Пояснювальна записка 70 с., кількість ілюстрацій 24, кількість таблиць -29, та кількість джерел 21




Сторінка1/12
Дата конвертації18.06.2018
Розмір1,99 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12
Реферат

Магістерська дисертація, пояснювальна записка 70 с., кількість ілюстрацій – 24, кількість таблиць -29, та кількість джерел – 21.



Актуальність теми – у найближче десятиліття прогнозується зростання в потребі космічної інформації ДЗЗ в усіх сферах діяльності людини, розширення кола її виробників і користувачів.

Розробки супутників ДЗЗ на сьогоднішній день є одним з актуальних і пріоритетних напрямків космічної техніки для соціально-економічної та наукової сфери діяльності в світі.

В даний час велика частина систем ДЗЗ призначена для вирішення урядових і військових завдань. Проводиться висновок супутників для вирішення ключових державних і міжнаціональних завдань за бюджетний рахунок, що не дозволяє цій галузі розвинутися в повному обсязі своїх потенційних можливостей і залишається економічно збитковою діяльністю. Дистанційне зондування Землі (ДЗЗ) є одним з основних джерел актуальних та оперативних даних для геоінформаційних систем (ГІС). Науково-технічні досягнення в області створення і розвитку космічних систем, технологій отримання, обробки та інтерпретації данних багаторазово розширили коло завдань, що вирішуються за допомогою ДЗЗ.

Мета і задачі дослідження – метою дослідження є написання математичної моделі для системи спостереження ДЗЗ, розрахунок та аналіз варіантів характеристик тридзеркального анастигматичного об’єктиву з виправлено дисторсією, визначити можливості удосконалення системи дистанційного зондування Землі високої роздільної здатності для мінісупутника.

Об’єкт дослідження – системи спостереження для дистанційного зондування Землі високої роздільної здатності міні супутника.

Предмет дослідження моделювання системи ДЗЗ з високою роздільною здатністю та виправленою дисторсією.

Наукова новизна одержаних результатів – Представлено результати дослідження властивостей тридзеркального анастигматичного осесиметричного об’єктива. Використані формули для розрахунку конструктивних параметрів дзеркал і положень фокальної площини та площини проміжного зображення при заданих фокусній відстані об’єктива та відстанях між дзеркалами, при яких в об’єктиві виправлено дисторсію.

Публікації - 2 статті в науковому журналі «Інтернаука» на тему: «Дослідження тридзеркального анастигматичного осесиметричного об’єктива з виправленою дисторсією» та «»

Ключові слова дистанційне зондування Землі, міні супутники, скануючі системи, тридзеркальний анастигматичний об’єктив, роздільна здатність.





ЗМІСТ

ВСТУП 8


РОЗДІЛ 1. ОГЛЯД ТА АНАЛІЗ АНАЛОГІВ СИСТЕМ ДЗЗ 10

1.1. Системи дистанційного зондування Землі 11

1.1.1. Розширення данних ДЗЗ 12

1.2. Методи обробки космічних знімків 13

1.3. Оптико-електронні супутникові системи ДЗЗ 16

1.4. Системи ДЗЗ високої роздільної здатності 20

1.5. Порівняльний аналіз оптичних схем космічних телескопів (КТ)...………...31

1.6. Висновки до розділу …………………………………………………………..35

РОЗДІЛ 2 МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ 36

РОЗДІЛ 3. АНАЛІЗ РЕЗУЛЬТАТІВ ДОСЛІДЖЕННЯ 44

РОЗДІЛ 4. СТАРТАП ПРОЕКТ 51

5.1 Опис ідеї проекту 51

5.2 Технологічний аудит ідеї проекту 53

5.3 Аналіз ринкових можливостей запуску стартап-проекту 60

5.4 Розроблення ринкової стратегії проекту 63

5.5 Розроблення маркетингової програми для стартап-проекту 66

5.6 Висновки до розділу 68

ВИСНОВОК ДО ДИСЕРТАЦІЇ 69

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 70

ДОДАТКИ
Перелік умовних позначень

ВКА - великий космічний апарат;

ДЗЗ - дистанційне зондування Землі;

ШСЗ - штучний супутник Землі;

КА - космічний апарат;

МКА - малі космічні апарати;

МПФ – модуляційна передавальна функція;

МПВ – матричний приймач випромінювання;

НВП - науково-виробниче підприємство;

ОЕК - оптико-електронна камера;

ОЕП - оптико-електронний перетворювач;

ОЕС – оптико-електронна система;

ОЕСС – оптико-електронна система спостереження;

ОПФ – оптична передавальна функція;

