DOI: 10.17586/2226-1494-2019-19-5-783-789


УДК621.397.001

ПОСТРОЕНИЕ ТРЕХМЕРНОГО ОБРАЗА ИСКУССТВЕННОГО КОСМИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА МЕТОДОМ ЛАЗЕРНОЙ ЛОКАЦИИ

Денисов А.В., Капитонов Д.А., Курников А.С.


Читать статью полностью 
Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования:
Денисов А.В., Капитонов Д.А., Курников А.С. Построение трехмерного образа искусственного космического объекта методом лазерной локации // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2019. Т. 19. № 5. С. 783–789 doi: 10.17586/2226-1494-2019-19-5-783-789


Аннотация

Предмет исследования. Разработан новый метод для построения «карты глубины» искусственного космического объекта. Проанализированы методы построения трехмерного образа искусственного космического объекта лазерным локатором и представлены основные результаты экспериментального исследования. За основу разработки взяты мето- ды телевизионной локации. Первый метод разработан в «Научно-исследовательском институте телевидения» (Россия, Санкт-Петербург) и предложен П.С. Варгиным. Метод позволяет получить «карту глубины» удаленного искусственного космического объекта за двойное время пролета одного импульса света от точки наблюдения до объекта. Второй метод применяется в импульсной системе определения дальности и основан на работе flash-лидара. Система облучает интересующую область космического пространства, где предположительно находится объект наблюдения, отраженный сигнал от объекта сначала фиксируется фотодиодом и производится оценка дистанции до объекта. Затем по опреде- ленному количеству точек строится трехмерный образ объекта. Третий метод реализуется многоимпульсной системой телевизионного лазерного локатора и основан на использовании многоимпульсной подсветки для исследования объекта наблюдения. За счет этого удается существенно увеличить разрешение по глубине до 10–50 мм и уменьшить пиковую мощность излучения лазера. Метод. На основе существующих методов с целью увеличения энергии оптического сигнала предложен новый метод многоимпульсной подсветки искусственного космического объекта, основанный на использовании матрицы прибора с зарядовой связью в режиме сверхмалого времени накопления (до 200 нс). Метод дает возможность оперативного высокоточного измерения углового разрешения (0,25 угл.мин.), дальности до цели (100–2000 м) и построения «карты глубины». Основные результаты. Разработан макет лазерной системы, состоящий из телевизионной камеры на основе прибора с зарядовой связью с разрешением 752×582 пиксела и кадровой часто- той 50 Гц, а также лазерного диода с минимальной длительностью импульса 40 нс и частотой повторения импульсов 1 кГц. Управление и синхронизация лазера производится с помощью программируемой логической интегральной схемы, установленной в телевизионной камере, что обеспечивает синхронность работы камеры и излучающего лазера. Система позволяет реализовать взаимообменные соотношения точности измерения дистанции, угловое и временное разрешения. Моделирование показало, что погрешность измерений на малых дистанциях не превышает 20 мм, а на дистанции 2000 м не превышает 160 мм. Практическая значимость. Полученные результаты позволяют определить характеристики телевизионной лазерной системы, необходимые для решения задачи локации искусственных косми- ческих объектов на дальности от 100 до 2000 м. Анализ исследований показывает, что современные лазеры нацелены на работу в спектральном диапазоне 1,54–1,57 мкм, что значительно снижает коэффициент полезного действия теле- визионной лазерной системы от 2 до 10 раз. Для улучшения тактико-технических свойств в целях инспекции космоса необходимо реализовывать лазерные системы с длинами волн 0,86–1,06 мкм.


Ключевые слова: искусственный космический объект, космический аппарат, телевизионный лазерный локатор, оптико-электронный комплекс

Список литературы
1.Голицын А.А., Сейфи Н.А. Активно-импульсный метод наблюдения с использованием ПЗС-фотоприемника со строчным переносом // Изв. вузов. Приборостроение. 2017. Т. 60. № 11. C. 1040–1047.
doi: 10.17586/0021-3454-2017-60-11-1040-1047
2. Ставров А.А., Поздняков М.Г. Импульсные лазерные дальномеры для оптико-локационных систем // Доклады БГУИР. 2003. Т. 1. № 2. С. 59–65.
3. Варгин П.С. Способ определения пространственной формы объектов. АС СССР № 174185, RU1840824C. Бюл. 2012. № 15, SU 1 840 824 A1.
4. Варгин П.С. Объемное телевидение – символ ХХI века. Broadcasting. 2011. № 4–8.
5. Hirose Y., Koyama S., Ishii M., Saitou S., Takemoto M., Nose Y., Inoue A., Sakata Y., Sugiura Y., Kabe T., Usuda M., Kasuga S., Mori M., Odagawa A., Tanaka T. A 250 m direct time-of-flight ranging system based on a synthesis of subranging images and a vertical avalanche photo-diodes (VAPD) CMOS image sensor // Sensors. 2018. V. 18, N 11. P. 3642. doi: 10.3390/s18113642
6. Roback V.E., Amzajerdian F., Bulyshev A.E., Brewster P.F., Barnes B.W. 3D flash lidar performance in flight testing on the morpheus autonomous, rocket-propelled lander to a lunar-like hazard field // Proceedings of SPIE. 2016. V. 9832, P. 983209. doi: 10.1117/12.2223916
7. Amzajerdian F., Vanek M., Petway L., Pierrottet D., Busch G., Bulyshev A. Utilization of 3D imaging flash lidar technology for autonomous safe landing on planetary bodies // Proceedings of SPIE. 2010. V. 7608. P. 760828.
doi: 10.1117/12.843324
8. Amzajerdian F., Roback V.E., Brewster P.F., Hines G.D., Bulyshev A. Imaging flash lidar for autonomous safe landing and spacecraft proximity operation // Proc. AIAA Space and Astronautics Forum and Exposition, SPACE 2016.
9. Xinweil W., Youfu L., Yan Z. Multi-pulse time delay integration method for flexible 3D super-resolution range-gated imaging // Optics Express. 2015. V. 23. N 6. P. 7820–7831. doi: 10.1364/OE.23.007820
10. Wang X., Cao Y., Cui W., Liu X., Fan S., Zhou Y., Li Y. Three- dimensional range-gated flash LIDAR for land surface remote sensing // Proceedings of SPIE. 2014. V. 9260. P. 92604L. doi: 10.1117/12.2074906
11. Умбиталиев А.А., Цыцулин А.К., Манцветов А.А., Козлов В.В., Рычажников А.Е., Баранов П.С., Иванова А.В. Управление режимом накопления в твердотельных фотоприемниках // Оптический журнал. 2012. Т. 79. № 11. С. 84–92.
12. Баранов П.С., Курников А.С. Макет многоимпульсной активной телевизионной системы для построения трехмерного образа объекта // Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. 2018. № 5. С. 25–30.
13. Иванов В.Г., Каменев А.А. Оценивание дальности обнаружения космических объектов бортовой многоспектральной оптико-электронной аппаратурой с матричными фотоприёмными устройствами смотрящего типа // Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. 2016. № 3. C. 14–22.
14. Логунов С.В., Олейников М.И. Особенности фотометрических наблюдений искусственных спутников Земли наземными оптическими средствами // Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. 2018. № 2. С. 70–77.
 


Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
Информация 2001-2019 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика