СИСТЕМА ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ Российский патент 1998 года по МПК H04N7/18 

Изобретение относится к радиоэлектронной технике и может быть использовано для получения видеосигнала оптического или инфракрасного изображения с борта летательного аппарата, например спутника, при решении задач исследования природных ресурсов Земли и других народнохозяйственных задач.

Известна оптико-электронная система дистанционного зондирования, размещаемая на борту ИСЗ и содержащая последовательно соединенные блок приема видеоданных, включающий объектив и оптико-электронный преобразователь в виде фотоприемной матрицы, аналого-цифровой преобразователь, блок формирования кадров информации, запоминающее устройство (ЗУ) и оконечное устройство, выполненное в виде регистратора с записью аналоговой информации на фотопленку (см. патент США N 4516158, N 5/33, 7/18; 358-109, заявл. 30.07.82, опубл. 7.05.85).

Основным недостатком вышеуказанной системы является отсутствие радиопередатчика для связи с наземными станциями. Это приводит к тому, что:
а) исключена непосредственная передача информации на наземные объекты, что существенно снижает оперативность получения информации пользователем;
б) высока стоимость получения данных;
в) снижена надежность получения данных, т.к. данные, записанные на фотопленку, могут быть повреждены до того, как их доставят на наземный объект.

Кроме того, применение аналогового метода прямой записи на борту не всегда оправдано из-за необходимости последующего аналого-цифрового преобразования информации при обработке данных на наземном пункте обработки.

Наиболее близкой по технической сущности является система дистанционного зондирования, включающая бортовую аппаратуру, содержащую последовательно включенные устройство оптико-электронного преобразования с полосовыми светофильтрами на выходе, аналого-цифровые преобразователи (АЦП), устройство формирования кадров информации и передатчик с антенной, а также устройство управления с устройством контроля технического состояния и запоминающее устройство (ЗУ), и наземную аппаратуру, содержащую последовательно включенные приемную антенну, устройство обработки и устройство регистрации (см. Система "Vegetation" для французских ИСЗ SPOT-Экспресс информация ВНИИТ. Серия "Новости телевизионной техники", С-П, 1992, вып. 3, с. 7-10 или Proc. SPIE, vol. 1070, p.2-11).

Недостатком известной системы является относительно низкая эффективность наблюдения, в частности:
- диапазон наблюдаемых объектов по яркости органичен динамическим диапазоном фотоприемных схем с составе ОЭП;
- поток снимаемой информации органичен пропускной способностью радиоканала;
- производительность (объем передаваемой информации) и оперативность ограничены характеристиками ЗУ.

Заявляемое изобретение направлено на решение следующих задач:
- существенное повышение эффективности наблюдения за счет одновременного увеличения потока снимаемой информации, увеличения производительности и повышения оперативности;
- повышение надежности системы наблюдения за счет увеличения коэффициента сохранения эффективности и коэффициента оперативной готовности.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в системе дистанционного зондирования, включающей бортовую аппаратуру, содержащую последовательно включенные устройство оптико-электронного преобразования, блок АЦП, устройство формирования кадров информации и передатчик с антенной, а также устройство управления с устройством контроля технического состояния и ЗУ, и наземную аппаратуру, содержащую последовательно включенные приемную антенну, устройство обработки, в котором принятая информация приводится к виду, удобному для ее регистрации, и устройство регистрации информации, устройство оптико-электронного преобразования бортовой аппаратуры выполнено в виде двух оптико-электронных преобразователей (ОЭП) с одинаковыми полосовыми светофильтрами на входах, причем один ОЭП выполнен на фотоприемных схемах линейного типа, а второй ОЭП выполнен на фотоприемных схемах матричного типа.

Кроме того, между аналого-цифровыми преобразователями и устройством формирования кадра могут быть введены устройства сжатия потоков информации.

Кроме того, устройство управления может дополнительно содержать устройство формирования контрольной информации, соединенное по входу с устройством контроля технического состояния, а по выходу с устройством формирования кадров, при этом наземная аппаратура содержит соответственно устройство анализа контрольной информации, подсоединенное к устройству обработки.

Кроме того, блок формирования кадров может быть подключен к передатчику через дополнительно введенный коммутационный блок, содержащий два коммутатора, вход одного из которых соединен с выходом устройства формирования кадров, а его коммутируемые выходы присоединены один к входу ЗУ, другой - к одному из коммутируемых входов второго коммутатора, выход которого соединен с передатчиком, а его второй коммутируемый вход - с выходом ЗУ.

При этом запоминающее устройство может быть выполнено в виде нескольких автономных блоков с коммутаторами блоков на входе и выходе.

Кроме того, управляющее устройство может содержать анализатор телеметрической информации, соединенный по входу с устройством контроля технического состояния, а по выходу с переключателями питания основных и резервных блоков системы.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемой системы дистанционного зондирования, включающая бортовую и наземную аппаратуру; на фиг. 2 - блок-схема бортовой аппаратуры, в которую введены блоки сжатия потоков информации; на фиг. 3 - блок-схема системы, где в бортовую аппаратуру дополнительно введен блок формирования контрольной информации, а в наземную аппаратуру - устройство анализа контрольной информации; на фиг. 4 - блок-схема бортовой аппаратуры, в которую введено коммутационное устройство; на фиг. 5 - блок-схема бортовой аппаратуры, где запоминающее устройство выполнено в виде автономных переключаемых блоков; на фиг. 6 - блок-схема бортовой аппаратуры, в которую введен анализатор телеметрической информации, соединенной с переключателями питания основных и резервных блоков системы; на фиг. 7 - полученное экспериментально сопоставление разрешающей способности ОЭП на основе линейных и матричных фотоприемников в зависимости от яркости объектов наблюдения.

Предлагаемая система дистанционного зондирования включает бортовую 1 и наземную 2 аппаратуру. В состав бортовой аппаратуры входят устройство оптико-электронного преобразования 3, содержащее ОЭП 4, выполненный на фотоприемных схемах линейного типа, и ОЭП 5, выполненный на фотоприемных схемах матричного типа, аналого-цифровые преобразователи 6 и 7, устройство формирования кадров информации 8, запоминающее устройство 9, передатчик 10 с антенной 11, а также устройство управления 12 с устройством контроля технического состояния 13, блоками управления 14 и распределения питания 15.

В состав наземной аппаратуры 2 входят последовательно включенные приемная антенна 16, устройство обработки 17 и устройство регистрации 18 (см. фиг. 1).

Кроме того, бортовая аппаратура может содержать устройства сжатия потоков информации 19 и 20, включенные между АЦП 6 и 7 и устройством формирования кадров 8 (см. фиг. 2). Она может содержать также устройство формирования контрольной информации 21, выход которого присоединен к дополнительному входу устройства формирования кадров. При этом наземная аппаратура 2 должна соответственно содержать устройство анализа контрольной информации 22, подсоединенное к устройству обработки 17 (см. фиг. 3). В бортовую аппаратуру может также входить коммутационный блок 23, содержащий два коммутатора 24 и 25 (см. фиг. 4), причем вход коммутатора 24 соединен с выходом устройства формирования кадров, а его коммутируемые выходы присоединены: один к выходу ЗУ 9, другой - к одному из коммутируемых входов коммутатора 25, выход которого соединен с передатчиком 10, а его второй коммутируемый вход с выходом ЗУ 9.

ЗУ 9 может быть выполнено в виде нескольких автономных блоков 26 с коммутаторами на входе 27 и на выходе 28 (см. фиг. 5).

Система может также содержать анализатор телеметрической информации 29, соединенный по входу с устройством контроля технического состояния 13, а по выходу с переключателями питания основных резервных блоков системы в блоке распределения питания 15 (см. фиг. 6).

Предлагаемая система работает следующим образом.

При наблюдении ярких объектов (с высокой отражающей способностью при хорошем освещении) в бортовой аппаратуре 1 в устройстве ОЭП включен ОЭП с фотоприемными схемами линейного типа 4, а ОЭП с фотоприемными схемами матричного типа 5 выключен (на блок не подается питание) (см. фиг. 1). Последовательно считываемые сигналы отсчетов с элементов изображения наблюдаемого объекта оцифровываются в блоке АЦП 6 и через устройство формирования кадров 8, где отсчеты формируются в группы, удобные для расшифровки при наземной обработке, поступают в ЗУ 9. Когда спутник-наблюдатель находится в зоне видимости с наземного пункта приема информации, происходит считывание информации с ЗУ и передачи ее через передатчик 10 и антенну 11 на антенну 16 наземной аппаратуры. Принятая информация в устройстве обработки 17 приводится к виду, удобному для ее регистрации в устройстве регистрации 18.

При наблюдении неярких объектов устройство управления 12 выключает питание ОЭП 4 и включает питание ОЭП 5, где происходит накопление зарядов в матричной структуре фотоприемных схем и существенно увеличивается время экспозиции наблюдаемых объектов. Одновременно производится соответствующее переключение питания с АЦП 6 на АЦП 7. Дальнейшее прохождение сигнала аналогично описанному выше.

Применение переключаемых ОЭП с разными по типу фотоприемными схемами позволяет расширить допустимый для наблюдения диапазон яркостей объектов. На фиг. 7 представлена экспериментальная зависимость разрешающей способности ОЭП с фотоприемными схемами линейного типа (ОЭП-Л) и матричного типа (ОЭП-М) от перепада облученности E изображения тестового объекта в плоскости расположения фотоприемных схем при увеличении освещенности тестового объекта. График для ОЭП-М ограничен точкой насыщения фотоприемных матриц (точка H).

Введение на выходах АЦП устройств сжатия информации 19 и 20 (см. фиг. 2) позволяет при заданном темпе обзора уменьшить поток двоичных единиц информации, поступающих в устройство формирования кадров. В этом случае, при заданной емкости ЗУ 9 на нем может быть запомнена информация о большем числе наблюдаемых объектов, что повышает производительность системы.

Введение устройства формирования потока контрольной информации 21 (см. фиг. 3), соединенного с устройством контроля технического состояния 13 в устройство управления 12 и устройством формирования кадров 8, позволяет ввести часть сигналов о техническом состоянии системы в структуру кадра информации, передаваемой по радиоканалу. В наземной аппаратуре информация о техническом состоянии выделяется и поступает в устройство анализа контрольной информации 22. Передача контрольной информации одновременно с информацией об объектах наблюдения облегчает анализ последней в наземной аппаратуре и оперативное принятие решений в нештатных ситуациях.

Введение коммутационного устройства с коммутаторами 24 и 25 (см. фиг. 4) позволяет направлять поток информации с выхода устройства формирования кадров либо в ЗУ 9, либо непосредственно на передатчик по линии связи коммутаторов 24 и 25, если при наблюдении объекта космический аппарат находится в зоне прямой видимости с наземного приемного пункта. Это позволяет существенно увеличить оперативность и производительность наблюдения на участках траектории, когда возможна непосредственная передача информации без использования ЗУ.

При выполнении ЗУ 9 в виде нескольких автономных блоков 26 (см. фиг. 5) заполнение их памяти производится последовательно по ходу наблюдения с использованием коммутатора 27, также последовательно производится считывание с использованием коммутатора 28. Разделение ЗУ на несколько автономных блоков существенно повышает надежность системы (коэффициент сохранения эффективности), поскольку выход из строя одного из блоков ЗУ не ведет к полному отказу системы в части возможности наблюдения видимости с наземного прямого пункта.

Введение анализатора телеметрической информации 29, соединенного по выходу с устройством контроля технического состояния, а по выходу с переключателями питания основных и резервных блоков системы (см. фиг. 6), позволяет при выходе и строя любого резервированного блока осуществить оперативное отключение питания вышедшего блока и включение питания резервного блока. Холодное резервирование в системе имеют блоки сжатия информации, устройство формирования кадра, коммутационные устройства, передатчик, антенна. Оперативное переключение резерва существенно увеличивает один из основных показателей надежности системы - коэффициент оперативной готовности.

Изобретение относится к радиоэлектронной технике и может быть использовано для получения видеосигнала оптического или ИК изображения с борта летательного аппарата. Оно позволяет существенно повысить эффект наблюдения за счет одновременного увеличения потока снимаемой информации, увеличения производительности и повышения оперативности. С этой целью в системе, состоящей из бортовой 1 и наземной аппаратуры 2 ОЭП, бортовой аппаратуры выполнен в виде двух преобразователей с одинаковыми полосовыми светофильтрами на входах, причем один из них выполнен на фотоприемных схемах линейного типа 4, а второй - на фотоприемных схемах матричного типа 5. В бортовой аппаратуре между АЦП 6,7 и устройством формирования кадров 8 могут быть введены устройства сжатия потоков информации; кроме того, устройство управления может содержать устройство формирования контрольной информации 21, блок формирования кадров может быть подключен к передатчику 10 через дополнительно введенное коммутационное устройство 24,25. В бортовой аппаратуре запоминающее устройство может быть выполнено в виде нескольких автономных блоков, кроме того, управляющее устройство 9 может содержать анализатор телеметрической информации 22. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Система дистанционного зондирования, включающая бортовую аппаратуру, содержащую последовательно включенные устройство оптико-электронного преобразования, блок аналого-цифровых преобразователей, устройство формирования кадров информации и передатчик с антенной, а также устройство управления с устройством контроля технического состояния и запоминающее устройство, и наземную аппаратуру, содержащую последовательно включенные приемную антенну, устройство обработки, в котором принятая информация приводится к виду, удобному для ее регистрации, и устройство регистрации информации, отличающаяся тем, что устройство оптико-электронного преобразования бортовой аппаратуры выполнено в виде двух оптико-электронных преобразователей с одинаковыми полосовыми фильтрами на входах, причем один оптико-электронный преобразователь выполнен на фотоприемных схемах линейного типа, а второй оптико-электронный преобразователь - на фотоприемных схемах матричного типа. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что между блоком аналого-цифровых преобразователей и устройством формирования кадра введено устройство сжатия потоков информации. 3. Система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что устройство управления с устройством контроля технического состояния дополнительно содержит устройство формирования контрольной информации, соединенное по входу с устройством контроля технического состояния, выход его подключен к устройству формирования кадров, при этом наземная аппаратура содержит соответственно устройство анализа контрольной информации, подсоединенное к устройству обработки. 4. Система по одному из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что устройство формирования кадров подключено к передатчику через дополнительно введенный коммутационный блок, содержащий два коммутатора, вход первого коммутатора соединен с выходом устройства формирования кадров, коммутируемые выходы первого коммутатора присоединены соответственно один к входу ЗУ, другой - к первому коммутируемому входу второго коммутатора, выход которого соединен с передатчиком, а второй коммутируемый вход второго коммутатора соединен с выходом ЗУ. 5. Система по одному из пп.1 - 4, отличающаяся тем, что запоминающее устройство выполнено в виде нескольких автономных блоков. 6. Система по одному из пп.1 - 5, отличающаяся тем, что устройство управления с устройством контроля технического состояния содержит анализатор телеметрической информации, соединенной по входу с устройством контроля технического состояния и по выходу с переключателями питания основных и резервных блоков системы.