ОС – оптична система;

ПНЗ - площину найкращого зображення;

ПВ – приймач випромінювання;

САПР - система автоматичного проектування;

СКА - середній космічний апарат;

СФ - система фокусування;

ТЗ - технічне завдання;

ФПЗЗ - фотоприлад із зарядним зв'язком;

ФП - фотоприлад;

ФРТ – функція розсіювання точки;

ЕК - електронний компонент;



ВСТУП

Одним з важливих напрямків розвитку оптики в даний час є розробка та удосконалення великого класу об'єктивів космічних телескопів, що пов'язано з розширенням кола дослідницьких завдань, що вирішуються із застосуванням такого роду техніки. До таких завдань відносяться, перш за все, дистанційні спостереження за різного роду віддаленими космічними об'єктами, в тому числі і спостереження змін, що відбуваються з Землею.

Основною принциповою відмінністю саме космічного телескопа є вивід складного оптико-електронного приладу в космічний простір для зниження впливу атмосфери Землі на сформоване зображення і передача отриманих зображень високої якості в наземні дослідні станції для їх подальшої обробки і аналізу.

На сьогоднішній день на орбіті Землі функціонує близько 1000 супутників різного призначення. З них близько половини належить США (45%), далі за кількістю супутників йде Росія (10%), Китай (7%) і Японія (4%). На цей момент космічними технологіями і власними супутниками володіють 44 країни, серед яких і Україна. Ряд країн не можуть дозволити собі утримувати та обслуговувати КА самостійно, тому близько 115 держав є співвласниками частини супутників. Частка таких супутників на поточний момент становить більше 5% від загального числа активних КА на орбіті.

Дистанційне зондування Землі є найбільш перспективним бізнесом, що швидко розвиваються. ДЗЗ має прикладне значення для багатьох галузей господарської діяльності. Апаратура, встановлена ​​на супутниках ДЗЗ дозволяє отримувати з космосу високоякісні кольорові зображення земної поверхні. Завдяки цьому дистанційне зондування з космосу знаходить все більш широке застосування для контролю забруднень навколишнього середовища, в картографії, в дослідженні природних ресурсів, кліматології, археології та океанографії. Космічні знімки використовуються також для моніторингу земної поверхні, для спостереження за пожежами, при проведенні будівельних робіт і останнім часом для складання кадастру землекористування. Крім того, просторові зображення знаходять застосування при моделюванні диспетчерських пунктів аеропортів.

Повний огляд поверхні Землі з висоти польоту супутника, висока швидкість руху супутникових датчиків і можливість реєструвати сигнали в декількох спектральних діапазонах дозволяють отримувати величезні обсяги даних.

В останні роки чітко позначилися основні тенденції в розвитку технологій ДЗЗ з космосу: збільшення просторового розширення одержуваних зображень і продуктивність зйомки з космічного апарату, створення супутників або угруповань для вирішення спеціалізованих завдань, більш активне використання радіолокаційних зйомок. Все це безпосереднім чином позначається на структурі та обсязі ринку ДЗЗ – поліпшується якість продукції, і в той же час за рахунок збільшення на орбіті кількості супутників і конкуренції значимо знижується вартість даних, постійно розширюються архіви знімків, в тому числі на територію України.


  1. ОГЛЯД ТА АНАЛІЗ АНАЛОГІВ систем ДЗЗ

    1. Системи дистанційного зондування Землі (ДЗЗ)

Дистанційне зондування Землі (ДЗЗ) є одним з пріоритетних напрямків космічної діяльності України.

Системи ДЗЗ - це спостереження і вимір енергетичних і поляризаційних характеристик власного і відбитого випромінювання елементів суші, океану і атмосфери Землі в різних діапазонах електромагнітних хвиль, що сприяють опису місцезнаходження, характеру і тимчасової мінливості природних параметрів і явищ, природних ресурсів Землі, навколишнього середовища, а також антропогенних об'єктів і утворень.

При вивченні земної поверхні дистанційними методами джерелом інформації про об'єкти служить їх випромінювання (власне і відбите).

Випромінювання також ділиться на природне і штучне. Під природним випромінюванням розуміють природне освітлення земної поверхні Сонцем або теплове - власне випромінювання Землі. Штучне випромінювання, це випромінювання, яке створюється при опроміненні місцевості джерелом, розташованим на носії реєстрованого пристрою.

 Випромінювання - електромагнітні хвилі різної довжини, спектр яких змінюється в діапазоні від рентгенівського до радіовипромінювання. Для досліджень навколишнього середовища використовують більш вузьку частину спектру від оптичних хвиль до радіохвиль в діапазоні довжин 0,3мкм - 3 м.

  Важливою особливістю ДЗЗ є наявність між об'єктами і реєструючими приладами проміжного середовища, що впливає на випромінювання: це товща атмосфери і хмарність.

 Атмосфера поглинає частину відбитих променів. В атмосфері є кілька "вікон прозорості", які пропускають електромагнітні хвилі з мінімальним ступенем спотворень.



Рис.1.1. Вікна прозорості атмосфери Землі.

Всі знімальні системи працюють тільки в тих спектральних діапазонах, які відповідають вікнам прозорості.

В даний час існує широкий клас систем ДЗЗ, які формують зображення досліджуваної підстильної поверхні. В рамках даного класу апаратури можна виділити кілька підкласів, що розрізняються по спектральному діапазону використовуваного електромагнітного випромінювання і за типом приймача реєстрованого випромінювання, а також за методом (активний чи пасивний) зондування:



    • Фотографічні і фототелевізійні системи;

    • Скануючі системи видимого і інфрачервоного діапазону (телевізійні оптико-механічні та оптико-електронні, скануючі радіометри та багатоспектральні сканери);

    • Телевізійні оптичні системи;

    • Радіолокаційні системи бічного огляду (РЛСБО);

    • Скануючі СВЧ-радіометри.

     У той же час триває експлуатація та розробка апаратури ДЗЗ, орієнтованої на отримання кількісних характеристик електромагнітного випромінювання, просторово-інтегральних або локальних, але не формують зображення. В даному класі систем ДЗЗ можна виділити декілька підкласів нескануючі радіометри та спектрорадіометри, лідари.

      1. Розширення данних ДЗЗ.

Цей тип класифікації даних ДЗ пов'язаний з характеристиками, що залежать від типу і орбіти носія, знімальної апаратури і які зумовлюють масштаб, охоплення території і розширення знімків.

      Існує просторове, радіометричне, спектральне, тимчасове розширення, на основі яких відбувається класифікація даних ДЗ.



Спектральне розширення визначається характерними інтервалами довжин хвиль електромагнітного спектру, до яких чутливий датчик.

  Найбільш широке застосування в методах ДЗЗ з космосу знаходить вікно прозорості, відповідне оптичному діапазону (він також називається світловим), що поєднує видиму (380...720 нм), ближню інфрачервону (720...1300 нм) і середню інфрачервону (1300...3000 нм) області. Використання короткохвильової ділянки видимої області спектра ускладнено внаслідок значних варіацій пропускання атмосфери на цьому спектральному інтервалі в залежності від параметрів її стану. Тому практично при ДЗЗ з космосу в оптичному діапазоні застосовують спектральний інтервал довжин хвиль, що перевищують 500 нм. У далекому інфрачервоному (ІК) діапазоні (3...1000 мкм) є тільки три відносно вузьких вікнах прозорості: 3...5 мкм, 8...14 мкм і 30...80 мкм, з яких поки в методах ДЗЗ з космосу використовують тільки перші два. У ультракороткохвильовому діапазоні радіохвиль (1мм...10м) є відносно широке вікно прозорості від 2 см до 10 м. В методах ДЗЗ з космосу застосовують його короткохвильові частини (до 1м), звану надвисокочастотним (СВЧ) діапазоном.

Табл.1.1.Характеристики спектральних діапазонів


Область спектра

Ширина області спектра

Видима область, мкм

 

    Зони кольору:

 

   Фіолетова

0.39-0.45

   Синя

0.45-0.48

   Голуба

0.48-0.51

   Зелена

0.51-0/55

   жовто-зелена

0.55-0.575

   Жовта

0.575-0.585

   Жовто-гаряча

0.585-0.62

   Червона

0.62-0.80

Область ІЧ випромінювання,мкм

 

   Ближня

0.8-1.5

   Средня

1.5-3.0

   Дальня

>3.0

Радіохвильова область,см

 

   X

2.4-3.8

   C

3.8-7.6

   L

15-30

   P

30-100


Просторова роздільна здатність - величина, що характеризує розмір найменших об'єктів, помітних на зображенні.

Класифікація знімків по просторовому вирішенню:



  1. знімки дуже низької роздільної здатності 10 000 - 100 000 м .;

  2. знімки з низькою роздільною здатністю 300 - 1 000 м .;

  3. знімки середнього розширення 50 - 200 м .;

  4. знімки високої роздільної здатності:

  • відносно високого 20 - 40 м .;

  • високого 10 - 20 м .;

  • дуже високого 1 - 10 м .;

  • знімки надвисокої роздільної здатності менше 0,3 - 0,9 м.

Радіометрична роздільна здатність визначається кількістю градацій значень кольору, відповідних переходу від яскравості абсолютно «чорного» до абсолютно «білого», і виражається в кількості біт на піксель зображення. Це означає, що в разі радіометричного дозволу 6 біт на піксель ми маємо всього 64 градації кольору (2 (6) = 64); в разі 8 біт на піксель - 256 градацій (2 (8) = 256), 11 біт на піксель - 2048 градацій (2 (11) = 2048).

 Тимчасове розширення визначається частотою отримання знімків конкретної області.



    1. Методи обробки космічних знімків .

Методи обробки космічних знімків поділяють на методи попередньої і тематичної обробки.

 Попередня обробка космічних знімків - це комплекс операцій зі знімками, спрямований на усунення різних спотворень зображення. Спотворення можуть бути обумовлені: недосконалістю реєструючої апаратури; впливом атмосфери; перешкодами, пов'язаними з передачею зображень по каналах зв'язку; геометричними спотвореннями, пов'язаними з методом космічної зйомки; умовами освітлення підстильної поверхні; процесами фотохімічної обробки та аналого-цифрового перетворення зображень (при роботі з матеріалами фотографічної зйомки) і іншими факторами. Попередня обробка даних ДЗЗ включає в себе геометричну, радіометричну, атмосферну корекцію зображення, географічну прив'язку знімка.

Тематична обробка даних дистанційного зондування (даних ДЗЗ) - це методи поліпшення зображення, що включають в себе модифікацію контрастності, придушення шумів, виділення кордонів.

Тематична обробка даних ДЗЗ здійснюється для вирішення конкретного завдання, наприклад, для моніторингу змін території в результаті житлової забудови і т.д. В процесі тематичної обробки даних здійснюється класифікація об'єктів за космічними знімками з їх характерними ознаками.

Дані дистанційного зондування дозволяють отримати більш детальну інформацію про території, оскільки не всі дрібні об'єкти можуть бути відображені на спеціалізованих картах через генералізації даних (дрібні озера, просіки, зміна порід дерев і т.д.).

Табл. 1.2. Рівні обробки супутникових даних.



Вид обробки

Рівні обробки

Зміст операцій

Попередня обробка

0

Розпакування бітового потоку по приладах і каналах

Прив'язка бортового часу до наземного

Нормализація



Поділ на кадри

Радіометрична корекція за паспортними даними датчика

Оцінка якості зображень (% збійних пікселів)



Геометрична корекція за паспортними даними датчика

Географічна прив'язка за орбітальними даними і кутовому положенню КА



Географічна прив'язка за інформацією БД опорних точок (ЦКМ)

Оцінка якості зображень (% хмарності)

Стандартна міжгалузева обробка

2

Перетворення в задану картографічну проекцію

Повна радіометрична корекція

Повна геометрична корекція

Рекомендована тематична обробка

3

Редагування зображень (сегментація, зшивання, повороти, зв'язування та ін.)

Поліпшення зображень (фільтрація, гістограмні операції, контрастування та ін.)

Операції спектральної обробки і синтез багатоканальних зображень

Математичні перетворення зображень

Синтез різночасових зображень і зображень з різним розширенням

Конвертація зображень в простір дешифровочних ознак

4

Ландшафтна класифікація

Виділення контурів

Просторовий аналіз, формування векторів і тематичних шарів

Вимірювання і розрахунок структурних ознак (площі, периметр, довжини, координати)

Формування тематичних карт



    1. Оптико-електронні супутникові системи ДЗЗ

Оптико-електронні супутникові системи ДЗЗ дозволяють отримувати просторову інформацію про земну поверхню у видимому і інфрачервоному діапазонах довжин електромагнтних хвиль. Вони здатні розпізнавати пасивне відбите випромінювання земної поверхні у видимому і ближньому інфрачервоному діапазонах. У таких системах випромінювання потрапляє на відповідні датчики, що генерують електричні сигнали в залежності від інтенсивності випромінювання.

У оптико-електронних системах ДЗЗ, як правило, використовуються датчики з постійним порядковим скануванням. Можна виділити лінійне, поперечне і поздовжнє сканування.

Повний кут сканування поперек маршруту називається кутом огляду, а відповідна величина на поверхні Землі - шириною смуги зйомки.

Частина потоку даних, що приймається з супутника, називається сценою. Схеми нарізки потоку на сцени, так само як і їх розмір для різних супутників, мають відмінності.

Режими супутникової зйомки:

Панхроматичні зображення займають практично весь видимий діапазон електромагнітного спектра (0,45-0,90 мкм), тому є чорно-білими.

Мультиспектральні (багатозональні) знімальні системи формують кілька окремих зображень для широких спектральних зон в діапазоні від видимого до інфрачервоного електромагнітного випромінювання. Найбільший практичний інтерес зараз представляють мультиспектральні дані з космічних апаратів нового покоління, серед яких RapidEye (5 спектральних зон) і WorldView-2 (8 зон).

Супутники нового покоління високого і надвисокої роздільної здатності, як правило, ведуть зйомку в панхроматичному і мультиспектральному режимах.



Гіперспектральні системи формують зображення одночасно для вузьких спектральних зон на всіх ділянках спектрального діапазону. Для гіперспектральної зйомки важливо не кількість спектральних зон (каналів), а ширина зони (чим менше, тим краще) і послідовність вимірювань. Так, знімальна система з 20-ма каналами буде гіперспектральною, якщо вона покриває діапазон 0,50-070 мкм, при цьому ширина кожної спектральної зони не більше 0,01 мкм, а знімальна система з 20-ма окремими каналами, які покривають видиму область спектра , ближню, короткохвильову, середню і довгохвильову інфрачервоні області, буде вважатися мультиспектральною.

    1. Системи ДЗЗ високої роздільної здатності

EROS A1 (Earth Remote Observation Satellite) - супутник дистанційного зондування поверхні Землі, розроблений Israeli Aerospace Industries і набутий також ізраїльською компанією ImageSat International.

Він був побудований компанією ImageSat, яка є спільним підприємством за участю ізраїльських фірм Israel Aircraft Industries (IAI) і El-Op Electro-Optics Industries of Israel (камера), а також ряду європейських і американських інвесторів. Супутник EROS A1 побудований на базі ізраїльського супутника-розвідника Ofeq 3.


Через 15 хвилин після запуску супутник був виведений на сонячно-синхронну полярну орбіту висотою 480 км над поверхнею Землі.

Вага супутника EROS A1 - 250 кг. Це найлегший супутник з тих, що призначаються для зйомки земної поверхні з роздільною здатністю 1,8 м (в стандартному режимі) і 1,0 м (у вибірковому). Смуга огляду - 240 км. Смуга захоплення 12,5 км. Швидкість - 70 Мб / с.

Супутник EROS A1 є першим супутником в сузір'ї глобальної системи супутників, призначених для зйомки поверхні Земної кулі.

25 квітня 2006 року було запущено супутник EROS-B. Запуск був проведений з далекосхідного космодрому Вільний. Вага апарату 290 кг. Роздільна здатність апаратури до 70 см.

Складається з малої маси композиційного матеріалу з пасивного терморегулювання, це зі стабілізацією по трьох осях. Системи орієнтації і навігації здійснюється через датчики горизонту, датчики сонця, гіроскопи і магнітометра, чотирьох Маховиків і двигунів. Точність наведення становить <0.1º у всіх трьох осях.

Alsat 2A, 2B - алжирські супутники ДЗЗ високої роздільної здатності.

Система дозволяє Алжирові отримувати дуже високу якість зображення для використання в широкому спектрі додатків: картографії, управління сільського господарства, лісового господарства, водних ресурсів, корисних копалин і нафти, для захисту врожаю, стихійних лих і землеустрою.



GF-1 (Gaofen -1) – це перший китайський космічний апарат нової комплексної системи дистанційного зондування Землі (ДЗЗ), яка включатиме як радіолокаційні супутники, так і супутники з оптико-електронною апаратурою на низьких і геостаціонарній орбітах.

Така система ДЗЗ дозволяє виконувати моніторинг земної поверхні майже в режимі реального часу.

Основними замовниками знімків від Gaofen-1 (Гаофень-1) виступають міністерства природних ресурсів, сільського господарства, охорони навколишнього середовища та інші державні установи і відомства.

Космічний апарат "Gaofen-1" (Гаофень-1) створювався на базі супутникової платформи "CAST 2000" компанії "China Spacesat".

Для виконання завдань ДЗЗ космічний апарат "Gaofen-1" (Гаофень-1) буде використовувати камеру CCD з просторовим дозволом 2м (в панхроматичному режимі), 8 м (в багатоспектральну режимі) і 16 м (в режимі широкосмугової багатоспектральної зйомки).

Супутник оснащений двома сонячними батареями.



Рис. 1.2. Космічний апарат "Gaofen-1"



  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12


База даних захищена авторським правом ©uchika.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка