Рост числа искусственных спутников Земли в околоземном космическом пространстве вызывает необходимость разработки оптико-электронных систем для дистанционного зондирования Земли и мониторинга космического пространства. Предложена оптическая схема длиннофокусного светосильного зеркально-линзового объектива и разработана методика его расчета. Схема объектива состоит из выпукло-плоской линзы, зеркала Манжена и двухлинзового компенсатора, установленного перед плоскостью изображения. Оптические элементы объектива объединены в три компонента. Выполнен расчет объектива с фокусным расстоянием 1500 мм, относительным отверстием 1: 2,4, угловым полем 2m = 2°22¢, который имеет высокое качество изображения при обеспечении оптимальных массогабаритных характеристик. Максимальный диаметр компонентов объектива и осевые габариты от вершины первой поверхности до плоскости изображения составляют 0,4 и 0,6 от фокусного расстояния соответственно. Показано, что при сравнительно несложной конструкции в предложенной оптической схеме можно получить достаточно совершенную коррекцию сферической аберрации, хроматизма и меридиональной комы. Наличие в системе четырех линзовых элементов, выполненных из трех обычных оптических материалов, позволяет исключить асферические поверхности, тем самым делая систему более технологичной при производстве и контроле ее элементов. Это дает возможность применять такую схему для создания оптико-электронной аппаратуры, характеризующейся простотой реализации в результате использования хорошо освоенных технологий изготовления линзовых и зеркальных элементов
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
В настоящее время создание и развитие космических средств и технологий дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) является одним из важнейших направлений применения космической техники для бизнеса, социально-экономических и научных целей. В последние годы происходит резкий рост числа искусственных спутников Земли (ИСЗ) в околоземном космическом пространстве (КП) [1]. С их использованием решается множество научных, технических и экономических задач. Постоянно обновляемые базы данных ДЗЗ являются наиболее оперативными и эффективными инструментами получения объективной информации о состоянии и динамических изменениях земных ландшафтов и инфраструктурных объектов.
Если у вас возникли вопросы или появились предложения по содержанию статьи, пожалуйста, направляйте их в рамках данной темы.
Список литературы
1. Гансвинд И.Н. Малые космические аппараты - новое направление космической деятельности. Международный научно-исследовательский журнал, 2018, № 12, с. 84-91. DOI: 10.23670/IRJ.2018.78.12.053 EDN: YSUKKL
2. Вениаминов С.С. Космический мусор. Техногенное засорение космоса и его последствия. М., ИКИ РАН, 2023.
3. Молотов И.Е., Воропаев В.А., Юдин А.Н. и др. Комплексы электронно-оптических средств для мониторинга околоземного космического пространства. Экологический вестник научных центров ЧЭС, 2017, т. 14, № 4-2, с. 110-116. EDN: YMTQSO
4. Бельский А.Б., Здор С.Е., Колинько В.И. и др. Новый подход к разработкам оптико-электронных средств мониторинга околоземного космического пространства. Оптический журнал, 2009, т. 76, № 8, с. 22-28. EDN: KWAABV
5. Бакланов А.И. Анализ состояния и тенденции развития систем наблюдения высокого и сверхвысокого разрешения. Вестник СГАУ им. С.П. Королева, 2010, № 2, с. 80-91. EDN: NWDNBH
6. Алтухов А.И., Коршунов Д.С., Шабаков Е.И. Метод повышения качества снимков космических объектов. Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2014, № 4, с. 35-40. EDN: SHNKNN
7. Лагуткин В.Н., Лукьянов А.П. Получение оптических изображений низкоорбитальных космических объектов при спутниковом мониторинге на скрещивающихся курсах. Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы, 2017, т. 4, № 4, с. 35-44. DOI: 10.17238/issn2409-0239.2017.4.35 EDN: XOZCFN
8. Здор С.Е., Колинько В.И. Проницающая способность автоматического астрономического прибора. Прикладная оптика. Сб. тр. МНТК, 2006, т. 6, с. 117-121.
9. Заварзин В.И., Сауткин В.А. Методы обнаружения сигналов в оптико-электронных системах мониторинга пространства. Контенант, 2012, т. 11, № 1, с. 26-31.
10. Шустов Б.М., Рыхлова Л.В., ред. Астероидно-кометная опасность: вчера, сегодня, завтра. М., ФИЗМАТЛИТ, 2010.
11. Заварзин В.И. Двухзеркальные оптические системы с заданным значением сферической аберрации и требуемым изопланатизмом. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение, 2003, № 3 (52), с. 29-43.
12. Заварзин В.И., Лотов А.И. Методика расчета зеркально-линзовых систем с зеркалом Манжена. Контенант, 2021, т. 2, № 4, с. 2-10. EDN: WTVZQF
13. Бодров С.В. Методика расчета длиннофокусного зеркально-линзового фотографического объектива. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение, 2010, № 4 (81), с. 18-26. EDN: NCTAEV
14. Бодров С.В. Длиннофокусный трехкомпонентный зеркально-линзовый объектив. Инженерный журнал: наука и инновации, 2013, № 7 (19). DOI: 10.18698/2308-6033-2013-7-824
15. Arkhipov S.A., Senik B.N., Zavarzin V.I. Developing and fabricating optical systems for prospective remote-Earth-probe spacecraft. J. Opt. Technol., 2013, vol. 80, iss. 1, pp. 25-27. DOI: 10.1364/JOT.80.000025 EDN: RFJROH
16. Zavarzin V.I., Kravchenko S.O., Mitrofanova Yu.S. Selection of optical materials to minimize longitudinal chromatic aberration in a prospective broad-coverage medium-resolution multispectral instrument. J. Opt. Technol., 2016, vol. 83, iss. 10, pp. 593-. EDN: XNIBOV
17. DOI: 10.1364/JOT.83.000593
18. Заварзин В.И., Кравченко С.О., Морозов С.А. Методика расчета объективов с зеркалами Манжена на основе трехзеркальной системы с эксцентрично расположенным полем изображения. Инженерный журнал: наука и инновации, 2013, № 1 (13). DOI: 10.18698/2308-6033-2013-1-521
19. Слюсарев Г.Г. Методы расчета оптических систем. Л., Машиностроение, 1969.
20. Малькин А.А. Использование макросов при проектировании центрированных оптических систем в программе Zemax. Оптический журнал, 2016, т. 83, № 3, с. 45-47. EDN: WMNZTN
21. Качурин Ю.Ю., Каратеева А.А. Оптимизация расчета афокальных систем с использованием языка макросов программы Zemax. Оптический журнал, 2019, т. 86, № 1, с. 48-51. DOI: 10.17586/1023-5086-2019-86-01-48-51 EDN: YTGKHJ
22. Заварзин В.И., Орешечкин С.С. Проектирование оптических схем Корша и Ричи Кретьена с линзовым корректором для малогабаритных систем дистанционного зондирования Земли. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение, 2023, № 4 (145), с. 4-23. EDN: HAQVFG
Выпуск
Другие статьи выпуска
Предложена гибридная модель формирования гетерогенных коалиций мобильных роботов в системе группового управления, имеющей сетецентрическую архитектуру. Гибридная модель формирования гетерогенных коалиций включает в себя графовую и игровую компоненты. Графовая компонента характеризует коммуникационные свойства мобильных роботов как объектов инфраструктуры сетецентрической системы, а игровая - возможность кооперации мобильных роботов в форме образования коалиций, объединяющих возможности отдельных мобильных роботов и обладающих набором компетенций, который необходим для выполнения поставленной задачи. Сформированы показатели эффективности объектов сетецентрической системы, для вычисления которых использовались сетевая метрика центральности по посредничеству и теоретико-игровая метрика центральности по вектору Шепли. Постановка задачи формирования гетерогенной коалиции формализована в виде задачи дискретной многокритериальной оптимизации. Для решения поставленной задачи разработаны комбинированные эволюционные процедуры вычисления показателя центральности по посредничеству для вершин взвешенного графа и формирования оптимальной гетерогенной коалиции в кооперативной игре в форме характеристической функции. Решена задача формирования гетерогенной коалиции мобильных роботов в составе сетецентрической системы для выполнения специализированной задачи
Применение графовых моделей является одним из наиболее перспективных направлений развития систем аналитики данных и искусственного интеллекта. Исследования в этой области затрагивают не только классические графы, но и такие сложные виды, как гипер- и метаграфы. Масштаб и сложность возникающих задач обработки графовых моделей делает актуальной разработку специализированных аппаратно-программных средств, повышающих эффективность существующих вычислительных комплексов для такого рода нагрузки. Рассмотрены архитектура и особенности функционирования вычислительного комплекса и облачной платформы «Тераграф», предназначенной для обработки графов большой размерности. Основным принципом, заложенным в архитектуру вычислительного комплекса, является применение многоуровневой ассоциативной подсистемы памяти, что существенно повлияло на методологию разработки и особенности функционирования программ. Приведено систематическое описание структуры аппаратного и программного обеспечения вычислительного комплекса. Представлены основные технические решения, которые позволили реализовать ассоциативную память большого размера на основе адресной памяти DDR4 DRAM. Ассоциативно-адресная трансляция для доступа к такому накопителю реализована на основе блока обработки трасс микропроцессора «Леонард Эйлер». Представлено дальнейшее усовершенствование технических средств подсистемы сетевого взаимодействия, осноанной на двунаправленной кольцевой топологии и высокоскоростных линиях 100Gb Ethernet
В предыдущих работах авторов подтверждена принципиальная возможность обеспечения вибростойкости применяемого в бесплатформенном измерительном блоке вибрационно-струнного акселерометра и представлен облик системы амортизации и демпфирования. Для этого создана математическая модель, на основе которой разработана программа на языке Python, позволяющая исследовать эффективность изменения параметров системы амортизации и демпфирования итерационным методом. Здесь проведена оценка влияния работы выбранной системы амортизации и демпфирования на точность выполнения целевой задачи и определены особенности облика блока. Полученные уточнения внедрены в программу на языке Python. Оценены результаты исследования при итерационном задании характеристик системы амортизации и демпфирования. Математическая модель бесплатформенной инерциальной навигационной системы построена на основе волоконно-оптических гироскопов и вибрационно-струнных акселерометров. Проведена оценка влияния массы элементов конструкции системы амортизации и демпфирования, а также погрешностей начальной выставки на точность работы бесплатформенной инерциальной навигационной системы. Согласно полученным результатам, сделан вывод о необходимости дальнейшего исследования методами поиска оптимальных решений в многокритериальной задаче
Рассмотрена расширенная задача оптимального управления, в которой необходимо не только определить функцию управления как функцию времени, обеспечивающую достижение цели управления с оптимальным значением заданного критерия качества, но и обеспечить существование свойства притяжения оптимальной траектории в некоторой ее окрестности. Это свойство позволяет найти такую функцию управления, которую можно реализовать непосредственно в реальном объекте. Для решения задачи синтезируется универсальная система стабилизации движения объекта управления по заданной траектории. Здесь использовано машинное обучение управления с использованием символьной регрессии. Символьная регрессия позволяет найти структуру и параметры функции управления без участия человека. Чтобы обеспечить универсальность синтезированной системы стабилизации, символьная регрессия ищет одну систему стабилизации для некоторых заданных различных траекторий. Синтезированная система стабилизации и исходная математическая модель объекта управления вводятся в систему управления объектом. Полученная математическая модель объекта управления позволяет решить расширенную задачу оптимального управления и получить функцию управления, реализуемую непосредственно в реальном объекте. Представлен пример решения расширенной задачи оптимального управления пространственным движением квадрокоптера
Выполнена оптимизация оптической схемы длиннофокусного ахромата с менисковым корректором «Таир» ( F = 400 мм, 1:4,5) с разделением трудоемкого в производстве мениска на две более простые в изготовлении линзы и заменой оптических материалов. Проведен анализ дисперсионных свойств оптических стекол из каталогов АО «ЛЗОС» (Россия) и CDGM (Китай), близких по параметрам к используемым в оптической схеме корректора «Таир». Установлено, что эти материалы и их комбинации дают возможность улучшения оптического качества исходного объектива. Исследовано влияние выбора материалов линз объектива «Таир» с использованием каталогов АО «ЛЗОС» и CDGM на степени исправления хроматических аберраций и качество изображения, описываемое в терминах функции передачи модуляции для видимого диапазона длин волн. Проведено сравнение характеристик объективов, использующих как оригинальную оптическую схему, так и модифицированную с применением различных оптических материалов. Предложен вариант объектива типа «Таир» упрощенной конструкции, который обладает значительным превосходством оптических характеристик по сравнению с другими вариантами исполнения
Предложен алгоритм оценки чувствительности видеокамер по отношению сигнал/шум на основе анализа распределения спектральной плотности мощности сигнала и шума в реальных видеоизображениях. Алгоритм протестирован на большом числе реальных изображений видимого диапазона, полученных в разное время года и в разное время суток. Показано хорошее соответствие получаемых значений сигнал/шум уровню освещенности сцены по сравнению с другими алгоритмами. Аппаратная реализация алгоритма непосредственно в видеокамере позволит автоматически включать режим повышенной чувствительности при снижении уровня сигнал/шум ниже некоторого порога при уменьшении освещенности сцены. В качестве режима повышенной чувствительности предложен метод на основе аппаратного биннинга с восстановлением пространственного разрешения. Для обеспечения восстановления пространственного разрешения бинниг в соседних видеокадрах осуществляют со сдвигом по диагонали, хотя бы на один пиксель фоточувствительной матрицы видеокамеры. При этом образуется пространственно-временная решетка пикселей, перемежаемых нулевыми строками и столбцами, в виде шахматного поля, которая затем подвергается трехмерной интерполяционной фильтрации. Согласно результатам экспериментов, в зависимости от кратности биннинга отношение сигнал/шум повышается на 10…15 дБ. Пиксельный размер видеокадров восстанавливается полностью, а пространственное разрешение - на 80 % от исходного при биннинге 2 õ 2 и не менее чем на 40 % при биннинге 4 õ 4
Рассмотрены возможности моделирования распространения электромагнитных волн для анализа целостности сигналов и электромагнитной совместимости для трехмерных микросборок с торцевой коммутацией в трех- и двумерных средах. Согласно результатам проведенного анализа, установлены преимущества использования трехмерных сред моделирования, позволяющие исследовать электрические характеристики различных изделий, включающих в себя проводники сложной формы, например микросборки с торцевой коммутацией, изделия с монтажом кристаллов методом разварки, многокристальные модули и др. Проведен анализ распространения электрических и магнитных полей в микросборке с торцевой коммутацией, выполняющей функцию линейно-частотной модуляции в составе цифровой части радара. В результате моделирования для частоты 500 МГц найдены наиболее помехогенерирующие цепи, вызывающие нежелательные выбросы напряжения в соседних сигнальных проводниках. Для определения методов улучшения качества сигнала в микросборках с торцевой коммутацией на упрощенной модели проведен анализ S-параметров для проводников на торцах изделия, расположенных на расстоянии, равном одной, двум, трем и четырем ширинам проводников. Установлено улучшение качества сигнала (примерно на 33 %) при увеличении зазора между проводниками от одной до двух и от двух до трех ширин проводников. При увеличении зазора от трех до четырех ширин проводника улучшение качества сигнала составило 15 %
Издательство
- Издательство
- МГТУ им. Н.Э. Баумана
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 105005, г. Москва, вн. тер. г. муниципальный округ Басманный, ул. 2-я Бауманская, д. 5, с. 1
- Юр. адрес
- 105005, г. Москва, вн. тер. г. муниципальный округ Басманный, ул. 2-я Бауманская, д. 5, с. 1
- ФИО
- Гордин Михаил Валерьевич (Ректор)
- E-mail адрес
- bauman@bmstu.ru
- Контактный телефон
- +7 (499) 2636377
- Сайт
- https://bmstu.ru/