Influence of Angles of Shighting and the Earth's Surface Curvature on the Spatial Resolution of the Space Electro-Optical Viewing System

Autor: Pinchuk, B. Yu., Kolobrodov, V. G., Tiagur, V. M.
Jazyk: ukrajinština
Rok vydání: 2018
Předmět:
Zdroj: Наукові вісті КПІ : міжнародний науково-технічний журнал, 2018, № 5(121)
Popis: Проблематика. Однією з ключових відмінностей між авіаційними і космічними оптико-електронними системами спостереження (ОЕСС) дистанційного зондування Землі є висота, з якої проводиться зйомка земної поверхні. Різниця між висотами авіаційних і космічних приладів може досягати декількох порядків, тому якщо для авіаційних ОЕСС ще можна розраховувати просторове розділення на площині, то для космічних ОЕСС це є критичним і необхідно додатково враховувати кривизну поверхні Землі, особливо при кутах візування, відмінних від нуля. Мета дослідження. Розробка фізико-математичної моделі для визначення роздільної здатності ОЕСС, яка враховує кривизну поверхні Землі, орбітальну висоту та координати положення космічного апарата при різних кутах візування. Методика реалізації. В основі фізико-математичної моделі запропоновано використовувати двовісний еліпсоїд як апроксимацію форми Землі для визначення її кривизни та траєкторію сонячно-синхронної орбіти. Результати дослідження. Практичні результати розрахунків доводять, що кривизна поверхні Землі для космічних ОЕСС суттєво впливає на просторове розділення і відрізняється від результатів, отримуваних фізико-математичною моделлю, в якій просторове розділення визначається на плоскій поверхні. Результати проектування показують, що при відхиленні за кутами візування необхідно при розрахунках врахувати додаткове відхилення, яке збільшується при віддалені від надира. На максимальних кутах візування тангажа і крена по ±35°, тобто коли ОЕСС відхилена на 44,7° від надира, додаткове відхилення становить 6,3°, що суттєво впливає на визначення просторового розділення. Висновки. Аналіз запропонованої фізико-математичної моделі ОЕСС показав, що кривизна поверхні Землі, траєкторія орбіти і розташування космічного апарата, на відміну від висоти, впливають на деформацію форми проекції пікселів. При цьому значення кутів відхилення проекції рядків і колонок матричного приймача випромінювання відносно напрямку польоту змінюються нелінійно, що негативно впливає на модуляційну передавальну функцію системи і вимагає калібрування деяких параметрів у процесі польоту залежно від кутів візування і координат розташування. Background. One of the key differences between the aeronautical and space optical-electronic viewing systems (OEVS) of remote sensing of the Earth is the height from which the Earth's surface picture is taken. The difference between the heights of aircraft and spacecraft devises can reach several orders of magnitude, so if for aeronautical OEVS you can calculate spatial division on a plane, then for space OEVS this is critical and it is necessary to additionally consider the Earth's surface curvature, especially for angles of sighting other than zero. Objective. The aim of the paper is to develop physico-mathematical model for determining the resolution of the OEVS, which considers the Earth's surface curvature, the orbital height and location of the spacecraft position for different angles of shighting. Methods. In the basis of physical and mathematical model is proposed to use a biaxial ellipsoid as an approximation of the Earth shape to determine its surface curvature and Sun-synchronous orbit trajectory. Results. Practical results of the calculations prove that the Earth's surface curvature for space OEVS significantly influence the spatial resolution and differs from the results obtained by physical and mathematical model in which the spatial resolution is determined on a flat surface. The results of the design show, that when deflected at the angles of shighting, it is necessary to consider the additional deflection in calculations, which it increases, when distance increases for the nadir. At maximum angles of sight, pitch and roll to ±35°, i.e. when the OEVS is deflected at 44.7° from the nadir, the additional deflection is 6.3°, which significantly influences the determination of spatial resolution. Conclusions. The analysis of the proposed the physico-mathematical model of the OEVS showed that the Earth's surface curvature orbit trajectory and the location of the spacecraft, unlike the height, influence the pixels' projection shape deformation. In this case, the values of the projection tilt angles of the rows and columns of the matrix detector relative to the flight direction change nonlinearly, which adversely influence the system modulation transfer function and require the calibration for some parameters during the flight depending on the angles of shighting and location coordinates. Проблематика. Одним из ключевых различий между авиационными и космическими оптико-электронными системами наблюдения (ОЭСН) дистанционного зондирования Земли является высота, с которой производится съемка земной поверхности. Разница между высотами авиационных и космических приборов может достигать нескольких порядков, поэтому если для авиационных ОэСн еще можно рассчитывать пространственное разрешение на плоскости, то для космических ОэСн это является критическим и необходимо дополнительно учитывать кривизну поверхности Земли, особенно при углах визирования, отличных от нуля. Цель исследования. Разработка физико-математической модели для определения разрешения ОЭСН, которая учитывает кривизну поверхности Земли, орбитальную высоту и координаты положения космического аппарата при различных углах визирования. Методика реализации. В основе физико-математической модели предложено использовать двухосный эллипсоид как аппроксимацию формы Земли для определения ее кривизны и траекторию солнечно-синхронной орбиты. Результаты исследования. Практические результаты расчетов показывают, что кривизна поверхности Земли для космических ОЭСН существенно влияет на пространственное разрешение и отличается от результатов, получаемых физикоматематической моделью, в которой пространственное разрешение определяется на плоской поверхности. Результаты проектирования показывают, что при отклонении по углам визирования необходимо при расчетах учитывать дополнительное отклонение, которое увеличивается при удалении от надира. На максимальных углах визирования, тангажа и крена по ±35°, то есть когда ОЭСН отклонена на 44,7° от надира, дополнительное отклонение составляет 6,3°, что существенно влияет на определение пространственного разрешения. Выводы. Анализ предложенной физико-математической модели ОЭСН показал, что кривизна поверхности Земли, траектория орбиты и расположение космического аппарата, в отличии от высоты, влияют на деформацию формы проекции пикселей. При этом значения углов отклонения проекции строк и столбцов матричного приемника излучения относительно направления полета изменяются нелинейно, что отрицательно влияет на модуляционную передаточную функцию системы и требует калибровки некоторых параметров в процессе полета в зависимости от углов визирования и координат местоположения.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: