Прибор LIS представляет собой оптико-электронную камеру с частотой кадров, несколько большей 500 кадров/с, наблюдающую подстилающую поверхность в линии кислорода (777 нм) с шириной спектральной полосы 1 нм. Формат фотоприёмника составляет 128×128 пикселов, поле зрения — 80×80°. При высоте орбиты 400 км (КА TRMM в ходе полёта неоднократно изменял высоту) это соответствует квадратному кадру со стороной 600 км. Пространственное разрешение при этом составляло около 4 км (в надир). Данные прибора LIS передавались в Global Hydrology and Climate Center в Хантсвилле, штат Алабама. Внешний вид прибора LIS приведён на рис. 10.
|
|
Рис. 9. КА TRMM | Рис. 10 Прибор LIS |
С использованием прибора LIS были получены ценные данные об интенсивности грозовой активности, но глобальное и оперативное наблюдение с его помощью невозможно. Поэтому в конце нулевых годов XXI в. в США и Западной Европе была начата разработка подобных приборов для наблюдения с геостационарной орбиты.
Американский прибор GLM (Geostationary Lightning Mapper) предназначен для установки на борт КА серии GOES-R. Разработка прибора GLM началась в 2005 году. Основные характеристики прибора приведены в табл. 3. Внешний вид КА GOES с установленным на нём прибором GLM показан на рис. 11. Состав прибора GLM показан на рис. 12. Внешний вид прибора GLM приведён на рис. 13.
Таблица 3. Основные характеристики прибора GLM
Параметр | Значение | Примечание |
Поле зрения | 18° | Диагональ поля зрения |
Проекция пикселя в надир | 8 км | |
Формат ФПЗС | 1372×1300 пикселов | ПЗС с обратной засветкой |
Частота кадров | 500 Гц | |
Вероятность регистрации вспышки | 0,7…0,9 | В зависимости от условий наблюдения |
Информационный поток | 7,7 Мбит/с | |
Задержка выдачи информации | 20 с | |
Масса оптического модуля | 66 кг | |
Масса электронного модуля | 48 кг | |
Энергопотребление | 290 Вт | |
Габариты | 810×660×1500 мм | С блендой |
Рис. 11. КА GOES с установленным на нём прибором GLM
Рис. 12. Состав прибора GLM
Рис. 13. Прибор GLM
Европейский прибор получил наименование LI (Lightning Imager). Он предназначен для установки на борт перспективного геостационарного гидрометеорологического КА Meteosat третьего поколения — MTG (Meteosat Third Generation).
Основные характеристики четырёхкамерного варианта прибора LI приведены в табл. 4. Вообще говоря, прибор LI на ранних этапах разработки прорабатывался в двух вариантах — с одной и четырьмя оптико-электронными камерами. В настоящее время конструкция прибора LI пересматривается в направлении реализации однокамерного варианта и увеличения значения пороговой чувствительности.
Таблица 4. Основные характеристики прибора LI
Параметр | Значение | Примечание |
Поле зрения, градусы | 8° | Для одной оптико-электронной камеры |
Проекция пикселя в надир | 10 км | |
Формат ФПЗС | 707×707 пикселов | КМОП или APS |
Частота кадров | 1250 Гц | |
Вероятность регистрации вспышки | > 0,9 | Для вспышки с энергией 4 мкДж/м2·ср |
Диаметр объектива | 200 мм | |
Относительное отверстие | 1/1,3 | |
Количество ложных срабатываний в 1 с | < 1 | |
Квантовая эффективность фотоприёмника при 777 нм | 70 % | |
Зарядовая ёмкость, электроны | 1 500 000 | |
Размер элемента | 40×40 мкм | |
Шум считывания | 350/400 электронов | КМОП/APS |
Разрядность АЦП | 12 бит | |
Габариты | 1049×495×567 мм |
По имеющимся данным, процесс обработки информации в приборе GLM состоит из семи этапов:
1) получение темнового сигнала, обновление фонового сигнала, попиксельное вычитание темнового сигнала, пороговая обработка, обнаружение событий. Этот этап выполняется на борту КА;
2) удаление событий с аномальной периодичностью;
3) удаление событий, вызванных влиянием радиационных эффектов;
4) удаление событий, связанных с влиянием шума;
5) удаление событий, связанных с угловым движением КА;
6) удаление событий, связанных с бликами Солнца;
7) временная и пространственная привязка оставшихся событий.
Такая идеология порождает значительный информационный поток, создаваемый прибором GLM (7,7 Мбит/с), но позволяет уменьшить его массу, габариты и энергопотребление. Кроме того, при этом значительно возрастает гибкость при изменении алгоритмов обработки информации.
Вид четырёхобъективного варианта прибора LI приведён на рис. 14. Оптическая схема объектива прибора LI приведена на рис. 15.
Рис. 14. Прибор LI
Рис. 15. Оптическая схема объектива прибора LI
В России в настоящее время разработан эскизный проект детектора молний для геостационарного космического аппарата третьего поколения «Электро-М».
Проведение работ по подготовке и выполнению КЭ «Конвергенция» потребует аналитических разработок (разработка методик и программ обработки информации, разработка математических моделей процессов и др.) и выполнения ОКР по созданию макетов, технологических и лётных образцов аппаратуры.
6. Перечень коммерческих сведений
Работы по КЭ не содержат сведений, составляющих государственную и коммерческую тайну, и не требуют мероприятий по ПДИТР.
[1] Моисеев С. С., Сагдеев Р. З., Тур А. В., Хоменко Г. А., Шукуров А. М. Физический механизм усиления вихревых возмущений в атмосфере // Доклады АН СССР. 1983. Т. 273. № 3. С. 549–553.
[2] Моисеев С. С., Сагдеев Р. З., Тур А. В., Хоменко Г. А., Яновский В. В. Теория возникновения крупномасштабных структур в гидродинамической турбулентности // ЖЭФТ. 1983. Т. 85. № 6. С. 1979–1987.
[3] Балебанов В. М., Моисеев С. С., Шарков Е. А. и др. Проект «Геликс»: космический мониторинг системы океан-тропосфера-верхняя атмосфера в условиях крупномасштабного кризисного состояния // Исследование Земли из космоса. 1996. № 5. С. 126–134.
[4] Sharkov E. A. Global tropical cyclogenesis. London, Berlin, New York, Paris, Singapore, Tokyo. Springer/ PRAXIS, 2000. 370 p.
[5] Покровская И. В., Шарков Е. А. Глобальный тропический циклогенез как случайный пуассоновский процесс // Доклады АН СССР. 1993. Т. 331. № 5. С. 625–627.
[6] Charney J. I., Eliassen A. On the growth of the hurricane depression // J. Atmos. Sci. 1964. V. 21. N. 2. P. 68–75.
[7] Zimin V. D., Levina G. V., Veiber E. E. et al. Experimental Studies of Large-scale Structure Origination in tropical Atmosphere (Expedition-89) // Nonlinear Dynamics of Structures / Eds. Sagdeev R. Z. et al. Singapure: World Scientific, 1991. P. 327–336.
[8] Клепиков И. Н., Покровская И. В., Шарков Е. А. Спутниковые и радиодистанционные исследования мезомаштабной атмосферной турбулентности в предтайфуновых ситуациях // Исследование Земли из космоса. 1995. № 3. С. 13–24.
[9] Rutkevich P. B. Convective and rotational instability in moist air // Physica A. 2002. V. 315. N. 1–2. P. 215–221.
[10] Руткевич П. Б., Шарков Е. А. Физический механизм генезиса вихревых возмущений в сжимаемой и насыщенной водяным паром атмосфере: Препринт. М., ИКИ РАН, 2004. Пр-2102. 11 с.
[11] Покровская И. В., Шарков Е. А. Тропические циклоны и тропические возмущения Мирового океана: хронология и эволюция. Версия 2.1. (1983–2000). М.: Полиграф сервис, 2001. 548 с.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 |
Основные порталы (построено редакторами)