CC BY
4УДК 519.6+520.2
Методика оценки характеристик обнаружения оптико-электронной системы ГЕОДСС наземного базирования
19 9 1
Зиновьев Ю.С. , Мишина О.А. *, Захаров А.Ю. , Хатанзейская М.А.
1 Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского, ул. Ждановская, 13, Санкт-Петербург, 197198, Россия Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» имени Д.Ф. Устинова, 1-ая Красноармейская, 1, Санкт-Петербург, 190005, Россия
*e-mail: olga_a_mishina@mail.ru
Статья поступила 25.06.2019
Аннотация
В статье рассматривается методический аппарат оценивания характеристик обнаружения фотометрического канала оптико-электронной системы наземного базирования ГЕОДСС. Оценка проводится по эталонным объектам, находящимся на геостационарной орбите. Учитывается неравномерность квантовой эффективности фотоприемного устройства (ФПУ) по рабочему спектральному диапазону. Рассмотрена возможность работы телескопа в полосах Джонсона. Приводятся основные выражения для расчета как интегрального отношения сигнал/шум, так и в полосах Джонсона.
Ключевые слова: оптико-электронная характеристики обнаружения, квантовая космические объекты, звездная величина.
система наземного базирования, эффективность, полосы Джонсона,
Введение
Системы контроля космического пространства (СККП) России и США созданы для контроля космических объектов и мониторинга засоренности околоземного космического пространства космическим мусором [1, 2, 3, 4, 5]. По обнаруженным объектам ведется динамический каталог, в котором содержатся сведения о назначении космических объектов (КО), их принадлежности, параметрах орбит, различных некоординатных характеристиках. Эта информация подлежит периодическому уточнению по результатам регулярных наблюдений КО и космического мусора [6, 7, 8, 9].
Важной составляющей СККП США является наземный электронно-оптический комплекс зондирования глубокого космоса ГЕОДСС (GEODSS - Ground based Electro-Optical Deep Space Surveillance) [10, 11, 12].
Основные тактико-технические характеристики (ТТХ) этого комплекса были известны [13, 14]. Однако после того, как комплекс подвергся модернизации и получил современные ПЗС-приемники [15] информация о его новых возможностях практически отсутствует. В частности, представляет интерес его проницающая способность по малым объектам на геостационарных и высокоэллиптических орбитах, возможности по работе в полосах Джонсона, что открывает направление по спектральной классификации КО. В этой связи проведение моделирования данного комплекса с использованием новой информации о его ТТХ, известных из открытых источников [10, 16, 17], позволяет оценить его потенциальные характеристики по обнаружению как КО, так и космического мусора.
В работе [10] рассмотрены некоторые характеристики оптико-электронной системы (ОЭС) телескопа видимого диапазона наземного базирования системы GEODSS. Однако в ней отсутствует методический подход, позволяющий оценить ряд базовых характеристик указанной системы (проницающая способность и т.п.).
В работах [18, 19, 20] рассмотрены методические основы оценки ряда базовых характеристик телескопов. Однако в этих работах не учитывается существенная неравномерность квантовой эффективности современных ФПУ, которые функционируют в видимом диапазоне, а также отсутствуют оценки проницающей способности этих телескопов при работе по объектам на геостационарной орбите, а также оценки возможностей использования полос Джонсона для решения задач спектральной селекции.
Рассмотрим методический аппарат, позволяющий решить указанные выше задачи.
Основные соотношения для расчета потока оптического излучения
Как известно, обнаружение объекта в поле зрения телескопа производится по пороговому принципу [18, 19, 21, 22]. В его основе лежит условие, согласно которому значение потока оптического излучения, полученного от объекта наблюдения Фоб должно в qтp раз превышать эквивалентный пороговый поток ФЕ:
ч = = * ?п> (1)
Ф2 а2 тр
где q - отношение сигнал/шум;
qтp - требуемое отношение сигнал/шум;
Ф°б (ДА,) - полный поток от объекта (в электронах);
а^ - значение среднеквадратичного отклонения (СКО) суммарного шума ФПУ (в электронах).
т * Кисп * -об * Авх
Ф об =-—2-, (2)
где т - коэффициент пропускания оптической системы телескопа; та - коэффициент затухания в атмосфере;
Кисп - коэффициент использования энергии светового пятна; Jоб - сила излучения объекта в в диапазоне чувствительности ФПУ; Авх - площадь входной апертуры телескопа; d0 - диаметр вторичного зеркала ОЭС.
К исп
(Лх)2
-——, при 2гэф > Лх
п- Гэф (3)
1 , при 2гэф < Лх где гэф - эффективный радиус кружка рассеяния;
Ах - линейный размер элемента разложения ФПУ.
_ 061 *Хср * /
гэф
(4)
где X - граничная длина волны диапазона чувствительности ФПУ; f - фокусное расстояние телескопа.
Для оценки энергетических параметров телескопа рассмотрим два типа эталонных объектов с заданными характеристиками: зеркальную и диффузную сферы. Проведем оценку величины Jоб для этих объектов. А. Отражение от зеркальной сферы
Сила излучения объекта в направлении ОЭС в диапазоне чувствительности
ФПУ
* т?2 *
_р1*к|*ЕО(ДА) (5)
3 об 3 зер ^ ^ '
где рЗ - коэффициент отражения от зеркальной сферы (рЗ = 0,8); RЗ - радиус зеркальной сферы;
Е0(ДА) - величина солнечной постоянной для диапазона ДА.
Значения величины солнечной постоянной Е0(ДА) для различных диапазонов
длин волны (для 4-х полос Джонсона) представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Значения величины солнечной постоянной Е0(ДА) для различных диапазонов длин волны
Спектральные области Джонсона Значение солнечной постоянной Е0(ДА), Вт/м2
ДА1 = 0,4.0,5 мкм 187,6
ДА2 = 0,5.. .0,6 мкм 183,4
ДА3 = 0,6...0,8 мкм 287,0
ДА4 = 0,8.1,0 мкм 183,4
ДА = 0,4.1,0 мкм 840
Б. Отражение от диффузной сферы (при фазовом угле ф = 0)
Сила излучения
Зоб = 0,66* Яд * Рд * Ео (ДА) (6)
где Rд - радиус диффузной сферы;
рд - коэффициент отражения от диффузной сферы (рд = 0,1). Полный поток от объекта в квантах определяется из соотношения
Фоб'=Фоб *[фотон/сек] (7)
к * с
где Аср - средняя длина волны для поддиапазонов ДАЬ ДА2, ДА3, ДА4;
Труды МАИ. Выпуск № 109 001: 10.34759/^-2019-109-16
с - скорость света в вакууме (с = 3*108 м/сек). Полный поток от объекта в электронах
Ф (ДА,! ..ДА 4 ) = Ф (ДА.1) * ц(А cp1) * TH + Ф (ДА 2 ) * Ц(А cp 2 ) * TH + t t + Ф (ДАз)* л(А cp 3) * Th +Ф об (ДА 4)* Л(А cp 4)* Th
где Тн - время накопления.
Значения величин п(Хср1), П(Хср2), П(Хср3), П(Хср4) берутся из таблицы 2.
Таблица 2 - Значения квантовой эффективности для 4-х поддиапазонов спектральной чувствительности матрицы CCID-16
(8)
Полоса Диапазон полосы Средняя длина волны П
ДХ (нм) ^ср (для Хср)
400 - 500 450 0,8
ДХ2 500 - 600 550 0,88
ДХз 600 - 800 700 0,8
ДХ4 800 - 1000 900 0,3
Результаты расчетов потока оптического излучения
При проведении расчетов будем варьировать радиус наблюдаемого объекта: ЯЗ = 0,55 м; 0,18 м; 0,11 м; 0,028 м. Значения радиусов ЯЗ выбраны из соображений сопоставимости получаемых результатов с результатами работы [10].
Оценку целесообразно провести для значений коэффициентов пропускания атмосферы та, характерных для двух значений зенитного угла 0 (0 и 70 градусов). Указанные значения приведены в таблице 3.
Таблица 3 - Значения коэффициентов пропускания атмосферы для поста №1
Спектральные области, мкм Зенитные углы, град
0° 70°
0,4...0,5 0,73 0,54
0,5.0,6 0,81 0,66
0,6.0,8 0,79 0,66
0,8.1,0 0,67 0,53
0,4.1,0 0,74 0,6
*) Пост №1 расположен в Сокорро, штат Нью-Мексика
Все дальнейшие оценки будем проводить с использованием таблицы 4, имея в виду, что в телескопе ГЕОДСС применяется приемная матрица ССГО-16 [16].
Таблица 4 - Исходные данные для моделирования
Условные обозначения Наименование параметра Значения
ДА рабочий диапазон, нм 400 - 1000
Ятр требуемое отношение сигнал / шум 4-5
я отношение сигнал/шум без обработки сигнала
Авх площадь входного зрачка, м2 0,713
а диаметр объектива ОЭС, м 1,02
¿0 диаметр вторичного зеркала ОЭС, м 0,362
т коэффициент пропускания оптической системы 0,5
Та = Г (6) коэффициент пропускания атмосферы см. таблицу 3
9 зенитный угол 0, 70 градусов
Б расстояние до объекта, км 36 000
А граничная длина волны диапазона чувствительности ФПУ ОЭС, нм 1000
{ фокусное расстояние оптической системы, м 2,18
Дх размер элемента разложения (пикселя) ФПУ, мкм 24х24
И постоянная Планка, Дж*сек 6,6*10-34
п квантовая эффективность ФПУ см. таблицу 2
Ос СКО шума считывания 12 е
Оус СКО шума видеоусилителя 7 е
Вф спектральная плотность энергетической яркости фона космоса, Вт/(м2*ср*мкм) 27*10-7
Nmax глубина ячейки ФПУ 140 000 е
П разрядность АЦП 12
График силы излучения зеркального объекта J0б (уравнение 5) в направлении ОЭС в диапазоне чувствительности ФПУ для всего рабочего диапазона АХ = 400 -1000 нм представлен на рисунке 1.
Значения силы излучения объекта Jоб в направлении ОЭС в диапазоне чувствительности ФПУ в полосах Джонсона даны в таблице 5.
Сила излучения. 1об
О 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
Радиус зеркальной сферы, м
Рисунок 1 - Зависимость силы излучения объекта 1об в направлении ОЭС от радиуса в диапазоне чувствительности ФПУ для всего рабочего диапазона АХ
Таблица 5 - Сила излучения зеркального объекта Jоб в направлении ОЭС в диапазоне чувствительности ФПУ в полосах Джонсона
Радиус зеркальной сферы Rз, м 0,55 0,18 0,11 0,028
Спектральная область АХ = 400 - 1000 нм
Сила излучения объекта 1об, Вт/ср 50.8200 5.4432 2.0328 0.1317
Спектральная область АХ = 400 - 500 нм
11.3498 1.2156 0.4540 0.0294
Спектральная область АХ = 500 - 600 нм
11.0957 1.1884 0.4438 0.0288
Спектральная область АХ = 600 - 800 нм
17.3635 1.8598 0.6945 0.0450
Спектральная область АХ = 800 - 1000 нм
11.0957 1.1884 0.4438 0.0288
Проверка результатов по полосам Джонсона
50.9047 5.4523 2.0362 0.1319
Значения полного потока при зенитных углах наблюдения 0 и 70 градусов сведены в таблицу 6.
Величина потока оптического излучения от объекта наблюдения в зависимости от радиуса зеркальной сферы представлена на рисунке 2.
Таблица 6 - Поток оптического излучения от зеркального объекта во всем рабочем диапазоне
Оцениваемый параметр Радиус зеркальной сферы Яз, м
0,55 0,18 0,11 0,028
Сила излучения объекта 1об, Вт/ср 50.8200 5.4432 2.0328 0.1317
Зенитный угол 0 град Спектральная область ДА = 400 - 1 1000 нм
Поток Фоб 1.0е-013 * 0.1036 0.0111 0.0041 0.0003
Поток Фоб 1.0е+004 * в квантах 3.6616 0.3922 0.1465 0.0095
Зенитный угол 70 град Спектральная область ДА = 400 - 1 1000 нм
Поток Фоб 1.0е-014 * 0.8398 0.0899 0.0336 0.0022
Поток Фоб 1.0е+004 * в квантах 2.9688 0.3180 0.1188 0.0077
Рисунок 2 - Зависимость потока оптического излучения от объекта от радиуса зеркальной
сферы (в квантах) при 0 = 0 и 70 градусов
Теперь рассчитаем значения потока оптического излучения от объекта
наблюдения в полосах Джонсона.
Для зенитного угла наблюдения 70 градусов результаты представлены в таблице 7 и на рисунке 3.
Таблица 7 - Значения величины потока оптического излучения от объекта наблюдения в полосах Джонсона при 0 = 70 градусов
Оцениваемый параметр Радиус зеркальной сферы Rз, м
0,55 0,18 0,11 0,028
Спектральная область АХ = 400 - 1000 нм
Сила излучения объекта Jоб, Вт/ср 50.8200 5.4432 2.0328 0.1317
Поток Фоб 1^-014 * 0.8398 0.0899 0.0336 0.0022
Поток Фоб 1^+004 * (в квантах) 2.9688 0.3180 0.1188 0.0077
Спектральная область АХ = 400 - 500 нм
Сила излучения объекта Jоб, Вт/ср 11.3498 1.2156 0.4540 0.0294
Поток Фоб1 1^-014 * 0.1688 0.0181 0.0068 0.0004
Поток Фоб1 1^+003 * (в квантах) 3.8362 0.4109 0.1534 0.0099
Спектральная область ДА = 500 - 600 нм
Сила излучения объекта .Гоб, Вт/ср 11.0957 1.1884 0.4438 0.0288
Поток Фоб2 1.0е-014 * 0.2017 0.0216 0.0081 0.0005
Поток Фоб2 1.0е+003 * (в квантах) 5.6023 0.6000 0.2241 0.0145
Спектральная область ДА = 600 - 800 нм
Сила излучения объекта .Гоб, Вт/ср 17.3635 1.8598 0.6945 0.0450
Поток Фоб3 1.0е-014 * 0.3156 0.0338 0.0126 0.0008
Поток Фоб3 1.0е+004 * (в квантах) 1.1158 0.1195 0.0446 0.0029
Спектральная область ДА = 800 - 1000 нм
Сила излучения объекта .Гоб, Вт/ср 11.0957 1.1884 0.4438 0.0288
Поток Фоб4 1.0е-014 * 0.1620 0.0173 0.0065 0.0004
Поток Фоб4 1.0е+003 * (в квантах) 7.3617 0.7885 0.2945 0.0191
Поток Фоб1234 1.0е+004 * (в квантах) 2.7958 0.2995 0.1118 0.0072
Поток оптического излучения в квантах
Радиус зеркальной сферы, м
Рисунок 3 - Зависимость величины потока оптического излучения от объекта от радиуса зеркальной сферы (в квантах) при 9 = 70 градусов в полосах Джонсона
Значения величины полного потока в электронах сведены в таблицу 8. Зависимость величины потока оптического излучения объекта наблюдения в
электронах от радиуса зеркальной сферы для зенитных углов 0 и 70 градусов
представлена на рисунке 4.
Поток оптического юлучення в электронах
Радиус зеркальной сферы, м
Рисунок 4 - Зависимость величины потока оптического излучения объекта наблюдения в электронах от радиуса зеркальной сферы для зенитных углов 0 и 70 градусов
Таблица 8 - Значения величины полного потока в электронах
Спектральная область АХ = 400 - 1000 нм
Радиус зеркальной сферы Rз, м 0,55 0,18 0,11 0,028
Зенитный угол 0 градусов
Поток Фоб
1.0&+003 * 8.7600 0.9383 0.3504 0.0227
в электронах
Зенитный угол 70 градусов
Поток Фоб
1.0&+003 * 7.0795 0.7583 0.2832 0.0183
в электронах
Основные соотношения для расчета СКО суммарного шума и результаты оценки
Значение СКО суммарного шума может быть найдено по формуле:
I 2 2 2 2 2
а2 = д/аФ + аТ + ас + а.ус + аАЦП
/2 2 2 2 2 д/аф +а2 +ас +а.ус + а АЦП (9)
Рассмотрим перечисленные шумовые составляющие.
1) Шум распределенного фона космоса В первом спектральном интервале ДА1:
_2 срО* ^ ср1
а.
ф1 ^ * с
где Тн - время накопления.
* * вф * Авх * (Дх)2 * Тн * Д^1
/ 2
(10)
Результаты расчетов а Ф1, а ф2, а фз, а Ф4 показали, что порядок их величин
10-5, и при оценке уровня шума ими можно пренебречь.
2) Шум темнового тока
ат = 6е * Тн [электрон] (11)
3) Шум считывания
В соответствии с ТТХ ФПУ ССГО-16 [16] шум считывания составляет ас = 12 [электрон]
4) Шум типового видеоусилителя (СКО, приведенная к его входу) аус = 7 [электрон]
5) Шум дискретизации по уровню АЦП
аацп = ^та* [электрон] (12)
2п *л/12
Отношение сигнал/шум (в электронах):
Ф'о б г
У _——/ [электрон] (13)
В результате суммарное СКО составляет величину порядка 17 е. Результаты расчетов СКО суммарного шума представлены в таблице 9.
Таблица 9 - Результаты расчетов СКО суммарного шума
Обозначение Характеристика Значение
от СКО темнового тока 2.22 е
Ос СКО шума считывания 12 е
Оус СКО шума видеоусилителя 7 е
ОАЦП СКО шума дискретизации по уровню АЦП 9.86 е
О! Суммарное СКО 17.18 е
Значения отношения сигнал/шум от размера зеркальной сферы при изменении времени накопления приведены в таблице 10.
Поведение параметров обнаружения в полосе Джонсона с наихудшей квантовой эффективностью п = 0,3 для поддиапазона АХ = 800 - 1000 нм представлено в таблице 11.
Таблица 10 - Значения отношения сигнал/шум при изменении времени накопления, зенитный угол 0 = 0 градусов
Зенитный угол 0 гр Спектральная область АХ = 400 - 1000 нм
Радиус зеркальной сферы Rз, м 0,55 0,18 0,11 0,028
Отношение сигнал/шум, q (Тн = 0,37 с) 509.7817 54.6014 20.3913 1.3212
Отношение сигнал/шум, q (Тн = 1 с) 1310.6 140.4 52.4 3.4
Отношение сигнал/шум, q (Тн = 1,5 с) 1842.9 197.4 73.7 4.8
Отношение сигнал/шум, q (Тн = 2 с) 2272.0 243.3 90.9 5.9
Отношение сигнал/шум, q (Тн = 20 с) 3906.7 418.4 156.3 10.1
Таблица 11 - Значения отношения сигнал/шум при изменении времени накопления для поддиапазона ДА = 800 - 1000 нм, зенитный угол 0 = 0 градусов
Зенитный угол 0 гр Спектральная область ДА = 800 - 1000 нм
Радиус зеркальной сферы Яз, м 0,55 0,18 0,11 0,028
Отношение сигнал/шум, д (Тн = 0,37 с) 60.1145 6.4387 2.4046 0.1558
Отношение сигнал/шум, д (Тн = 1 с) 154.5440 16.5528 6.1818 0.4005
Отношение сигнал/шум, д (Тн = 1,5 с) 217.317 23.2763 8.6927 0.5632
Отношение сигнал/шум, д (Тн = 2 с) 267.9197 28.6962 10.7168 0.6944
Отношение сигнал/шум, д (Тн = 20 с) 460.6919 49.3435 18.4277 1.1940
Результаты расчетов для диффузной сферы
Результаты моделирования для диффузной сферы представлены в таблицах 12, 13, 14, 15.
Таблица 12 - Значения потока в электронах и отношения сигнал/шум для
зенитного угла 0 = 0 градусов. Рассматриваемое время накопления Тн = 0.37 с
Зенитный угол 0 гр Спектральная область ДА = 400 - 1000 нм
Радиус диффузной сферы Яз, м 0,55 0,18 0,11 0,028
Поток Фоб, в электронах, 1.0е+003 * 5.2560 1.7201 1.0512 0.2676
Отношение сигнал/шум, д 305.8690 100.1026 61.1738 15.5715
Спектральная область ДА = 400 - 500 нм
Поток Фоб, в электронах, 1.0е+003 * 0.921 0.3014 0.1842 0.0469
Отношение сигнал/шум, д 53.5983 17.5413 10.7197 2.7286
Спектральная область ДА = 500 - 600 нм
Поток Фоб, в электронах, 1.0е+003 * 1.3432 0.4396 0.2686 0.0684
Отношение сигнал/шум, д 78.1668 25.5819 15.6334 3.9794
Спектральная область ДА = 600 - 800 нм
Поток Фоб, в электронах, 1.0е+003 * 2.3720 0.7763 0.4744 0.1208
Отношение сигнал/шум, д 138.0352 45.1751 27.6070 7.0272
Спектральная область АХ = 800 - 1 1000 нм
Поток Фоб, в электронах, 1^+003 * 0.619 0.2028 0.1239 0.0316
Отношение сигнал/шум, q 36.0687 11.8043 7.2137 1.8362
Таблица 13 - Значения потока в электронах и отношения сигнал/шум для зенитного угла 0 = 0 градусов. Рассматриваемое время накопления Тн = 1 с
Зенитный угол 0 гр Спектральная область АХ = 400 - 1000 нм
Радиус диффузной сферы Rз, м 0,55 0,18 0,11 0,028
Поток Фоб, в электронах, 1^+003 * 14.205 4.649 2.841 0.723
Отношение сигнал/шум, q 786.3357 257.3462 157.2671 40.0316
Спектральная область АХ = 400 - 500 нм
Поток Фоб, в электронах, 1^+003 * 2.4892 0.8147 0.4978 0.1267
Отношение сигнал/шум, q 137.7919 45.0955 27.5584 7.0149
Спектральная область АХ = 500 - 600 нм
Поток Фоб, в электронах, 1^+003 * 3.6303 1.1881 0.7261 0.1848
Отношение сигнал/шум, q 200.9533 65.7665 40.1907 10.2303
Спектральная область АХ = 600 - 800 нм
Поток Фоб, в электронах, 1^+003 * 6.4107 2.0981 1.2821 0.3264
Отношение сигнал/шум, q 354.8643 116.1374 70.9729 18.0658
Спектральная область АХ = 800 - 1000 нм
Поток Фоб, в электронах, 1^+003 * 1.6751 0.5482 0.3350 0.0853
Отношение сигнал/шум, q 92.7264 30.3468 18.5453 4.7206
Таблица 14 - Значения потока в электронах и отношения сигнал/шум для зенитного угла 0 = 70 градусов. Рассматриваемое время накопления Тн = 0.37 с
Зенитный угол 70 гр Спектральная область АХ = 400 - 1000 нм
Радиус диффузной сферы Rз, м 0,55 0,18 0,11 0,028
Поток Фоб, в электронах, 1^+003 * 4.2477 1.3902 0.8495 0.2162
Отношение сигнал/шум, q 247.192 80.8992 49.4384 12.5843
Спектральная область АХ = 400 - 500 нм
Поток Фоб, в электронах, 1^+003 * 0.6813 0.2229 0.1362 0.034
Отношение сигнал/шум, q 39.6481 12.9757 7.9296 2.0184
Спектральная область АХ = 500 - 600 нм
Поток Фоб, в электронах, 1^+003 * 1.0945 0.3582 0.2189 0.0557
Отношение сигнал/шум, q 63.6915 20.8445 12.7383 3.2425
Спектральная область АХ = 600 - 800 нм
Поток Фоб, в электронах, 1^+003 * 1.9816 0.6485 0.3963 0.1009
Отношение сигнал/шум, q 115.3205 37.7413 23.0641 5.8709
Спектральная область ДА = 800 - 1 1000 нм
Поток Фоб, в электронах, 1^+003 * 0.4902 0.1604 0.098 0.024
Отношение сигнал/шум, q 28.5320 9.3377 5.7064 1.4525
Таблица 15 - Значения потока в электронах и отношения сигнал/шум для
зенитного угла 0 = 70 градусов. Рассматриваемое время накопления Тн = 1 с
Зенитный угол 70 гр Спектральная область ДА = 400 - 1000 нм
Радиус диффузной сферы Rз, м 0,55 0,18 0,11 0,028
Поток Фоб, в электронах, 1^+003 * 11.480 3.757 2.296 0.584
Отношение сигнал/шум, q 635.4875 207.9777 127.0975 32.3521
Спектральная область ДА = 400 - 500 нм
Поток Фоб, в электронах, 1^+003 * 1.8414 0.6026 0.3683 0.0937
Отношение сигнал/шум, q 101.9282 33.3583 20.3856 5.1891
Спектральная область ДА = 500 - 600 нм
Поток Фоб, в электронах, 1^+003 * 2.9580 0.9681 0.5916 0.1506
Отношение сигнал/шум, q 163.7397 53.5875 32.7479 8.3358
Спектральная область ДА = 600 - 800 нм
Поток Фоб, в электронах, 1^+003 * 5.3558 1.7528 1.0712 0.2727
Отношение сигнал/шум, q 296.4689 97.0262 59.2938 15.0930
Спектральная область ДА = 800 - 1000 нм
Поток Фоб, в электронах, 1^+003 * 1.3251 0.4337 0.2650 0.0675
Отношение сигнал/шум, q 73.3507 24.0057 14.6701 3.7342
Заключение
Проведенное моделирование фотометрического канала оптико-электронной системы ГЕОДСС показало следующее:
1. Оптико-электронная система способна обнаруживать зеркальную сферу диаметром 5,6 см на геостационарной орбите при времени накопления не менее Тн=2 с (обеспечивается требуемое отношение сигнал/шум 4-5), и зенитных углах наблюдения от 0 до 70 градусов в спектральной полосе ДА = 400 - 1000 нм.
2. При работе оптико-электронной системы по зеркальной сфере обеспечиваются требуемые параметры обнаружения только в полосах Джонсона 400 - 500 нм, 500 - 600 нм и 600 - 800 нм. Наихудшие условия обнаружения складываются в полосе 800 - 1000 нм, где мала квантовая эффективность детектора CCID-16 (п<0,35). Поэтому даже при Тн ~ 50 с условия обнаружения не соблюдаются.
3. Оптико-электронная система способна обнаруживать диффузную сферу (при фазовом угле ф=0) диаметром 5,6 см при времени накопления Тн =1 с и зенитных углах наблюдения от 0 до 70 градусов в спектральной полосе ДА = 400 -1000 нм, что соответствует проницающей способности системы ту = 22.
4. Оптико-электронная система эффективно работает в трех полосах Джонсона (400 -500 нм, 500 - 600 нм, 600 - 800 нм), следовательно, получает спектральные характеристики космических объектов и может решать задачи их распознавания.
Библиографический список
1. Вениаминов С.С., Червонов А.М. Космический мусор - угроза человечеству. -М.: Изд-во Институт космических исследований РАН, 2012. - 192 с.
2. Пикалов Р.С., Юдинцев В.В. Обзор и выбор средств увода крупногабаритного космического мусора // Труды МАИ. 2018. № 100. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=93299
3. Соколов Н.Л. Метод определения орбитальных параметров космического мусора бортовыми средствами космического аппарата // Труды МАИ. 2014. № 77. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=52950
4. Ашурбейли И.Р., Лаговиер А.И., Игнатьев А.Б., Назаренко А.В. Возможности использования авиационной лазерной системы для борьбы с космическим мусором и поддержания орбит космического аппарата // Труды МАИ. 2011. № 43. URL: http: //trudymai .ru/published.php?ID=24856
5. Баркова М.Е. Космический аппарат для утилизации космического мусора в околоземном пространстве // Труды МАИ. 2018. № 103. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID= 100712
6. Меньшиков В.А., Перминов А.Н., Рембеза А.И., Урличич Ю.М. Основы анализа и проектирования космических систем мониторинга и прогнозирования природных и техногенных катастроф. - М.: Машиностроение, 2014. - 736 с.
7. Королев В.О., Гудаев Р.А., Куликов С.В., Алдохина В.Н. Решение задачи распознавания типа объекта на основании использования диаграммы
направленности антенны в качестве признака // Труды МАИ. 2017. № 94. URL: http: //trudymai. ru/published.php?ID=81109
8. Лавров В.Н. Аналитический обзор космических программ ДЗЗ России и зарубежных стран, ИнноТер, 2016. URL: https://innoter.com/scientific-articles/1092
9. Капелетти Ш., Гуардуччи Ф., Паолилло Ф., Ридолфи Л., Баттаглиере М.Л., Грациани Ф., Пьержентили Ф., Сантони Ф. Группировка микроспутников для обнаружения космического мусора // Труды МАИ. 2009. № 34. URL: http: //trudymai .ru/published.php?ID=8237
10. Space Surveillance Sensors: GEODSS (Ground-based Electro-Optical Deep Space Surveillance) System, August 2012, available at: https://mostlymissiledefense.com/2012/08/20/space-surveillance-sensors-geodss-ground-based-electro-optical-deep-space-surveillance-system-august-20-2012/
11. Ground-Based Electro-Optical Deep Space Surveillance (GEODSS) System, MITRE Poster, 2008, available at: http://www.fas.org/spp/military/program/track/ geodss_poster.pdf
12. C. Max Williams and Sam D. Redford. GEODSS Upgrade Prototype System Program Status. Proceedings of the 1996 Space Surveillance Workshop, Lincoln Laboratory, 1996, pp. 99 - 108.
13. Дятлов В. Основные направления развития наземных оптоэлектронных средств контроля космического пространства США // Зарубежное военное обозрение. 2006. № 1. C. 50 - 55.
14. Дятлов В. Основные направления развития наземных оптоэлектронных средств контроля космического пространства США. Часть 2 // Зарубежное военное обозрение. 2006. № 2. C. 30 - 35.
15. Зиновьев Ю.С., Мишина О.А., Глущенко А.А. Перспективы развития оптических телескопов наземного и космического базирования // Труды МАИ. 2018. № 101. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=96976
16. John R.Tower et al. Large Format Backside Illuminated CCD Imager for Space Surveillance // IEEE Transactions on Electron devices, 2003, vol. 50, no.1, pp. 218 - 224.
17. Турков В.Е., Ульянов С.А., Шаховской В.В., Поташов С.Ю. Технологии характеризации космических аппаратов для достижения космической ситуационной осведомленности США // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2014. Т. 12. № 11. C. 3 - 11.
18. Лазарев Л.П. Оптико-электронные приборы наведения. - М. : Машиностроение, 1989. - 512 с.
19. Здор С.Е., Чернов В.С. Влияние параметров оптико-электронных приборов на скорость обзора пространства // Оптико-механическая промышленность. 1985. Т. 52. № 7. C. 10 - 13.
20. Арутюнов В.А., Иванов В.Г., Каменев А.А., Прокофьев А.Е. Методика оценки потенциальных характеристик обнаружения малоразмерных аэрокосмических целей многоспектральной аппаратурой на матричных фотоприемниках // Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. 2006. № 2. C. 47 - 69.
21. Грудзинский М.А. и др. Адаптивные телевизионные системы на ПЗС // Техника средств связи. Серия: Техника телевидения. 1984. № 5. С. 3 - 10.
22. Смелков В.М., Иванов С.А. Камеры с предельной чувствительностью на ПЗС // Техника средств связи. Серия: Техника телевидения. 1985. № 2. С. 26 - 32.
