CC BY
419
ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ ЗЕМЛИ, ФОТОГРАММЕТРИЯ
УДК 528.8 : 681.7
ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЕ ГИПЕР- И УЛЬТРАСПЕКТРАЛЬНЫЕ ВИДЕОСПЕКТРОМЕТРЫ ДЛЯ ЗАДАЧ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ
Георгий Георгиевич Горбунов
АО «Государственный оптический институт имени С. И. Вавилова», 199053, Россия, г. Санкт-Петербург, Кадетская линия В. О., 5, доктор технических наук, главный научный сотрудник, тел. (812)269-24-94, e-mail: gggorbunov@mail.ru
Константин Никитич Чиков
Университет ИТМО, 197101, Россия, г. Санкт-Петербург, Кронверкский пр., 49, кандидат технических наук, доцент кафедры проектирования и безопасности компьютерных систем, тел. (812)232-14-01, e-mail: otzi@mail.ifmo.ru
Виктор Брунович Шлишевский
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор кафедры наносистем и оп-тотехники, тел. (383)343-91-11, e-mail: kaf.nio@ssga.ru
Рассматриваются общие основы и особенности построения интерференционных видеоспектрометров (на базе динамических и статических фурье-спектрометров) с матричными фотоприемниками, предназначенных для решения различных задач дистанционного зондирования. Устанавливаются взаимосвязи геометрооптических и спектральных характеристик аппаратуры. Формулируются преимущества интерференционных гипер- и ультраспектральных приборов по сравнению с дисперсионными. Даются описания и приводятся технические параметры отдельных образцов отечественной и зарубежной аппаратуры.
Делается вывод, что развитие гипер- и ультраспектральной аппаратуры идет в направлении повышения энергетической чувствительности, расширения рабочего диапазона и улучшения спектрального разрешения, повышения точности калибровки по шкале длин волн (волновых чисел), совершенствования методов и способов борьбы со «смазом» изображения, вызываемого движением носителя, увеличения быстродействия обработки и передачи данных, улучшения массогабаритных параметров и унификации системообразующих узлов и модулей.
Ключевые слова: дистанционное зондирование, гипер- и ультраспектральные системы, бортовые видеоспектрометры, фурье-видеоспектрометр, матричный приемник излучения, система наблюдения Земли, космос, технические характеристики.
INTERFEROMETRIC HYPER AND ULTRASPECTRAL IMAGING SPECTROMETERS OF REMOTE SENSING
George G. Gorbunov
Federal State Unitary Enterprise Scientific and Industrial Corporation «Vavilov State Optical Institute», 199053, Russia, Saint Petersburg, 5 Kadetskaja line V. O., D. Sc., Chief Researcher, tel. (812)269-24-94, e-mail: gggorbunov@mail.ru
Konstantin N. Tchikov
ITMO University, 197101, Russia, Saint Petersburg, 49 Kronverksky Pr., Associate professor of Department Computer Systems Design and Security, tel. (812)232-14-01, e-mail: otzi@mail.ifmo.ru
Viktor B. Shlishevsky
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., D. Sc., Professor of Department Nanosystems and Optical Devices, tel. (383)343-91-11, e-mail: kaf.nio@ssga.ru
Considered general basis and peculiarities of building interferomectric imaging spectrometers (on the basis of dynamic and static Fourier spectrometers) with matrix photodetectors, designed for solving different tasks of remote sensing. Stated the interrelations of geometric-optical and spectral characteristics of devices. Formulated the advantages of interferomectric hyper- and ultraspectral devices in comparison with dispersive ones. Given the descriptions and technical parameters of particular samples of domestic and foreign devices. Drawn the conclusion that the development of hyper- and ultraspectral devices goes in the direction of increasing the energetic sensitivity, working band broadening and improving spectral resolution, improving calibration precision on wave length scale (wave numbers), perfecting methods and ways of avoiding blurred image, being caused by moving carrier, up-speeding data processing and transmitting, improving mass and size parameters and unification of system-forming units and modules.
Key words: remote sensing, hyper- and ultraspectral systems, airborne and satellite imaging spectrometers, imaging Fourier transform spectrometer, matrix radiation receiver, Earth observing system, space, specifications.
В настоящее время для решения многих научных и прикладных задач дистанционного зондирования (ДЗ), в том числе ДЗ Земли (ДЗЗ), становятся все более востребованными и инвестиционно-привлекательными гипер- и ультраспектральные видеоспектрометры (ВС) с матричными фотоприемниками (МФП) [1-10]. С их помощью многократно увеличивается объем снимаемой информации, что способствует получению об исследуемых объектах качественно новых и ранее недоступных сведений [10]. Напомним, что согласно сложившейся классификации (хотя и весьма условной), гиперспектральными считаются системы с числом рабочих каналов от -100 до -1 000 при спектральной разрешающей способности R от -100 до -500, а ультраспектральными - системы с числом каналов от -1 000 при спектральной разрешающей способности
R ^ 500 (рис. 1) [11, 12]. Некоторые области применения такой аппаратуры гражданского и военного назначения, а также предъявляемые к ней технические требования рассмотрены и обобщены, например, в [8-10].
МиШ8рес1га1
Иурег8рес1га1 Шй^рес^а!
Вапс! Вапс! Вапс! Вапс! Вапс! Вап<!
1 2 3 4 5 7
■45-.Б2 ■ 52-.60 .63.69 .79.90 1.55-1.75 2.08-2.35
Вапс! 6
10.4-12.4
1005 с^ Вапс15
10005 (И Вапс15
Рис. 1. Примерное разделение видеоспектральных систем по числу рабочих каналов
Современные ВС с МФП по типу блока спектральной селекции разделяются на дисперсионные и интерференционные [6]. В дисперсионных ВС для разложения излучения на спектральные составляющие используется классический призменный или дифракционный полихроматор, в интерференционных - динамический или статический фурье-спектрометр и поэтому соответствующие ВС можно называть фурье-видеоспектрометрами (ФВС).
Способы и особенности построения дисперсионных ВС с МФП систематизированы в [13]. В частности, проанализированы их принципиальная схема и идеология формирования так называемого «информационного параллелепипеда» («куба данных», «гиперкуба») при построчном сканировании объектов в режиме «ршЬЬгоот», показаны взаимосвязи геометрооптических и спектральных характеристик, изложена концепция расчета зеркально-линзовых оптических систем со сферической оптикой, дано описание и приведены технические параметры лучших образцов зарубежной и отечественной аппаратуры.
Настоящая статья продолжает цикл публикаций [8-10, 13] и посвящена гипер- и ультраспектральным ФВС с МФП, предназначенным для решения различных задач ДЗ - от лабораторной практики и аналитики до космического зондирования.
Говоря о ФВС, следует прежде всего иметь в виду, что собственно фурье-спектрометр - это прибор, в котором получение спектров происходит в два этапа [14]. На первом этапе регистрируется интерферограмма - вариации интенсивности светового потока при изменении разности хода двух пучков в интерферометре; ее переменная часть представляет собой, по сути, функцию автокорреляции исследуемого излучения. Второй этап заключается в математическом восстановлении из интерферограммы истинного спектра с использованием обратного преобразования Фурье.
По идеологии построения и предельным спектроэнергетическим возможностям ФВС разделяются на динамические (ДФВС), в основу которых заложен двухлучевой интерферометр с изменяющейся во времени разностью хода (как правило, интерферометр Майкельсона), и статические (СФВС), построенные на
базе интерферометров со стационарно установленными зеркалами (того же Майкельсона, Саньяка, Цендера - Маха и т. п.), в которых разность хода изменяется в пространстве [6]. Приборы обоих типов сегодня применяются практически во всем оптическом диапазоне, но наиболее эффективны они в его длинноволновой части.
Как известно [15, 16], в инфракрасной (ИК) области спектра в качестве единицы измерения по шкале абсцисс вместо длины волны X часто выступает волновое число* о = 1/Х (см-1). При этом взаимное соответствие узких спектральных интервалов 5Х = Х2 - Х1 и 5о = о2 - о1 при о2 = 1/Х1 и о1 = 1/Х2 в окрестности X = (Х1 + Х2)/2 = 1/о, устанавливается соотношением для спектральной разрешающей способности Я:
Я = = а (1)
' 5^ 5а
(строго говоря, здесь ог/5о = Хг/5Х - 5Х/4Хг-, но для прикладных задач это не имеет значения).
В «идеальных» щелевых дисперсионных спектральных приборах, когда все искажающие факторы отсутствуют, величина 5о есть интервал волновых чисел, соответствующий ширине геометрического изображения щели, - так называемая спектральная ширина щели [17, 18]. В дисперсионных ВС именно она обычно отождествляется со спектральной шириной отдельных каналов [13]. В принципе, такой же подход применим и для интерференционных систем. Тогда
1 а/2Ял
— = —5Х = а, 5Х = —2
ЯА,- \ ^
5 а = = 51 = а251 = ^2, (2)
и если рабочий диапазон ФВС отах - отт разбивается на по различных вплотную примыкающих друг к другу спектральных каналов шириной 5о, то оценочно
П = атах ~ атш = атах ~ атш я (3)
а о , ^
5а а
На рис. 2 приведена принципиальная схема ФВС, состоящего из входного проецирующего объектива, интерферометра и МФП.
* В отличие от длин волн, волновые числа прямо пропорциональны энергии возбуждения соответствующих колебательных переходов, что делает их значительно более удобными для идентификации и анализа спектров поглощения.
Рис. 2. Принципиальная схема ФВС:
01 - коллиматорный объектив; ИБ - интерферометрический блок;
02 - фокусирующий объектив; МФП - матричный фотоприемник
Интерферометр включает входную диафрагму, коллиматорный объектив, интерферометрический блок и фокусирующий объектив. МФП из N строк и M столбцов фоточувствительных элементов (пикселов) размещается в плоскости фокусировки интерференционной картины так, чтобы его столбцы были параллельны (а строки - перпендикулярны) заданному направлению x сканирования по поверхности исследуемого объекта. Сканирование может осуществляться либо за счет движения несущей платформы с установленным на ней прибором, как в задачах ДЗЗ (рис. 3), либо с помощью специального оптико-механического блока (на рисунках не показан). Важно отметить, что в ДФВС на МФП изображается весь исследуемый фрагмент Lx х Ly исследуемого объекта и каждый пиксел МФП определяет и пространственное, и спектральное разрешение на нем, а в СФВС с МФП по одной координатной оси располагаются пикселы, несущие информацию об интенсивности излучения в зависимости от текущей разности хода в интерферометре, а по другой - пикселы, характеризующие распределение интенсивности излучения по поверхности объекта.
В ДФВС разность хода А между интерферирующими пучками изменяется во времени за счет перемещения t одного из зеркал (рис. 4, а): А = 2t. При этом для каждого пиксела МФП (или группы пикселов - в случае их бинирования) спектральная информация (распределение яркости) Bi (о) представляется неявным образом в виде временной интерферограммы - переменной части соответствующей доли Fi приходящего на МФП светового потока от минимально разрешаемого элемента 5x х 5y поверхности исследуемого объекта:
да
F (А) = JBt (a)cos(2naA)da.
0
Массив интерферограмм Г (Д)
МФП
Рис. 3. Общая схема ДЗЗ с использованием ДФВС
Соответственно в — х — раз, где км > 1 и км > 1 - кратности бинирования
км км
строк и столбцов МФП, возрастает общий объем информации, считываемой с МФП в единицу времени. Истинные распределения В^о) восстанавливаются вычислительными средствами путем применения к каждой интерферограмме (А) обратного преобразования Фурье:
да
Б1 (а) = |^ (А)соб(2%аa)da .
о
Рис. 4. Принципиальная схема интерферометра ДФВС (а) с «классическим» размещением МФП (б): О1 - коллиматорный объектив; З1 - неподвижное зеркало; СД - светоделитель; - изображение неподвижного зеркала во втором плече интерферометра; З2 - сканирующее зеркало; О2 - фокусирующий объектив; МФП - матричный фотоприемник
В результате выполнения преобразования всех интерферограмм F (А) во «фрагментарные» спектры Bt (о) формируется конечный «информационный параллелепипед» - пространственно-спектральный массив данных B(x, y, о).
Спектральная ширина каналов (спектральное разрешение) ДФВС определяется величиной Amax, равной удвоенному максимальному перемещению tmax подвижного зеркала, и применяемым алгоритмом математической обработки экспериментальных данных. При использовании для вычисления 5о исходных предпосылок (1)-(3) типовые методики восстановления спектра приводят к значениям в пределах от 5о = 1,21/Amax до 5о = 1,79/Amax [19]. Иначе говоря,
5а~ 0,6^ °'9 = const и R «(1,12 ■ 1,65)atmax. (4)
max
Следовательно,
^ = а,шх ~ атт - ( ^ 165)( _ ат1п) (5)
оа
и
'тах -(0,6 0,9)-П-_-.
атах атт
Для задач гипер- и даже ультраспектральной видеосъемки перемещения сканирующего зеркала невелики (например, для интервала волновых чисел от отщ = 2 000 см-1 до отах = 5 000 см-1, разделенного на -0 = 1 000 каналов, величина 'тах находится в пределах всего от -2 до -3 мм), что позволяет (и облегчает) применять технику быстрого сканирования с регистрацией всех интерфе-рограмм за доли секунды.
В классическом построении с круглой входной диафрагмой (диаметром когда задействовано только центральное интерференционное кольцо (рис. 4, б), допустимые размеры МФП в ДФВС ограничиваются размером ё' ее изображения: $ = й0 = /'//[, где /[ и / - фокусные расстояния коллиматорного и фокусирующего объективов интерферометра. Само же значение же ё, в свою очередь, лимитируется соотношением ОЯ < 2п, где & = кс12/4 (//)2- телесный угол, стягиваемый диафрагмой. Отсюда $ < 2/{^2/Я , и, в итоге, размеры МФП должны удовлетворять условию
(аМ)2 +(НМ)2 < 8/2,
Ятах
где а и к - ширина и высота единичного пиксела (ширина столбцов и высота строк) используемого МФП, а Ятах = 4отах'тах. При этом предполагается, что по всему полю МФП дифракционные явления пренебрежимо малы, а аберрации оптической системы исправлены достаточно хорошо, чтобы не принимать их во внимание. Такое предположение означает, что для каждой фоточувствительной ячейки МФП размерностью акМ х ккх оптическим трактом организуется отдельный микрофурье-спектрометр, для которого ОЯ = 2п и
Я = 8 (Л)2. (6)
Если аберрационная коррекция выполнена еще тщательнее, то элементами МФП, помимо центрального, могут быть «охвачены» и периферийные кольца интерференционной картины.
(акМ )2 +(ккм )2
При зондировании удаленных объектов (например, ДЗЗ) геометрическим параметрам МФП, фокусным расстояниям объективов прибора и дальностям Н в общем случае соответствуют площадь кадра (см. рис. 3)
Н
и линеиное разрешение
ЬХ х Ьу = —;—(НИ х аМ)
•/экв
Н
5х х 5у = ——{кыИ X кма),
экв
где /э'кв = /вХ/27/[, а /вх << Н - фокусное расстояние входного проецирующего объектива. При этом ДФВС обладает мгновенным полем зрения
50 х х 50 у = /-к502, х х км502, у),
./вх
где 502гХ и 50^ - мгновенные поля зрения фокусирующего объектива по координатам х и у.
Когда позволяют энергетика (не требуется большой диаметр светового пучка) и компоновочно-конструктивные условия, схему ДФВС можно существенно упростить, исключив из нее входной проецирующий и коллиматорный объективы (рис. 5).
Рис. 5. Схема ДФВС с одним объективом:
СД - светоделитель; З1 - неподвижное зеркало; З[ - изображение
неподвижного зеркала во втором плече интерферометра; З2 - сканирующее зеркало; О - объектив; МФП - матричный фотоприемник
Тогда, как и для обычных цифровых фотосъемочных камер,
Lx х Ly = H(hN х aM), 5x xSy = H(kNh x kMa) и 50x x50y x^, J J НИ
где f ' - фокусное расстояние оставшегося единственного объектива.
Поскольку ДФВС обладают двумерным и примерно равноформатным по обеим координатам линейным полем зрения Lx х Ly (определяемым размерами МФП), то пространственное сканирование в них осуществляется либо в режиме «framing» (покадровая съемка, когда поле зрения остается фиксированным, а МФП функционально обеспечивает электронную спектральную развертку), либо в режиме «windowing» (когда двумерное поле зрения пошагово перемещается в направлении движения носителя с одновременным электронным считыванием информации вдоль полосы обзора) [20].
При использовании многоэлементных приемников излучения принципиальные преимущества сканирующих фурье-спектрометров по сравнению с классическими дисперсионными спектральными приборами, давно и хорошо известные [19, 21], становятся еще более ощутимыми и придают гипер- и ультраспектральной аппаратуре дополнительные новые положительные качества [22-27]. В обобщенном виде они заключаются в следующем [28, 29]:
- большой телесный угол входного отверстия (выигрыш Жакино), в пределах которого может собираться исследуемое излучение при той же спектральной разрешающей способности R, поскольку для каждого пиксела (или группы пикселов) фотоприемника справедливы свои выражения вида (6);
- мультиплексность (т. е. одновременность регистрации всех na спектральных каналов), что не только значительно (номинально в ^Jn^ раз) увеличивает
отношение сигнал/шум в регистрируемом спектре (выигрыш Фелжета), но и позволяет использовать обе координаты МФП для построения исследуемой сцены и применять алгоритмы уменьшения «смаза» и увеличения времени регистрации одиночной интерферограммы, а, следовательно, и отношения сигнал/шум;
- высокая точность привязки шкалы волновых чисел по одному внутреннему эталону (выигрыш Конна), что значительно упрощает калибровку аппаратуры и увеличивает надежность идентификации исследуемых объектов;
- широкий диапазон реализуемых значений 5о, определяемых только величиной достигнутой разности хода в плечах интерферометра, что позволяет создавать видеоспектрометрическую аппаратуру со спектральной шириной каналов, изменяющейся во время проведения эксперимента по заданной программе;
- наличие дополнительной информации из фазового спектра, показывающей перемену направления излучения системы «источник - приемник» для каждой длины волны, что особенно важно в ИК-области спектра при работе с не-
охлаждаемыми приемниками, так как это позволяет внести соответствующую коррекцию в спектры и повысить надежность информации;
- возможность компенсации собственного теплового излучения оптических и конструктивных элементов интерферометра за счет противофазности излучения деталей, находящихся до и после светоделительного слоя;
- получение дополнительной информации, извлекаемой из фазовых спектров, которую можно использовать для распознавания наличия и определения направления движения точечных подвижных излучателей; определение направления на них с погрешностью, меньшей одной десятой величины единичного пиксела МФП;
- возможность исключения усредненного однородного фона при исследовании точечных источников (путем раздельной регистрации и последующего вычитания соответствующих интерферограмм);
- практически полное отсутствие влияния на измерения рассеянного света; именно этот фактор во многих измерениях, проводимых с дисперсионными приборами, определяет истинную величину шума [30], и его исключение позволяет не только повысить точность измерений, но и улучшить массогабарит-ные характеристики аппаратуры за счет уменьшения количества и размеров светопоглощающих бленд и «ловушек»;
- более широкий по сравнению с дифракционными приборами спектральный рабочий диапазон и отсутствие свойственного им взаимного наложения различных спектральных порядков; например, интервал длин волн 2-20 мкм без особого труда охватывается одним ДФВС, тогда как в случае дифракционных ВС вследствие ограниченной области их высокого светопропускания (области высокой концентрации энергии применяемых дифракционных решеток) требуется использование либо трех отдельных приборов, либо прибора со сложной системой смены трех решеток и соответствующих комплектов отрезающих фильтров;
- однозначность конструкторских и методических решений при построении приборов для разных спектральных диапазонов и с различным спектральным разрешением.
Вообще, спектральная область работы ФВС ограничена только пропусканием оптических деталей (в основном, светоделителя) и чувствительностью МФП, причем именно приемник излучения чаще всего оказывается самым «узким» звеном всей системы. Его динамический диапазон должен быть значительно большим, чем в дисперсионных ВС, так как он регистрирует сигналы от интегрального значения спектральной яркости во всей рабочей области длин волн (при нулевой разности хода) до шумов, к тому же, в условиях интенсивной «паразитной» фоновой засветки, равной половине общего энергетического потока. Кроме того, быстродействие фотоприемного устройства ФВС должно позволять осуществлять съем информации со всех пикселов МФП за время пролета носителя на расстояние, заведомо меньшее величины единичного элемента пространственного разрешения.
Немаловажен и тот факт, что, согласно (4) и (5), в ДФВС спектральная ширина 5о и количество -0 рабочих каналов зависят только от реализованного перемещения сканирующего зеркала (а не от размеров диспергирующих элементов и фокусных расстояний объективов, как в дисперсионных приборах). Это позволяет легко адаптировать один и тот же интерферометр, имеющий конструктивный запас на величину 'тах («избыточное разрешение»), под самые разнообразные экспериментальные задачи всего лишь регулировкой предельного значения 'тах.
Первый ВС на основе интерферометра Майкельсона с МФП (прообраз всех будущих гипер- и ультраФВС) был создан, по-видимому, в СССР еще в самом начале 90-х гг. прошлого столетия под шифром МФС-Б [31].
Прибор предназначен для получения информации о спектроэнергетиче-ских, интегральных и пространственно-частотных характеристиках излучения объектов естественного и искусственного происхождения (фонов и целей) ночной и дневной Земли, акватории морей и океанов, атмосферы и космоса и является высокоавтоматизированным бортовым комплексом, имеющим целый набор штатных режимов (программ) работы, переключаемых по командам наземного пункта управления (НПУ).
В состав комплекса входят: модуль «АНИ-1» собственно ФВС, модуль «Баклан» телевизионной аппаратуры и модуль «БУПИ» радиоэлектронной аппаратуры управления и преобразования измерительной и служебной информации. Модуль «АНИ-1» представляет собой конструктивно законченный блок, структура которого перестраивается по командам управления. Телевизионная аппаратура «Баклан» осуществляет дежурный обзор пространства, поиск и обнаружение заданных целей и грубое наведение на них визирной оси модуля «АНИ-1». Аппаратура «БУПИ» отвечает за командно-информационную связь между модулями «АНИ-1» и «Баклан» и штатными средствами космического аппарата (КА).
Координаты района Земли, в котором ожидается появление предполагаемой цели, засылаются с НПУ по командной радиолинии на борт КА в виде программных команд управления. В соответствии с ними КА разворачивается в пространстве, направляя визирные оси модулей «АНИ-1» и «Баклан» на центр заданного района. На НПУ оператор наблюдает на видеоконтрольном устройстве (ВКУ) телевизионное изображение указанного района, визуально производит выбор объекта наблюдения и осуществляет его координатную привязку, в результате чего на НПУ формируется и засылается на борт КА числовая команда грубого целеуказания, по которой аппаратура «АНИ-1» начинает тепло-пеленгационный обзор пространства и многоканальное интегральное измерение яркостных контрастов со сбросом информации на НПУ в режимах «Большой обзор» (БО) или «Малый обзор» (МО).
Другой оператор НПУ наблюдает на ВКУ последовательность теплокадров БО, уточняя выбор объекта исследования и его координатную привязку. В результате на борт КА засылаются числовые команды точного целеуказания, по
которым «АНИ-1» во взаимодействии с «БУПИ» функционально обеспечивает автоматическое сопровождение объекта, а также выполняет энергетические измерения и сброс измерительной информации на НПУ. В комплексе реализованы:
общие характеристики
рабочий спектральный диапазон, мкм 1,8-3,5
количество разноспектральных каналов 95
спектральное разрешение, мкм 0,02-0,08
угол поля зрения, град. 2
диаметр входного зрачка, мм 480
эквивалентное фокусное расстояние, мм 770 скорость сканирования следящего
зеркала в пространстве предметов, град/с 2
максимальная погрешность установки
следящего зеркала, угл. сек. 4
характеристики режима БО
угловое поле зрения, угл. мин. 14 х 14
мгновенное поле зрения, угл. сек. 36 х 36
2 _15
пороговая облученность на входном зрачке, Вт/см 6,8 х 10
2 -15
то же с накоплением сигнала, Вт/см 1,7 х 10
характеристики режима МО
угловое поле зрения , угл. сек. 10 х 166
мгновенное поле зрения, угл. сек. 36 х 18
2 -15
пороговая облученность на входном зрачке, Вт/см 5,1 х 10
2 -15
то же с накоплением сигнала, Вт/см 1,85 х 10
характеристики режима «Измерение»
общее поле зрения 8 приемников, угл. сек. 80 х 80
поле зрения единичного приемника, угл. сек. 36 х 18
время записи интерферограммы, с 0,4
2 _14
пороговая облученность на входном зрачке, Вт/см 1,6 х 10
2 _15
то же при учете накопления, Вт/см 8,1 х 10
Фотоприемное устройство интерференционного (спектрометрического) блока представляет собой 56-канальный охлаждаемый резистор на основе соединения РЬБ. В общем герметическом корпусе содержатся:
_ 56 фоточувствительных площадок, расположенных в виде двух параллельных линеек;
_ 4 электронных коммутатора; _ 8 сумматоров сигнала;
- вторичные стабилизированные источники питания.
Восемь центральных фоточувствительных элементов используются в режиме «Измерение» для одновременного получения интерферограмм исследуемого излучения, 16 каналов используются в режиме МО, а 44 канала (центральные малые элементы в этом случае попарно суммируются) - в режиме БО для снятия интегральных пространственно-частотных характеристик исследуемого объекта. Рабочая температура фоточувствительных элементов (менее 195 К) обеспечивается бортовой радиационной системой охлаждения. Однозначность отклика каждого измерительного элемента достигается за счет регулируемой интегральной вольтовой чувствительности. Коэффициент взаимосвязи между измерительными каналами менее 5 %. Размеры центральных элементов составляют 0,08 х 0,16 мм, а остальных - 0,16 х 0,16 мм; зазор между площадками и линейками 0,01 мм. Общая длина каждой линейки 3,83 мм, плоский угол поля зрения элемента 40°.
В настоящее время в разработках гиперспектральной фурье-аппаратуры ДЗ, особенно в области решения военных задач, лидерство прочно удерживают США, в первую очередь, благодаря выполнению амбициозного проекта IRIS (IR Imaging Spectroradiometers) [32-36], направленного на всестороннее исследование технических подходов к ИК-измерениям пространственно-спектральных характеристик различных военных целей.
Одной из приоритетных задач проекта ставилось выявление и изучение потенциальных возможностей ВС всех основных типов, в том числе интерференционных, как в одиночном исполнении, так и в сочетании с другими датчиками. Аппаратурное обеспечение возлагалось на Исследовательскую Лабораторию ВВС США по программе продвинутых технологий SPIRITT (Spectral IR Remote Imaging Transition Testbed) [37-39], нацеленной на преодоление имеющихся проблем в обнаружении и идентификации сложных целей, особенно скрытых и замаскированных, и наведения на них.
Первые летные эксперименты были выполнены в части исследования полезности ИК ФВС в задачах дневного и ночного обнаружения военных целей на естественном окружающем фоне [40]. Тогда же ИК ФВС разработки университета штата Юта участвовал в известном военно-космическом эксперименте MSX ВМБО (Midcourse Space Experiment is a Ballistic Missile Defense Organization) по сбору данных наземных и небесных фонов и целей в рамках программы обнаружения пусков ракет SBIRS (Space Based Infrared System). Спектрометр сопрягался с фокусом внеосевого телескопа «SPIRIT-III» (диаметр главного зеркала 350 мм) и работал в диапазоне 2,5-30,0 мкм в разных режимах сканирования разности хода, позволяющих изменять реальное спектральное разрешение [41].
В 2000 г. США запустили два КА с устройствами фурье-спектрометрии -«MTI» («Multispectral Thermal Imager») двойного назначения и специальный экспериментальный спутник «Mightysat-II» [42, 43], который считается первой космической рабочей системой гиперспектральной съемки.
Ряд других стран, планирующих системы ДЗЗ нового поколения, также целенаправленно занимаются созданием гиперспектральных ФВС. Например, по программе глобальных исследований окружающей среды и измерения характеристик атмосферы французским космическим агентством «CNES» («Centre national d'études spatiales») для КА «Metop» разработан усовершенствованный ДФВС, охватывающий область спектра от 3,6 до 15,0 мкм [44].
Оригинальная конструкция широкопольного космического ИК ДФВС предложена и испытана специалистами Италии и Великобритании: оптика интерферометра имеет средства полной компенсации наклонов волнового фронта и позволяет измерять обе плоскости поляризации излучения источника на едином детекторе [45].
Из последних фирменных разработок, представленных на рынке аналитической аппаратуры ДЗ, можно выделить:
- линейку ДФВС «Hyper-Cam» фирмы «Telops» (Канада) с (320 х 260)-элементными МФП на основе тройного соединения «кадмий - ртуть - теллур» (КРТ) при спектральном разрешении (с регулировкой по необходимости) от 0,25 до 150 см-1 [46-50];
- систему дистанционного анализа «HI 90» фирмы «Bruker» (Германия) для области 870-1 440 см-1 с фотодиодной КРТ-матрицей (256 х 256 элементов), спектральным разрешением от 0,7 до 4 см-1 и мгновенным полем зрения 0,69 мрад [51];
- ДФВС «MRi» фирмы «Bomem» (Канада) с InSb- или КРТ-матрицами (для диапазонов 2,0-5,0 мкм и 8,0-11,0 мкм соответственно) размерностью 256 х 256 пикселов, мгновенным полем зрения 307, 122 или 32 мрад (со сменными объективами) и спектральным разрешением от 0,5 до 32 см-1 (по данным [52]).
В ФВС статического типа, как уже отмечалось выше, все оптические элементы неподвижны, а изменение разности хода интерферирующих пучков осуществляется в пространстве за счет, например, легкого заклона одного из зеркал (рис. 6). Одномерная интерферограмма фокусируется на линейчатый (чаще) или матричный (реже) приемники излучения. Такие приборы обладают меньшей спектральной разрешающей способностью по сравнению с ДФВС, но вследствие отсутствия подвижных частей они устойчивее к внешним воздействиям и гораздо надежнее в эксплуатации [53-58]. Кроме того, они обеспечивают максимально возможную скорость записи интерферограммы, ограниченную только быстродействием фотоприемника.
Входная диафрагма СФВС имеет форму узкой щели (одномерное поле зрения), что предопределяет использование лишь одной координаты пространственного разрешения и сканирование по поверхности исследуемого объекта в режиме «pushbroom» точно так же, как и в дисперсионных ВС (см. рис. 2 в [13]). При этом спектральная разрешающая способность СФВС определяется числом фоточувствительных элементов фотоприемника, расположенных вдоль оси y (на которую проецируется интерферограмма) и, как правило, не может превосходить величины M/2.
Рис. 6. Принципиальная схема интерферометра СФВС (меридиональное сечение): Щ - входная щель; О1 - коллиматорный объектив; З1 и З2 - неподвижные зеркала; СД - светоделитель; З1 - изображение первого неподвижного
зеркала во втором плече интерферометра; О2 - фокусирующий объектив; МФП (ЛФП) - матричный (линейчатый) фотоприемник
Первый СФВС космического базирования (по схеме интерферометра Саньяка), разработанный фирмой «Kestrel», Мичиганским технологическим институтом и Исследовательской Лабораторией ВВС США, был испытан в составе уже упоминавшегося выше спутника «Mightysat-II» в 2000 г. [43]. Его рабочий спектральный диапазон 0,475-1,1 мкм подразделялся на 150 различных каналов со спектральной шириной 5о = 85,4 см-1. Пространственное разрешение не местности составляло 30 м, полоса захвата - 6,5 х 26 или 15 х 20 км. Съемка осуществлялась в режиме строчного сканирования («pushbroom») фотоприемной линейкой из 1 024 пикселов. Интересные конструкции СФВС различного, в том числе военного, назначения на основе интерферометра Саньяка предложены и исследованы в США [37, 41, 59, 60], Европе [61-63] и Японии [39]. Отметим также неординарные схемы СФВС на базе интерферометра Волластона [64-66] и полярископа Савара [67-70].
В современной России, несмотря на имеющиеся задел и опыт прошлых лет (см., например, [31, 71-74]), интерференционной видеоспектрометрии, к сожалению, не уделяется должного внимания. Отдельные инициативы и заявки на проведение исследований (в основном, со стороны Государственного оптического института им. С. И. Вавилова [6, 28, 29, 56, 57, 75] и Сибирского государственного университета геосистем и технологий [28, 29, 56, 75]) не находят поддержки у потенциальных заказчиков. В частности, одно из предложений было направлено на создание опытного образца и подготовку к выпуску первой
партии оригинальных скоростных ДФВС [75], обеспечивающих возможность получения геометрооптического и спектрального разрешения исследуемых сцен по двум координатам в соответствии с угловым разрешением единичного пиксела. Аппаратура такого типа могла бы эффективно использоваться в следующих видах вооружения и военной техники:
- в танках и бронемашинах для обнаружения закамуфлированной военной техники и живой силы противника, определения наличия отравляющих веществ по мере продвижения в потенциально опасные районы;
- на самолетах и беспилотных летательных аппаратах для обнаружения скрытых объектов и для наведения высокоточного оружия;
- на малых КА для картографирования и составления разведывательных данных о размещении скрытых объектов.
Кроме того, она естественным образом приспособлена для целей оперативной, долговременной и полевой разведки. К задачам, которые способны решаться при ее применении, можно отнести:
- анализ фоноцелевой обстановки (предупреждение пусков ракет, идентификация движущихся целей);
- инженерную разведку (шахты ракет, блиндажи, газо- и нефтепроводы, электростанции, мосты, здания и сооружения);
- обнаружение замаскированных военно-технических средств (танки, машины, орудия, мины, ракетные установки и т. п.; идентификация сигнатур их выхлопных газов);
- тактическую разведку (разведка театра военных действий, обнаружение живой силы);
- химико-биологическую разведку (обнаружение и анализ зон химического и/или биологического поражения местности);
- военно-техническую инспекцию (идентификация продуктов деятельности военно-промышленных предприятий и военных баз).
По основным техническим характеристикам предложенный к проработке вариант ДФВС логично сравнить с ВС, созданным специалистами НТЦ ОАО «Красногорский завод им. С. А. Зверева» и установленным на КА «Ресурс-П», запущенном в июне 2013 г. [76-78].
Основные характеристики ДФВС ВС КА «Ресурс-П»
Рабочий спектральный диапазон Число спектральных каналов Спектральное разрешение Полоса захвата Угловое разрешение Тип спектрометрического блока 0,3-15,0 мкм (определяется чувствительностью МФП и разбивается на соответствующие поддиапазоны) до 1 000 до 1 нм до 1 000 разрешаемых пикселов от 2" до 5' динамический фурье-спектрометр 0,4-1,1 мкм (разбит на три поддиапазона) 96-216 5-10 нм до 500 разрешаемых пикселов 10" призменный полихроматор
Результаты сравнения свидетельствуют о безусловном превосходстве ДФВС по всем основным параметрам. Подобная разработка, направленная на активизацию отечественных исследований в области методов и средств гипер-и ультраспектральной видеосъемки, могла бы явиться действительным прорывом в область новейших высоких технологий, позволяющим не только существенно сократить наше отставание от зарубежного уровня, но и кардинально повысить научную и технологическую базу тех организаций и предприятий, которые бы участвовали в ее освоении.
В других странах постсоветского пространства работы по созданию ФВС находятся пока еще на самых начальных этапах. Так, в ЦКБ «Арсенал» Национального космического агентства Украины для установки на перспективные спутники ДЗЗ подготовлен технический проект гиперспектрометра из двух спаренных ДФВС со следующими расчетными характеристиками [79]:
рабочая область спектра, мкм 0,4_1,0 1,0_2,5
количество спектральных каналов 100_130 15_45 спектральное разрешение, нм 6_12 20_40
Предполагается, что с высоты полета 668 км линейное разрешение на местности составит 46,8 м при ширине полосы обзора 46,6 км. Специалистами Белорусского национального технического университета и ОАО «Пеленг» разработан и исследован макетный вариант СВФС по схеме интерферометра Саньяка для области 0,4_1,0 мкм с фокусным расстоянием объективов 100 мм, относительным отверстием 1 : 3 и угловым полем зрения 5° [80, 81].
Подводя итоги, можно констатировать, что интерференционная гипер-и ультраспектральная видеоспектрометрия представляет собой динамично развивающееся направление ДЗ, призванное решать уникальные задачи, недоступные для других видов оптико-электронных приборов и систем [82]. Для полноценного функционирования такой аппаратуры требуется высокий уровень информационного обеспечения, а именно:
_ мощные базы данных опорных спектров фоноцелевых ансамблей; _ математические модели изменения спектрального состава исследуемых объектов, учитывающие индикатрисы излучения и отражения;
_ многопараметрические математические модели спектрального пропускания и излучения атмосферы;
_ алгоритмы и программное обеспечение преобразования общефизической видеоспектральной информации в целевую информацию (извлечение максимально полезной информации при минимальных затратах);
_ специализированные тематические алгоритмы и программное обеспечение для перехода от целевой информации к тематической;
_ математические модели, описывающие связи тематических параметров со спектральными параметрами целевой информации.
При всем этом нужно иметь в виду, что привычные методы извлечения и обработки необходимой информации уже не могут быть реализованы из-за ее огромных объемов, требующих многочасовой работы бортовых вычислительных комплексов [83]. Отсюда становится понятной важность выделения наиболее информационно-емких рабочих поддиапазонов, позволяющих значительно уменьшить число спектральных компонентов при их дальнейшей идентификации, и методов сжатия (вплоть до масштаба 100 : 1) с последующей оптимальной выборкой спектральных данных при отождествлении различных ландшафтных (фоноцелевых) ансамблей.
Опираясь на достигнутый уровень техники, развитие гипер- и ультраспектральной аппаратуры идет в направлении повышения энергетической чувствительности, расширения рабочего диапазона и улучшения спектрального разрешения, повышения точности калибровки по шкале длин волн (волновых чисел), совершенствования методов и способов борьбы со «смазом» изображения, вызываемого движением носителя, увеличения быстродействия обработки и передачи данных, улучшения массогабаритных параметров и унификации системообразующих узлов и модулей [57]. Чрезвычайно перспективными представляются и работы по микроминиатюризации ФВС на основе микроэлектромеханических технологий. Достигнутые в данной области успехи уже сегодня позволяют создавать сверхминиатюрные интерференционные гиперспектрометры с линейными размерами всего в несколько миллиметров [84].
Под конкретные разнообразные задачи продолжают разрабатываться и различные нестандартные конструкции _ с использованием нетрадиционных оптических систем, новых технологий интерференционных устройств, многоэлементных фотоприемников и бортовой обработки изображений. Здесь несомненный интерес представляет сочетание видеоспектрометров со специальными поляризационными насадками и приставками [85], что превращает их, по сути, в многофункциональные видеоспектрополяриметры [41, 86_89].
Использование поляризационной составляющей излучения в ряде случаев ДЗ неоценимо дополняет информацию об объектах на сложных естественных фонах и тем самым повышает обнаружительную способность аппаратуры. Показательный пример таких возможностей приведен на рис. 7 [89].
Сочетание массива высококачественных изображений в различных спектральных интервалах с высокоточной радиометрической калибровкой, одновременной коррекцией влияния на измерения параметров атмосферы, современными методами моделирования и анализа данных (сжатие, обработка на борту и пр.) позволяет считать гипер- и ультраспектральные интерференционные ВС одними из самых совершенных приборов перспективных систем наблюдения, средств сбора, регистрации и обработки данных в интересах различных коммерческих структур и государственных заказчиков.
а) б)
Рис. 7. Пример повышения обнаружительной способности видеоаппаратуры за счет использования поляризационных свойств излучения: а) обычная фотография местности; б) то же изображение, полученное с помощью видеоспектрополяриметра. Во втором случае отчетливо видны два автомобиля, совершенно не заметные на цветном снимке
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Использование гиперспектральных измерений для дистанционного зондирования Земли / Д. В. Воронцов, А. Г. Орлов, А. П. Калинин, А. И. Родионов, И. Б. Шилов, И. Д. Родионов, В. Н. Любимов, А. Ф. Осипов // Препринт ИПМ РАН. - 2002. - № 702. - 35 с.
2. Гиперспектральное дистанционное зондирование Земли / С. П. Непобедимый, И. Д. Родионов, Д. В. Воронцов, А. Г. Орлов, С. К. Калашников, А. П. Калинин, М. Ю. Овчинников, А. И. Родионов, И. Б. Шилов, В. Н. Любимов, А. Ф. Осипов // Доклады Академии Наук. - 2004. - Т. 397, № 1. - С. 45-48.
3. Шилин Б. В., Хотяков В. В. Видеоспектральная аэросъемка - ведущее направление дистанционного зондирования в оптическом диапазоне // Оптический журнал. - 2004. -Т. 71, № 3. - С. 55-58.
4. Видеоспектрометры - новая перспективная аппаратура для дистанционных исследований / В. М. Красавцев, А. Н. Семенов, К. Н. Чиков, В. Б. Шлишевский // ГЕО-Сибирь-2007. III Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 25-27 апреля 2007 г.). - Новосибирск : СГГА, 2007. Т. 4, ч. 1. - С. 89-94.
5. Марков А. В., Шилин Б. В. Проблемы развития видеоспектральной аэросъемки // Оптический журнал. - 2009. - Т. 76, № 2. - С. 20-27.
6. Горбунов Г. Г. Многоспектральная и гиперспектральная аппаратура, мировой уровень, состояние вопроса в России // Оптический вестник. - 2011. - № 132. - С. 5-6.
7. Архипов С. А. Конференция «Гиперспектральные приборы и технологии». Краткий обзор // Контенант. - 2013. - Т. 12, № 1. - С. 5-14.
8. Горбунов Г. Г., Чиков К. Н., Шлишевский В. Б. Применение видеоспектрометрической аппаратуры дистанционного зондирования в геологии и экологии // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2015. XI Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 13-25 апреля 2015 г.). - Новосибирск : СГУГиТ, 2015. Т. 1. - С. 60-66.
9. Горбунов Г. Г., Чиков К. Н., Шлишевский В. Б. Дистанционная гипер- и ультраспектральная аппаратура // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2015. XI Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Сиб0птика-2015» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 13-25 апреля 2015 г.). -Новосибирск : СГУГиТ, 2015. Т. 2. - С. 89-94.
10. Гипер- и ультраспектральная видеоспектрометрия в задачах дистанционного зондирования / Г. Г. Горбунов, В. Б. Жарников, К. Н. Чиков, В. Б. Шлишевский // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2015. - № 5/С. - С. 188-198.
11. What is Imaging Spectroscopy (Hyperspectral Imaging)? [Электронный ресурс]. - URL: http://www.markelowitz.com/Hyperspectral.html (дата обращения: 11.01.2015).
12. Шухостанов В. К., Ведешин Л. А., Цыбанов А. Г. Гиперспектральная диагностика современной техносферы // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. - 2009. - Т. 1, вып. 6. - С. 243-248.
13. Горбунов Г. Г., Чиков К. Н., Шлишевский В. Б. Дисперсионные видеоспектрометры для задач гиперспектрального дистанционного зондирования // Вестник СГУГиТ. - 2015. -Вып. 4 (32). - С. 86-106.
14. Киселев Б. А. Фурье-спектрометрия // Большая советская энциклопедия. - 1978. -Т. 28. - С. 426-427.
15. ГОСТ 7601-78. Физическая оптика. Термины, буквенные обозначения и определения основных величин. - М. : ИПК Изд-во стандартов, 1982. - 18 с.
16. Смит А. Прикладная ИК-спектроскопия : Пер. с англ. - М. : Мир, 1982. - 328 с.
17. Пейсахсон И. В. Оптика спектральных приборов. - Л. : Машиностроение, 1975. -
312 с.
18. Малышев В. И. Введение в экспериментальную спектроскопию. - М. : Наука, 1979. - 480 с.
19. Белл Р. Дж. Введение в фурье-спектроскопию. - М. : Мир, 1975. - 380 с.
20. Sellar R. G., Boreman G. D. Comparison of relative signal-to-noise ratios of different classes of imaging spectrometers // Applied Optics. - 2005. - Vol. 44, No 9. - P. 1614-1624.
21. Светосильные спектральные приборы / В. А. Вагин, М. А. Гершун, Г. Н. Жижин, К. И. Тарасов. - М. : Наука, 1988. - 264 с.
22. О новых возможностях фурье-спектроскопии / Г. Г. Горбунов, Б. А. Киселев, А. И. Лазарев, В. В. Мурашов // Ведомственный сборник. - 1977. - Сер. Х, вып. 114. -С. 16-17.
23. Фурье-спектрометр с электрической компенсацией / Г. Г. Горбунов, В. И. Дубков, Б. А. Киселев, А. И. Лазарев // Ведомственный сборник. - 1984. - Сер. X, вып. 184. -С. 53-55.
24. Фурье-спектрометрия подвижных точечных объектов / Г. Г. Горбунов, А. Д. Камы-шенцев, Б. А. Киселев, А. И. Лазарев // Ведомственный сборник. - 1984. - Сер. X, вып. 186. -С. 21-26.
25. Исследование методом многоканальной фурье-спектрометрии с использованием фазовых спектров / Г. Г. Горбунов, А. Д. Камышенцев, Б. А. Киселев, А. И. Лазарев // Ведомственный сборник. - 1984. - Сер. X, вып. 193. - С. 36-40.
26. Горбунов Г. Г., Камышенцев А. Д. Вычисление спектров излучения подвижных точечных объектов в многоканальной фурье-спектрорадиометрии // Ведомственный сборник. -1984. - Сер. X, вып. 196. - С. 58-61.
27. Новые применения фурье-спектрометров с многоэлементными приемниками / Г. Г. Горбунов, Д. Н. Еськов, Н. В. Рябова, А. Г. Серегин // Оптический журнал. - 2005. -Т. 72, № 8. - С. 71-77.
28. Горбунов Г. Г., Шлишевский В. Б. О возможности построения гиперспектральной аппаратуры на основе метода фурье-спектрометрии для обнаружения скрытых объектов
в полевых условиях // «ГЕО-Сибирь-2007». III Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 25-27 апреля 2007 г.) - Новосибирск: СГГА, 2007. - Т. 4, ч. 1. - С. 74-79.
29. Афонин А. В., Горбунов Г. Г., Шлишевский В. Б. Видеоспектрометрическая аппаратура на основе метода фурье-спектрометрии для обнаружения малых газовых примесей в атмосфере // Оптика атмосферы и океана. - 2008. - Т. 21, № 9. - С. 823-826.
30. Никитин В. А. Методы оптимизации условий и повышения точности измерений в инфракрасной спектроскопии : автореф. докт. дис. - Л.: ГОИ им. С. И. Вавилова, 1976. -36 с.
31. Комплекс обзорно-спектрометрической аппаратуры МФС-Б / Г. Г. Горбунов, А. И. Лазарев, В. Н. Малютин, А. Л. Джаракян // Оптический журнал. - 2000. - Т. 67, № 5. - С. 61-67.
32. Rowlands N., Neville R. Calcite and dolomite discrimination using airborne SWIR imaging spectrometer data // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. -1996. - Vol. 2819: Imaging Spectrometry II. - P. 36-44.
33. Measured performance of an airborne Fourier transform hyperspectral imager / J. L. Otten, A. D. Meigs, G. R. Sellar, B. J. Rafert // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. - 1996. - Vol. 2819: Imaging Spectrometry II. - P. 291-299.
34. Selection of spectral bands for interpretation of hyperspectral remotely sensed images / P. F. Valdez, G. W. Donohoe, M. R. Descour, S. Motomatsu // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. - 1996. - Vol. 2819: Imaging Spectrometry II. - P. 195-203.
35. Analysis of airborne visible-infrared imaging spectrometer (AVIRIS) data of the Iron Hill, Colorado, carbonatite-alkalic igneous complex / L. C. Rowan, T. L. Bowers, J. K. Crowley, C. Anton-Pacheco, P. Gumiel, M. J. Kingston // Economic Geology and the Bulletin of the Society of Economic Geologists. - 1996. - No 90(7). - P. 1966-1982
36. Kruse F. A. Geologic mapping using combined analysis of airborne visible/ infrared imaging spectrometer (AVIRIS) and SIR-C/X-SAR data // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. - 1996. - Vol. 2819: Imaging Spectrometry II. - P. 24-35.
37. Space-based hyperspectral imagery of the Moon and Earth limb / L. J. Otten, B. A. Jones,
A. Edwards, J. Lane, T. R. Caudill, V. Osweiler, S. Yarbrough, J. Arnold, R. Quarles, E. T. Kouba // SPIE. - 2001. - Vol. 4540. - P. 88-99.
38. Scott W. B. Mightysat takes first hyperspectral images // AWST. - 2000. - Vol. 153, No 7. - P. 57.
39. Zhan G. Static Fourier-transform spectrometer with spherical reflectors // Applied Optics. - 2002. - Vol. 41, No 3. - P. 560-563.
40. Hyperspectral remote sensing of the atmospheric profiles with spacecrafts and aircrafts / W. L. Smith, D. K. Zhou, F. Harrison, H. Revercomb, A. Larar, A. Huang, B. Huang // SPIE. -2000. - Vol. 4151. - P. 94-102.
41. Tyo J. S., Turner T. S. Variable-retardance, Fourier-transform imaging spectropolarimeters for visible spectrum remote sensing // Applied Optics. - 2001. - Vol. 40, No 9. - P. 1450-1458.
42. High-resolution Fourier transform ultraviolet spectrometer for the measurement of atmospheric trace species: application to OH / R. P. Cageao, J.-F. Blavier, J. P. McGuire, Y. B. Jiang, V. Nemtchinov, F. P. Muls, S. P. Sander // Applied Optics. - 2001. - Vol. 40, No 12. -P. 2024-2030.
43. Beer R., Glavich T. A., Rider D. M. Tropospheric emission spectrometer (TES) for the Earth Observing system's Aura Satellite // Applied Optics. - 2001. - Vol. 40, No 15. - P. 2356-2360.
44. Spaceborne infra-red interferometer of the IASI instrument / F. Henault, C. Buil,
B. Chidaine, D. Scheidel // Proceedings of SPIE. - 1998. - Vol. 3437. - P. 192-202.
45. Design of an efficient broadband far-infrared Fournier-transform spectrometer / B. Carli, A. Barbis, J. E. Harries, L. Palchetti // Applied Optics. - 1999. - Vol. 38, No 18. - P. 3945-3950.
46. With TELOPS Hyper-Vision Systems, you will detect, identify, and quantify substances previously invisible [Электронный ресурс]. - URL: http://www.mapping-solutions.co.uk/downloads/data/pdf/T1004.pdf (дата обращения: 05.07.2015).
47. TELOPS. Innovative Infrared Imaging [Электронный ресурс]. - URL: http://www.telops.com/en/hyperspectral-cameras/hyper-cam (дата обращения: 05.07.2015).
48. ASPRS 2010 Annual Conference San Diego, California, April 26-30, 2010 / E. Puckrin, C.-S. Turcotte, P. Lahaie, D. Dube, V. Farley, P. Lagueux, F. Marcotte, M. Chamberland Airborne infrared-hyperspectral mapping for detection of gaseous and solid targets [Электронный ресурс]. -URL: http://www.asprs.org/a/publications/proceedings/sandiego2010/sandiego10/Puckrin.pdf (дата обращения: 05.07.2015).
49. A Hyperspectral Thermal Infrared Imaging Instrument for Natural Resources Applications / M. Schlerf, G. Rock, P. Lagueux, F. Ronellenfitsch, M. Gerhards, L. Hoffmann, T. Udelhoven [Электронный ресурс]. - URL: https://hyspiri.jpl.nasa.gov/downloads/2012_Workshop/day3/3_ HyspIRI_schlerf.pdf (дата обращения: 05.07.2015).
50. Design and Performance of the Hyper-Cam, an Infrared Hyperspectral Imaging Sensor / P. Lagueux, V. Farley, M. Chamberland, A. Villemaire, C. Turcotte, E. Puckrin [Электронный ресурс]. - URL: http://www.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a568314.pdf (дата обращения: 05.07.2015).
51. HI 90. Обзор оборудования фирмы «Bruker» [Электронный ресурс]. - URL: https://www.bruker.com/ru/products/infrared-near-infrared-and-raman-spectroscopy/remote-sensing/ hi-90/learn-more.html (дата обращения: 05.07.2015).
52. Морозов А. Н., Светличный С. И., Табалин С. Е. Локализация химических соединений в атмосфере с помощью фурье-спектрорадиометра // Физические основы приборостроения. - 2014. - Т. 3, № 4. - С. 5-18.
53. Горбунов Г. Г., Дубков В. И., Егорова Л. В. Фурье-спектрометрия источников излучения на основе статического фурье-спектрометра // Ведомственный сборник. - 1984. -Сер. X, вып. 193. - С. 53-57.
54. Фурье-спектрометры статического типа / Л. В. Егорова, Д. С. Ермаков, Д. Г. Кувал-кин, О. К. Таганов // Оптико-механическая промышленность. - 1992. - № 2. - С. 3-14.
55. Дричко Н. М., Егорова Л. В., Таганов О. К. Малогабаритный статический фурье-спектрометр поляризационного типа // Оптический журнал. - 2006. - Т. 73, № 12. - С. 51-56.
56. Горбунов Г. Г., Шлишевский В. Б. Статический фурье-спектрометр как основной элемент построения современного гиперспектрального видеоспектрометра // «ГЕО-Сибирь-2009». V Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 20-24 апреля 2009 г.). -Новосибирск: СГГА, 2009. - Т. 4, ч. 1. - С. 87-88.
57. Гиперспектральная аппаратура для дистанционного зондирования Земли / Г. Г. Горбунов, А. В. Демин, В. О. Никифоров, А. М. Савицкий, Ю. С. Скворцов, М. Н. Сокольский, В. П. Трегуб // Оптический журнал. - 2009. - Т. 76, № 10. - С. 75-82.
58. Статический фурье-спектрометр видимого диапазона / А. Ю. Бойко, Иг. С. Голяк, Ил. С. Голяк, С. К. Дворук, А. М. Доровских, А. А. Есаков, В. Н. Корниенко, Д. В. Косенко, И. В. Кочиков, А. Н. Морозов, С. И. Светличный, С. Е. Табалин // Известия РАН. Энергетика. - 2010. - № 2. - С. 12-21.
59. Rafert J., Otten L. J. Satellite sends hyperspectral imaging from space // Laser Focus. -2001. - No 5. - P. 181-183.
60. Freeman J. Mightysat-II soars beyond experimental objectives: prelinamary results // AIAA Space-2001 Conf. and Exposition. - P. 696-706.
61. Poggesi Simulation of Performance of a Stationary Imaging Interferometer for HighResolution Monitoring of the Earth / A. Barducci, P. Marcoionni, I. Pippi, M. // Proceedings of SPIE. - 2001. - Vol. 4540. - P. 112-121.
62. Performance assessment of a Stationary Interferometer for High-Resolution Remote Sensing / A. Barducci, A. Casini, F. Castagnoli, P. Marcoionni, M. Morandi, I. Pippi // Proceedings of SPIE. - 2002. - Vol. 4725. - P. 547-555.
63. ALISEO: a new Stationary Imaging Interferometer / A. Barducci, V. de Cosmo, P. Marcoionni, I. Pippi // Proceedings of SPIE. - 2004. - Vol. 5546. - P. 262-270.
64. Padgett M. J., Harvey A. R. A static Fourier-transform spectrometer based on Wollaston prisms // Review of Scientific Instruments. - 1995. - Vol. 66, No 4. - P. 2807-2811.
65. Boer G., Scharf T., Dandliker R. Compact static Fourier transform spectrometer with a large field of view based on liquid-cristal technology // Applied Optics. - 2002. - Vol. 41, No 7. -P. 1400-1407.
66. High-performance nonscanning Fourier-transform spectrometer that uses a Wollaston prism array / D. Komisarek, K. Reichard, D. Merdes, D. Lysak, P. Lam, S. Wu, S. Yin // Applied Optics. - 2004. - Vol. 43, No 20. - P. 3983-3988.
67. Static Fourier-transform spectrometer based on Savart polariscope / G. Zhan, K. Oka, T. Ishigaki, N. Baba // Proceedings of SPIE. - 2001. - Vol. 4480. - P. 198-203.
68. A static polarization imaging spectrometer based on a Savart polariscope / C. Zhang, B. Xiangli, B. Zhao, X. Yuan // Optics Communications. - 2002. - Vol. 203. - P. 21-26.
69. Zhang C., Xiangli B., Zhao B. Permissible deviations of the polarization orientation in the polarization imaging spectrometer // Journal of Optics A: Pure Applied Optics. - 2004. - Vol. 6, No 8. - P. 815-817.
70. Zhang C., Zhao B., Xiangli B. Wide-field-of-view polarization interference imaging spectrometer // Applied Optics. - 2004. - Vol. 43, No 33. - P. 6090-6094.
71. Горбунов Г. Г., Мошкин Б. Е. Фурье-спектрорадиометры для исследования планетных атмосфер // Оптический журнал. - 2000. - Т. 67, № 5. - С. 68-74.
72. Горбунов Г. Г. Методы и приборы фурье-спектрометрии космического базирования : автореф. докт. дис. - СПб. : ГОИ им. С. И. Вавилова, 2002. - 53 с.
73. Технологический образец бортового инфракрасного фурье-спектрометра ИКФС-2 для температурного и влажностного зондирования атмосферы Земли / Ф. С. Завелевич, Ю. М. Головин, А. В. Десятов, Д. А. Козлов, Ю. П. Мацицкий, А. Г. Никулин, Р. И. Травников, А. С. Романовский, С. А. Архипов, В. А. Целиков // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса: Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов. - М. : ООО «Азбука-2000», 2009. - Т. 1, вып. 6. - С. 259-266.
74. Многоцелевой фурье-спектрометр космического базирования (экспериментальный образец) / Б. Е. Мошкин, В. А. Вагин, А. В. Жарков, С. В. Максименко, Ю. П. Мацицкий, А. С. Романовский, А. И. Хорохорин, М. А. Шилов // Приборы и техника эксперимента. -2012. - № 5. - С. 1-7.
75. Горбунов Г. Г., Шлишевский В. Б. Проект создания гиперспектрального фурье-видеоспектрометра для задач дистанционного зондирования // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2015. XI Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «СибОптика-2015» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 13-25 апреля 2015 г.). Новосибирск: СГУГиТ, 2015. - Т. 2. - С. 98-101.
76. Архипов С. А., Линько В. М., Бакланов А. И. Гиперспектральная аппаратура для КА «Ресурс-П» и перспективы ее модернизации // Материалы Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы ракетно-космической техники и ее роль в устойчивом социальном развитии общества». - Самара, 2009. - С. 186.
77. Архипов С. А., Ляхов А. Ю., Тарасов А. П. Работы ОАО «Красногорский завод им. С. А. Зверева» по созданию гиперспектральных приборов дистанционного зондирования // «Гиперспектральные приборы и технологии». Науч.-техн. конф. : тез. докл. (Красногорск, 17-18 января 2013 г.) - Красногорск : МА «КОНТИНАНТ», ОАО «Красногорский завод им. С. А. Зверева», 2013. - С. 25-30.
78. Федеральное космическое агентство. «Космический аппарат «Ресурс-П» выдал первые тестовые снимки» [Электронный ресурс]. - URL: http://www.federalspace.ru/19661/ (дата обращения: 18.03.2015).
79. Обоснование технического облика бортового оптико-электронного комплекса среднего пространственного разрешения перспективного спутника дистанционного зондирования Земли / М. А. Попов, Н. И. Лихолит, С. А. Станкевич, С. П. Ковальчук, В. В. Полежаев, В. М. Тягур [Электронный ресурс]. - URL: http://d33.infospace.ru/d33_conf/sb2010t2/293-299.pdf (дата обращения: 14.05.2015).
80. Артюхина Н. К., Климович Т. В., Котов М. Н. Математическое моделирование фурье-видеоспектрометра // Приборы и методы измерений. - 2012. - № 1 (4). - С. 24-29.
81. Артюхина Н. К., Климович Т. В., Котов М. Н. Экспериментальное исследование характеристик изображения фурье-видеоспектрометра в видимом и ближнем ИК-диапазоне // Наука и техника. - 2014. - № 3. - С. 35-38.
82. Горбунов Г. Г. Направления развития фурье-спектрометрии // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. - 2004. - Вып. 13. - С. 151-155.
83. Федеральное космическое агентство. «Концепция развития российской космической системы дистанционного зондирования Земли на период до 2025 года» [Электронный ресурс]. - URL: http://www.gisa.ru/file/file766.doc (дата обращения: 24.12.2014).
84. Zander D., Mir J. "Seeing What Your Eye Can't See". A Mini-Hyperspectral Imager // Infotonics Technology Center. - 2005. - October 10.
85. Тарасов В. В., Якушенков Ю. Г. Двух- и многодиапазонные системы с матричными приемниками излучения. - М. : Университетская книга, Логос, 2007. - 192 с.
86. Tyo J. S., Goldstein D. L. Review of passive imaging polarimetry for remote sensing applications // Applied Optics. - 2006. - Vol. 45, Iss. 22. - P. 5453-5469.
87. Hasekamp O. P., Landgraf J. Retrieval of aerosol properties over land surface: capabilities of multiple-viewing-angle intensity and polarization measurements // Applied Optics. - 2007. -Vol. 46, Iss. 16. - P. 3332-3344.
88. First results from a dual photoelastic-modulator-based polarimetric camera / David J. Diner, A. Davis, B. Hancock, S. Geier, B. Rheingans, V. Jovanovic, M. Bull, D. M. Rider, R. A. Chipman, A.-B. Mahler, S. C. McClain // Applied Optics. - 2010. - Vol. 49, Iss. 15. -P. 2929-2946.
89. The Airborne Multiangle SpectroPolarimetric Imager (AirMSPI): a new tool for aerosol and cloud remote sensing / D. J. Diner, F. Xu, M. J. Garay, J. V. Martoncik, B. E. Rheingans, S. Geier, A. Davis, B. R. Hancock, V. M. Jovanovic, M. A. Bull, K. Capraro, R. A. Chipman, S. C. McClain // Atmospheric Measurement Techniques Discussions. - 2013. - No 6. -P. 1717-1769.
Получено 28.01.2016
© Г. Г. Горбунов, К. Н. Чиков, В. Б. Шлишевский, 2016
