2. Целевые характеристики космической системы наблюдения

К целевым характеристикам космической системы наблюдения относятся тактико-технические характеристики, позволяющие получать снимки земной поверхности заданного качества, то есть реализовать цель создания космической системы наблюдения.

Показатели эффективности  количественные характеристики свойств эффективности СТС.

2.1. Обзорность космической системы наблюдения

На рис 3 представлены схемы, иллюстрирующие возможные районы наблюдения по широте Земли (выделены темным фоном), которые, в основном, зависят от наклонения плоскости орбиты космического аппарата, а также от высоты орбиты. На этом рисунке а) и б) системы наблюдения с ограничениями по широте наблюдаемых объектов; в) глобальная система наблюдения.

Рис. 3. Возможные районы наблюдения в зависимости от наклонения плоскости орбиты космического аппарата

В космических системах наблюдения с ограниченной зоной наблюдения космические аппараты движутся по орбитам с углом наклона, значительно меньшим 90 градусов, как это схематично показано на рис. 3 а) и 3 б).

В глобальных КСН космические аппараты движутся по орбитам с углом наклона близким к 90 градусам. Они имеют возможность снимать объекты наблюдения, расположенные в любой точке поверхности Земли, как это схематично показано на рис. 3 в).

2.2. Спектральные диапазоны наблюдения

Атмосфера Земли поглощает энергию излучения и отражения. В оптическом диапазоне длин волн можно выделить следующие интервалы (окна прозрачности), в которых атмосфера не поглощает энергию излучения или отражения или поглощает в меньшей степени, чем в остальных диапазонах: 0,4…1,3 мкм; 1,5…1,8 мкм; 2,0…2,6 мкм; 3,0…4,0 мкм; 4,5…5,0 мкм; 8,0…12,0 мкм [11]. Эти диапазоны используются для решения различных задач наблюдения. Например, видимый диапазон спектра лежит в пределах длин волн от 0,38 до 0,76 мкм и целиком находится в первом указанном окне прозрачности. Окна прозрачности 3,0…4,0 мкм; 4,5…5,0 мкм; 8,0…12,0 мкм соответствуют инфракрасному спектру.

Видимый спектр, в свою очередь, может быть разделен на следующие цветовые спектры:

0,380…0,450 мкм - фиолетовый;

0,450…0,480 мкм - синий;

0,480…0,510 мкм - голубой;

0,510…0,550 мкм - зеленый;

0,550…0,575 мкм - желто-зеленый;

0,575…0,585 мкм - желтый;

0,585…0,620 мкм - оранжевый;

0,620…0,760 мкм - красный.

Чем больше спектров может быть представлено на снимке, тем он информативнее.

2.3. Показатели детальности

Для экспериментальной оценки детальности космических снимков используется специальный тестовый объект, который называется «мира» (от французского слова mire - мушка, прицел). Такая мира, например, имеется вблизи космодрома Байконур. На рис. 4 представлен фрагмент тестового объекта «мира».

Рис. 4. Фрагмент тестового объекта «мира»

На каждом прямоугольнике нанесены поочередно белые и черные линии. В пределах каждого прямоугольника толщина белых и черных линий одинакова. На разных прямоугольниках количество линий и их толщина различная. На этом рисунке - период поля миры (суммарная ширина светлой и темной полос).

Линейное разрешение на местности - это минимально различимая ширина черной (или белой) полос миры (см. рис. 4). Этот показатель также называют пространственным разрешением или детальностью. Линейное разрешение на местности измеряется в метрах.

Разрешающая способность на местности - это максимально различимая частота штрихов поля миры, которая связана с периодом поля миры следующим соотношением: . Размерность этого показателя 1/м.

Классификация средств дистанционного зондирования Земли по пространственному разрешению приведена в табл. 1.

Таблица 1

Подклассы средств дистанционного зондирования Земли

Подкласс ДЗЗ	Диапазон линейного разрешения, м
Сверхвысокодетальное	менее 1
Высокодетальное	от 1 до 2,5
Детальное	от 2,5 до 5
Детально-обзорное	от 5 до 10
Обзорное	более 10

На детальность наблюдения большое влияние оказывают условия съемки (угол Солнца над местным горизонтом, освещенность, яркость и контраст объекта наблюдения, облачность, дымка, атмосферные флуктуации, качество аппаратуры наблюдения и аппаратуры передачи изображения по радиоканалам на Землю и т.п.). При планировании целевой работы КА, как правило, съемку целей стремятся проводить при хороших погодных условиях и достаточном освещении. При таких условиях детальность в основном зависит от геометрических характеристик оптической системы и разрешающей способности фотоприемных устройств.

Зависимость между разрешающей способностью аппаратуры наблюдения и детальностью

Детальность наблюдения зависит от дальности до объекта наблюдения, от фокусного расстояния оптической системы и от разрешающей способности фотоприемных устройств.

На рис. 5 представлена схема, с помощью которой можно определить связь между размером элемента фотоприемного устройства и детальностью наблюдения (линейным разрешением на местности или пространственным разрешением) при съемке в надир.

На этой схеме введены следующие обозначения:

- фокусное расстояние оптической аппаратуры;

- высота полета КА;

- размеры элемента фотоприемного устройства;

- ширина полосы захвата;

Рис. 5. Схема для определения зависимости между разрешающей способностью аппаратуры наблюдения и детальностью

- длина фотоприемной линейки или матрицы.

- детальность наблюдения (предельно различимая ширина темной и светлой полос на мире).

Учитывая, что для отображения черной и белой полос на мире необходимо два элемента фотоприемного устройства, из геометрических соотношений можно получить зависимость между детальностью наблюдения и линейным размером элемента фотоприемной аппаратуры:

. (2.1)

Пусть, например, H = 300 км (300000 м); f = 10 м; ( ), тогда .