиками оптического излучения (амплитудой, поляризацией, спектром, составом светового сигнала и др.), а также обрабатывать информацию, носителем которой является световая или акустическая волна.An acousto-optic filter is an optical filter whose selective properties are due to interaction with monochromatic, acoustic signals generated by light waves, the lengths of which, with sufficient accuracy, satisfy the Bragg condition. Such filters make it possible to isolate a sufficiently narrow range of light wavelengths from a wide spectrum of optical radiation with the possibility of moving them over the optical spectrum over a wide range. The action of AOF is based on the use of light diffraction by ultrasound (acousto-optical diffraction) in solids. The design of the AOF allows you to control the characteristics of optical radiation (amplitude, polarization, spectrum, composition of the light signal, etc.), as well as process information carried by a light or acoustic wave.

Таким образом, еще одним близким прототипом заявленного комплекса является акустооптический спектрометр видимого и УФ диапазона [4]. Однако данный прототип предназначен для проведения научных исследований в лабораторных условиях, где требуется использование методов дифференциальной спектроскопии, не имеет фототелевизионного канала и не может применяться для получения изображения светящихся и излучающих в УФ диапазоне объектов с ЛА.Thus, another close prototype of the claimed complex is an acousto-optical spectrometer of the visible and UV range [4]. However, this prototype is intended for conducting scientific research in laboratory conditions, where the use of differential spectroscopy methods is required, does not have a photo-television channel and cannot be used to obtain images of objects that are luminous and emitting in the UV range from an aircraft.

Заявленный комплекс отличается тем, что использует сочетание перестраиваемого АОФ с ФПЗС-матцей в одном измерительном электронном видеотракте формирующем фототелевизионное изображение УФ освещенности над радиоактивно загрязненной земной поверхностью в спектральной зоне пропускания АОФ для длин волн 315,9 нм, 337,1 нм и 357,7 нм, характерных для флуоресценции азота воздуха.The claimed complex is characterized in that it uses a combination of tunable AOF with FPSS-matrix in one measuring electronic video path forming a photographic television image of UV illumination over a radioactively contaminated earth's surface in the AOF transmission spectral band for wavelengths of 315.9 nm, 337.1 nm and 357.7 nm characteristic of fluorescence of air nitrogen.

Видеоспектрометрические системы на базе перестраиваемых АОФ обладают большей функциональной гибкостью, чем видеоспектрометры с турелью оптических спектральных фильтров [3]. Отсутствие механических подвижных частей обеспечивает их высокое быстродействие (время перестройки из одного спектрального интервала в другой составляет несколько микросекунд), что особенно важно при выполнении спектрометрирования с ЛА.Video spectrometric systems based on tunable AOFs have greater functional flexibility than video spectrometers with a turret of optical spectral filters [3]. The absence of mechanical moving parts ensures their high speed (the tuning time from one spectral interval to another is several microseconds), which is especially important when performing spectrometry with aircraft.

В качестве фотоприемника в видеоспектрометрах применяют матрицы или линейки ФПЗС.As a photodetector in video spectrometers, matrices or FPSS lines are used.

Достоинствами сочетания перестраиваемого АОФ с ФПЗС в одном измерительном видеотракте являются:The advantages of combining tunable AOF with FPSS in one measuring video path are:

- значительное расширение динамического диапазона измерений за счет работы АОФ в режиме аттенюатора;- a significant expansion of the dynamic range of measurements due to the operation of the AOF in the attenuator mode;

- полное использование возможностей оптической системы и фоточувствительной поверхности ФПЗС за счет работы АОФ в режиме оптического затвора при кадровом спектрометрировании;- full use of the capabilities of the optical system and the photosensitive surface of the FPSS due to the operation of the AOF in the optical shutter mode during personnel spectrometry;

- обеспечение одинакового отношения сигнал/шум во всем рабочем диапазоне за счет раздельной регулировки крутизны передаточной характеристики тракта в каждом спектральном интервале;- ensuring the same signal-to-noise ratio in the entire operating range due to the separate adjustment of the steepness of the transfer characteristic of the path in each spectral interval;

- возможность осуществления видеоспектрометрирования в режиме временной задержки и интегрирования, что существенно увеличивает отношение сигнал/шум и повышает точность спектральных измерений.- the possibility of video spectrometry in the mode of time delay and integration, which significantly increases the signal-to-noise ratio and increases the accuracy of spectral measurements.

Алгоритм видеоспектрометрирования организуется бортовой микро-ЭВМ и включает в себя последовательную перестройку спектральной зоны пропускания АОФ, автоматическую коррекцию неравномерности спектральной чувствительности и автоматическое регулирование светового режима ФПЗС, а также нормализацию выходных спектрометрических данных. Режим видеоспектрометрирования упрощает задачу географической привязки спектрометрических данных по сравнению с горизонтальными трассовыми измерениями.The video spectrometry algorithm is organized by an onboard microcomputer and includes sequential tuning of the spectral transmission band of the AOF, automatic correction of the unevenness of the spectral sensitivity and automatic regulation of the light FPSS mode, as well as the normalization of the output spectrometric data. Video spectrometry mode simplifies the task of geo-referencing spectrometric data in comparison with horizontal trace measurements.

Кроме того, наряду с рассмотренным простым режимом видеоспектрометрирования возможно осуществление режима «вычитания фона» и выборочного (селективного) режима, который имеет два этапа. На первом этапе, формируются двумерные изображения исследуемого фрагмента поверхности в трех-четырех спектральных интервалах, и по ним, производится автоматическая идентификация участков РЗМ. На втором этапе двумерные изображения формируются в существенно большем числе спектральных интервалов, но считываются только те элементы изображений, которые соответствуют участкам, выбранным на первом этапе.In addition, along with the simple mode of video spectrometry considered, it is possible to implement a “background subtraction” mode and a selective (selective) mode, which has two stages. At the first stage, two-dimensional images of the studied surface fragment are formed in three to four spectral intervals, and from them, automatic identification of REM sections is performed. At the second stage, two-dimensional images are formed in a significantly larger number of spectral intervals, but only those image elements that correspond to the areas selected in the first stage are read.

С целью повышения различимости РЗМ на фоне подстилающей поверхности с априорно неопределенной или изменяющейся спектрально-энергетической характеристикой (структурой), в качестве фототелевизионного канала целесообразно использовать спектрально-адаптивную телевизионную систему (САТС). В отличие от простых видеоспектрометров САТС осуществляет формирование спектросовмещенных изображений. В этой системе процесс спектральной адаптации сводится к последовательному выполнению следующих этапов:In order to increase the distinguishability of rare-earth metals against the background of the underlying surface with an a priori indeterminate or changing spectral-energy characteristic (structure), it is advisable to use a spectrally adaptive television system (SATS) as a photo-television channel. In contrast to simple video spectrometers, SATS implements spectro-combined images. In this system, the process of spectral adaptation is reduced to the sequential implementation of the following steps:

- видеоспектрометрирование исследуемого фрагмента;- video spectrometry of the studied fragment;

- вычисление контрастно-спектральной характеристики объект-фон (причем спектрограмма объекта может быть априорно задана);- calculation of the contrast-spectral characteristics of the object-background (moreover, the spectrogram of the object can be set a priori);

- формирование спектросовмещенного телевизионного изображения фрагмента поверхности.- the formation of a spectrally-combined television image of a surface fragment.

Использование САТС обусловлено необходимостью увеличения контраста светящейся области над РЗМ и фона при малых уровнях энергии излучения УФ флуоресценции. Формирование спектросовмещенных изображений на фоточувствительной поверхности ФПЗС-датчика осуществляется с помощью одного АОФ, спектральная характеристика пропускания которого формируется из спектральных интервалах флуоресценции атмосферного азота и фона. Формирование изображения в оптическом звене САТС предпочтительнее, чем в электрическом тракте многодатчиковых телевизионных систем, поскольку используется один АОФ и один ФПЗС-датчик, что повышает отношение сигнал/шум спектросовмещенного изображения и существенно снижает габариты и вес оптико-электронного звена. Кроме того, это позволяет формировать нормальное двумерное изображение объекта и получать спектральную информацию за счет перестраиваемого фильтра. При этом каждый снимок может производиться на любой длине волны, в том числе все снимки могут делаться только на одной, заранее выбранной длине волны. Такие возможности позволяют копить заряды в ФПЗС-приемнике синхронно с движением ЛА, обменивая число рабочих спектральных каналов на радиометрическую точность.The use of SATS is due to the need to increase the contrast of the luminous region above the rare-earth metals and the background at low levels of UV fluorescence radiation energy. Spectro-combined images are formed on the photosensitive surface of the FPSS sensor using one AOF, the spectral transmission characteristic of which is formed from the spectral ranges of fluorescence of atmospheric nitrogen and background. Image formation in the optical link of the SATS is preferable than in the electric path of multi-sensor television systems, since one AOF and one FPGA sensor are used, which increases the signal-to-noise ratio of the spectrally aligned image and significantly reduces the dimensions and weight of the optoelectronic link. In addition, this allows you to form a normal two-dimensional image of the object and obtain spectral information due to a tunable filter. Moreover, each picture can be taken at any wavelength, including all pictures can be taken only at one pre-selected wavelength. Such capabilities allow the storage of charges in the FPSS receiver in synchronism with the movement of the aircraft, exchanging the number of working spectral channels for radiometric accuracy.

В реальных условиях поток фонового излучения, кроме влияния зенитного угла Солнца, будет подвержен значительным вариациям за счет изменений аэрозольной составляющей атмосферы. Поэтому яркость изображения РЗМ также будет изменяться с изменением фонового излучения и, следовательно, зависимость яркости элемента изображения РЗМ от уровня радиации над этим элементом будет неоднозначной. Следовательно, при разработке комплекса должна быть предусмотрена возможность привязки (калибровки) яркости изображения РЗМ к уровням радиации. Для решения этой задачи целесообразно использовать позиционно-чувствительный гамма-телескоп (ПЧГТ).Under real conditions, the background radiation flux, in addition to the influence of the solar zenith angle, will be subject to significant variations due to changes in the aerosol component of the atmosphere. Therefore, the brightness of the REM image will also change with the background radiation and, therefore, the dependence of the brightness of the REM image element on the radiation level above this element will be ambiguous. Therefore, when developing the complex, it should be possible to bind (calibrate) the brightness of the REM image to radiation levels. To solve this problem, it is advisable to use a position-sensitive gamma-ray telescope (PSHT).

Особенностью принципа действия ПЧГТ является использование позиционно-чувствительного детектора (ПЧД) с кодирующей апертурой [5]. Состав ПДЧ представляет собой поликристаллический сцинтиллятор, размещенный в контейнере из дюралюминия с оптическим окном из кварцевого стекла, нескольких световодов и ФЭУ. Кодирующая апертура состоит из системы вольфрамовых пластин, расположенных в горизонтальной плоскости в определенном порядке.A feature of the principle of operation of PCHT is the use of a position-sensitive detector (PSD) with a coding aperture [5]. The composition of the MAP is a polycrystalline scintillator located in a duralumin container with an optical window made of quartz glass, several optical fibers and a PMT. The coding aperture consists of a system of tungsten plates arranged in a horizontal plane in a specific order.

Принцип работы ПЧГТ основан на анализе последовательных изображений получаемых кодовых комбинаций формирующихся при прохождении гамма-излучения через систему вольфрамовых пластин и характеризующих точность направления ПЧГТ на точку местности или объекта, из которой исходит излучение. Защита детектора от влияния внешнего гамма-фона обеспечивается с помощью плоских свинцовых пластин.The principle of operation of the HRPGT is based on the analysis of successive images of the resulting code combinations formed during the passage of gamma radiation through a system of tungsten plates and characterizing the accuracy of the direction of the HRPG to a point in the terrain or object from which the radiation comes. The detector is protected from the influence of an external gamma background by means of flat lead plates.

Архитектура основных составляющих заявленного комплекса, иллюстрируется блок-схемой представленной на фигуре 2.The architecture of the main components of the claimed complex is illustrated by the block diagram shown in figure 2.

Одним из важнейших каналов комплекса является электронный тракт, поскольку он формирует выходное телевизионное изображение светящейся области над РЗМ и управляет работой всех подсистем и блоков.One of the most important channels of the complex is the electronic path, since it forms the output television image of the luminous region above the rare-earth metals and controls the operation of all subsystems and blocks.

Он состоит из фототелевизионного канала на основе САТС 1, канала формирования обработки и визуализации сигнала (ФОВС) 2 и контроллера 3. Канал САТС включает входной оптический блок (объектив) 4, АОФ 5, ФПЗС-матрицу 6 выполненную со схемой интегральной электронной обвязки фотоприемника. Канал ФОВС включает входной аналоговый 7, цифровой 8 и выходной аналоговый 9 блоки, а также видеомонитор 10. Контроллер управления включает логическую схему 11 и органы управления 12. Компьютерный канал 13, включающий бортовую ЭВМ 14, интерфейс связи с ЭВМ 15 и органы управления 16. Канал гамма-калибровки 17, позволяющий проводить предварительную градуировку комплекса по уровням радиации на местности с использованием ПЧГТ с кодирующей апертурой 18 и блока обработки 19 для получения информации о МД гамма-излучения в заданных точках местности.It consists of a photo-television channel based on SATS 1, a channel for generating signal processing and visualization (FOVS) 2 and controller 3. The SATS channel includes an input optical unit (lens) 4, AOF 5, FPSS-matrix 6 made with the integrated electronic circuit of the photodetector. The FOVS channel includes input analog 7, digital 8, and output analog 9 blocks, as well as a video monitor 10. The control controller includes a logic circuit 11 and controls 12. A computer channel 13, including an on-board computer 14, a communication interface with a computer 15 and controls 16. A gamma-calibration channel 17, which allows preliminary calibration of the complex according to radiation levels on the ground using PCHT with a coding aperture 18 and processing unit 19 to obtain information about the MD of gamma radiation at specified points in the terrain.

Заявленный комплекс работает следующим образом:The claimed complex works as follows:

Поток УФ-излучения попадает во входной оптический блок 4 затем поступает в АОФ 5, где с помощью ультразвуковой волны создается объемная дифракционная решетка осуществляющая селекцию заданных спектральных составляющих (длин волн 315,9 нм, 337,1 нм и 357,7 нм). Полученные сигналы преобразовываются ФПЗС-матрицей в видеосигнал, который поступает через аналоговый блок 7 в цифровой блок 8, так как в общем случае сформированный фотоприемником видеосигнал не может быть подан непосредственно на монитор, поскольку обладает рядом специфических особенностей, главная из которых состоит в необходимости выделения разностного спектрального изображения РЗМ в спектре УФ флуоресценции. Другая особенность выходного видеосигнала состоит в том, что для улучшения качества изображения при низком уровне освещенности требуется его дополнительная обработка. Для преобразования видеосигнала к стандартному виду в канале ФОВС и предназначены цифровой блок 8 и два аналоговых модуля 7, 9. Таким образом, входным сигналом канала 2 является напряжение видеосигналов с выхода 1, а выходным - распределение освещенности на экране видеомонитора 10 и оцифрованные спектральные изображения поступающие в бортовую ЭВМ 14. Контроллер управления 3, с помощью логической схемы 11 формирует систему команд 12 управляющих отдельными модулями 7, 8, 9, а также синхронизирует работу блоков всего комплекса, в том числе процессы сопоставления плотности энергетической яркости флуоресценции в УФ диапазоне спектра и соответствующей этой величине МД в точках местности. Для этого используется канал гамма-калибровки 17. Калибровка проводится минимум по двум ИИИ с активностями, соответствующими граничным значениям измеряемой комплексом плотности энергетической яркости флуоресценции. При заданных параметрах полета ЛА, ПЧГТ направляется в точку расположения одного и второго ИИИ и проводится измерение МД. Обработанная информация 19 в виде электрического сигнала поступает через контроллер 3 в канал ФОВС, где ему присваивается определенная величина энергетической яркости, полученная в этой же точке при аналогичных параметрах полета каналом САТС 1. Значения энергетической яркости флуоресценции, лежащие в измеряемом комплексом диапазоне, определяются в соответствие с полученной линейной зависимостью изменения интенсивности УФ свечения от источника гамма-излучения с минимальной активностью к источнику с максимальной активностью. Непосредственно в процессе ведения воздушной радиационной разведки ПЧГТ выдает по команде логической схемы 11 информацию об уровне радиации для градуировки изображения РЗМ в выбранной точке. Компьютерный канал 13 осуществляет цифровую обработку видеоинформации, позволяет записывать и считывать из блоков канала ФОВС видеокадры, совмещает изображение подстилающей поверхности с проекцией зон загрязнения и выводит 16 на экран дисплея служебную информацию.The UV radiation stream enters the input optical unit 4 and then enters the AOF 5, where an ultrasonic wave creates a volume diffraction grating that selects the specified spectral components (wavelengths of 315.9 nm, 337.1 nm and 357.7 nm). The received signals are converted by the FPS matrix into a video signal, which is transmitted through analog block 7 to digital block 8, since in the general case the video signal generated by the photodetector cannot be directly fed to the monitor, since it has a number of specific features, the main of which is the need to isolate the difference REM spectral image in the UV fluorescence spectrum. Another feature of the video output signal is that additional processing is required to improve image quality at low light levels. The digital block 8 and two analog modules 7, 9 are designed to convert the video signal to the standard form in the FOVS channel. Thus, the input signal of channel 2 is the voltage of the video signals from output 1, and the output is the distribution of illumination on the screen of video monitor 10 and the digitized spectral images coming in to the on-board computer 14. The control controller 3, using the logic circuit 11 forms a system of commands 12 controlling individual modules 7, 8, 9, and also synchronizes the operation of blocks of the entire complex, including processes with placing radiance fluorescence densities in the UV range of the spectrum and the corresponding value of the terrain points in the MD. A gamma-calibration channel is used for this. 17. Calibration is carried out using at least two IRS with activities corresponding to the boundary values of the fluorescence energy density measured by the density complex. With the given flight parameters of the aircraft, the SPT is sent to the location point of one and the second III and the MD is measured. The processed information 19 in the form of an electric signal enters through the controller 3 into the FOVS channel, where it is assigned a certain value of the energy brightness obtained at the same point for the same flight parameters by the SATS channel 1. The values of the fluorescence energy brightness lying in the range measured by the complex are determined in accordance with the obtained linear dependence of the change in the intensity of UV light from the source of gamma radiation with minimal activity to the source with maximum activity. Directly in the process of conducting aerial radiation reconnaissance, the PSGT provides information on the level of radiation at the command of the logic circuit 11 for graduating the REM image at the selected point. Computer channel 13 carries out digital processing of video information, allows recording and reading video frames from FOVS channel blocks, combines the image of the underlying surface with the projection of pollution zones, and displays service information on the display screen 16.

Список используемых источниковList of sources used

1. Донахью Т.М. Обнаружение высотных взрывов по флуоресценции атмосферы // ТИИЭР, 1965, т.53, №12, с.2293.1. Donahue T.M. Detection of high-altitude explosions by atmospheric fluorescence // TIIER, 1965, vol. 53, No. 12, p. 2293.

2. Пояснительная записка к техническому проекту на ОКР, шифр «Антидетонатор»: БУТИ 201219.703ПЗ. - СПб.: ГУДП СКБ ТНВ, 2001. - 139 с.2. Explanatory note to the technical design for OCD, code "Antiknock": BUTI 201219.703ПЗ. - SPb .: GUDP SKB TNV, 2001 .-- 139 p.

3. Способ измерения спектральных характеристик отражения или излучения объекта в любой точке его телевизионного изображения и видеоспектрометр, реализующий этот способ в реальном или условном масштабе времени. Патент Российской Федерации №2179375.3. A method for measuring the spectral characteristics of the reflection or radiation of an object at any point in its television image and a video spectrometer that implements this method in real or conventional time scale. Patent of the Russian Federation No. 2179375.

4. Акустооптический спектрометр видимого и Уф-диапазона. - М.: НТЦУП. - Mhtml:fale://D:\Пользователи\User10\Акустооптические приборы.mht.4. Acousto-optical spectrometer of the visible and UV range. - M.: NTTSUP. - Mhtml: fale: // D: \ Users \ User10 \ Acousto-optical devices.mht.

5. Исследование принципов и методов обработки и передачи информации о РХБ обстановке, получаемой с помощью орбитальных средств: Отчет о НИР №5812 (заключительный); Руководитель А.Ю. Бойко; исполнители: С.Н. Соловых [и др.]. - Вольск-18: в/ч 61469, 2002. - 129 с.5. The study of the principles and methods of processing and transmitting information about the CBR situation obtained using orbital means: Research Report No. 5812 (final); Head A.Yu. Smartly; performers: S.N. Solovy [et al.]. - Volsk-18: military unit 61469, 2002 .-- 129 s.

Claims (3)

1. Оптико-электронный комплекс для ведения воздушной радиационной разведки местности дистанционным методом, отличающийся тем, что состав его элементов включает измерительный видеотракт с акустооптическим фильтром и ФПЗС-матрицей и позиционно-чувствительный гамма-телескоп, при этом комплекс включает логическую схему, выполненную с возможностью сопоставления яркости флуоресценции и мощности дозы гамма-излучения.1. Optoelectronic complex for conducting aerial radiation reconnaissance of the area using the remote sensing method, characterized in that the composition of its elements includes a measuring video path with an acousto-optic filter and FPSS-matrix and a position-sensitive gamma-ray telescope, while the complex includes a logic circuit configured to comparing the brightness of fluorescence and the dose rate of gamma radiation. 2. Оптико-электронный комплекс по п.1, отличающийся тем, что в конструкции измерительного видеотракта используется сочетание перестраиваемого акустооптического фильтра с ФПЗС-матрицей, формирующих фототелевизионное изображение яркости УФ свечения над радиоактивно загрязненной земной поверхностью в спектральной зоне пропускания акустооптического фильтра для длин волн 315,9 нм, 337,1 нм и 357,7 нм.2. The optical-electronic complex according to claim 1, characterized in that the design of the measuring video path uses a combination of a tunable acousto-optic filter with a FPSS matrix, forming a photo-television image of the brightness of the UV glow over a radioactively contaminated earth's surface in the spectral transmission zone of the acousto-optical filter for wavelengths 315 , 9 nm, 337.1 nm and 357.7 nm. 3. Оптико-электронный комплекс по п.1, отличающийся тем, что имеет канал гамма-калибровки, включающий позиционно-чувствительный гамма-телескоп с кодирующей апертурой, обеспечивающей направленный прием гамма-излучения от источников ионизирующего излучения, находящихся на подстилающей земной поверхности, измерение мощности дозы и формирование полученной информации в электрический сигнал. 3. The optical-electronic complex according to claim 1, characterized in that it has a gamma calibration channel, including a position-sensitive gamma telescope with a coding aperture, which provides directional reception of gamma radiation from sources of ionizing radiation located on the underlying earth's surface, measurement dose rate and the formation of the received information into an electrical signal.
RU2010136641/28A 2010-08-31 2010-08-31 Optical-electronic system for remote aerial radiological survey RU2489804C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010136641/28A RU2489804C2 (en) 2010-08-31 2010-08-31 Optical-electronic system for remote aerial radiological survey

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010136641/28A RU2489804C2 (en) 2010-08-31 2010-08-31 Optical-electronic system for remote aerial radiological survey

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010136641A RU2010136641A (en) 2012-03-10
RU2489804C2 true RU2489804C2 (en) 2013-08-10

Family

ID=46028832

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010136641/28A RU2489804C2 (en) 2010-08-31 2010-08-31 Optical-electronic system for remote aerial radiological survey

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2489804C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2601284C1 (en) * 2015-08-25 2016-10-27 Виктор Андреевич Павлов Method for adaptive spectral selection of targets

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1536995A1 (en) * 1988-04-25 1991-09-07 Московский Инженерно-Физический Институт Compton telescope for registering gamm-guanta
RU2179375C2 (en) * 1999-08-16 2002-02-10 Московское конструкторское бюро "Электрон" Method for measurement of spectral reflection characteristics or object radiation in any point of its television image and spectrometer realizing this method on real or preventative time scale
RU2219566C2 (en) * 2001-05-22 2003-12-20 Войсковая часть 61469 МО РФ Method of remote detection of radioactive objects
RU2312326C1 (en) * 2006-04-21 2007-12-10 Общество с ограниченной ответственностью "Прецизионная Акустооптика" Spectral laser fluorescent microscope

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1536995A1 (en) * 1988-04-25 1991-09-07 Московский Инженерно-Физический Институт Compton telescope for registering gamm-guanta
RU2179375C2 (en) * 1999-08-16 2002-02-10 Московское конструкторское бюро "Электрон" Method for measurement of spectral reflection characteristics or object radiation in any point of its television image and spectrometer realizing this method on real or preventative time scale
RU2219566C2 (en) * 2001-05-22 2003-12-20 Войсковая часть 61469 МО РФ Method of remote detection of radioactive objects
RU2312326C1 (en) * 2006-04-21 2007-12-10 Общество с ограниченной ответственностью "Прецизионная Акустооптика" Spectral laser fluorescent microscope

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2601284C1 (en) * 2015-08-25 2016-10-27 Виктор Андреевич Павлов Method for adaptive spectral selection of targets

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010136641A (en) 2012-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Holzapfel et al. Limits on the peculiar velocities of two distant clusters using the kinematic Sunyaev-Zeldovich effect
Malkan et al. A Hubble Space Telescope Search for Lyman Continuum Emission from Galaxies at 1.1< z< 1.4
Kern et al. Intercomparison of SO2 camera systems for imaging volcanic gas plumes
Kuze et al. Vicarious calibration of the GOSAT sensors using the Railroad Valley desert playa
Trouille et al. The OPTX Project. I. The flux and redshift catalogs for the CLANS, CLASXS, and CDF-N fields
Catalano et al. The astri camera for the cherenkov telescope array
Stachlewska et al. AMALi–the Airborne Mobile Aerosol Lidar for Arctic research
US7940377B1 (en) Passive background correction method for spatially resolved detection
BenZvi et al. Measurement of the aerosol phase function at the Pierre Auger Observatory
García-Bernete et al. The nuclear and extended mid-infrared emission of Seyfert galaxies
Korablev et al. The RUSALKA device for measuring the carbon dioxide and methane concentration in the atmosphere from on board the International Space Station
Hannawald et al. A fast SWIR imager for observations of transient features in OH airglow
Dionisi et al. Water vapor observations up to the lower stratosphere through the Raman lidar during the Maïdo Lidar Calibration Campaign
RU2489804C2 (en) Optical-electronic system for remote aerial radiological survey
Hartmann et al. Quantum efficiency of the XMM pn-CCD camera
Unick et al. A dedicated H‐beta meridian scanning photometer for proton aurora measurement
RU2460059C1 (en) Method of determining megapolis air pollution with harmful gases
Pan et al. Suomi-NPP OMPS nadir Mapper’s operational SDR performance
Ogawa et al. Observation of optical transients and search for PEV-EEV tau neutrinos with ASHRA-1
Fritz et al. Ultraviolet beam splitter characterization for use in a CubeSat optical system
RU2549610C1 (en) Method of detecting hazardous radioactive contamination of area
Dymond et al. Electron densities determined by the HIRAAS experiment and comparisons with ionosonde measurements
Burke et al. Calibration of the LSST instrumental and atmospheric photometric passbands
McCullough et al. Three-channel single-wavelength lidar depolarization calibration
Le Mer-Dachard et al. Design and performances of MicroCameras and Photometers instruments on TARANIS satellite for an advanced characterization of Transient Luminous Event in the upper atmosphere

Legal Events

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

Effective date: 20121121