При вращении зеркала в его поле зрения последовательно попадают четыре эталонных источника, излучение которых полностью заполняет угол зрения системы. В спектральном диапазоне 3,5 мкм и больше в качестве это-лонных источников используют два черных тела, температура каждого из которых поддерживается постоянной с точностью 0,25° С термоэлектрическим регулятором температуры. Температуру одного черного тела устанавливают минимальной, а другого - максимальной относительно ожидаемой температуры поверхности Земли. Промежуточные значения температуры определяют интерполяцией сигналов этих эталонных источников.

Рис. 3.13. Оптическая схема 24-канального спектрорадиометра: с - длинноволновые каналы; б -. коротковолновые каналы;, /-приемники излучения каналов 13-15 Q.=2, 1 ... 4,75 мкм); 2- приемники излучения каналов /6 - 22 (X = 6,0 ... 13,0 мкм); S. , 19, 27 - днхроичные фильтры; 4 - зеркальный объектив; 5, 18- сфокусированные лучи; 6 - германиевая линза; 7 - диспергированный луч; 8, 26 - коллимнро-ванные лучи; 9 - излучение с длиной волны X > 2 мкм; 10 - длинноволновая решетка; 12, 29 - входное излучение в телесном угле 2 мрад; /5 -приемник излучения канала / (X = 0.34 ... 0,4 мкм); ti-группа призм и зеркал; 15 - приемник канала 2; 16 - приемник излучения канала 3; 17, 25 - зеркальный объектив; 20 - приемники излучения каналов 4 -./О и 24 (X = 0,53 ... 1,09 мкм); 2/.-фильтр; 22-приемники излучения каналов , 12 к 23 0 => 1,12 ... 1.73 мкм); 23 - диспергированный Луч; 24 = коротковолновая решетка; 2* = отраженный луч

Для видимой и ближней ИК-областей а качестве опорных излучателей используются вольфрамогалогениая лампа, имеющая форму интегрирующей сферы, и небесная сфера. Опорный сигнал от небесной сферы образуется с помощью матового стекла, расположенного в верхней части фюзеляжа самолета, и релейной оптической системы, соединяющей окно в фюзеляже с устройством сканирования. Точность калибровки в спектральном диапазоне 0,34-2,36 мкм 1% (относительная между каналами) и 5% (абсолютная), а в диапазоне 3,5-13,0 мкм соответственно 0,2 и 0,5%.

Запись информации производится в цифровой форме, которая обеспечивает максимальный динамический диапазон 256 : 1 с учетом преобразования информации в восьмиразрядный код (при аналоговой записи динамический диапазон не превышал бы 36 : 1).

Видеопроцессор (рис. 3.14) выделяет рабочий сигнал в момени йоявлеиия в поле зрения эталонного излучателя. Результирующий сигнал интегрируется за время порядка нескольких сотен периодов развертки и подается на вход усилителя.

Для временного хранения информации используется буферное запоминающее устройство на магнитных сердечниках. За. активное время обзора.

соответствующее развертке местности по горизонтали на угол 80°, рабочие сигналы и сигналы эталонных излучателей преобразуются в восьмиразрядный цифровой код, который переносится в буферное устройство, формируется и записывается на 14 дорожках. При непрерывном считывании информации с буферного устройства исключается пассивное время, в течение которого зеркало поворачивается на угол 280°. ,

Й1И^ к бидеопроиессовом g ~ f7HF->

-1 и иидиттору -I-, типа С

Рис. 3.14. Функциональная схема 24-канального спектрорадиометра:

/ - эталонная отражающая поверхность; 2. S - черное тело с автоматической регулировкой температуры; 4 - вольфрамогалогеиыая лампа н схема регулировки; 5 - излучение небесной сферы; 6 - вращающееся плоское зеркало; 7- излучение исследуемого участка поверхности Земли; 8- дисперсионные элементы; 9 -приемник канала /(фотоумножитель 0,34- -0,40 мкм); to - приемник канала 2 (фотоумножитель 0,40 - 0,44 мкм); -приемник канала 24; /2, /5 - видеопроцессоры каналов /, 2; /4 - предварительный усилитель; tS - видеопроцессор канала 24; t6, t7 - схема двойного интегрирования и запоминаиня; /* - выходной регистр; /9, 2t - аналого-цифровой преобразователь; 20, 22 - выходной регистр; 23- схема .двойного интегрирования и запоминания; 24 - аналого-цифровой преобразователь; 25 - буферное устройство; 26 - запоминающий регистр каналов /, 2; 27 - запоминающий регистр каналов 23, 24 ; 28 - магнитофон; 29 - индикатор типа А; 30 - индикатор типа С; 3t - селектор входных сигналов индикаторов; 52 - ввод информации о иаправлеиии полета; 33 - аналоговая мультиплексная схема; 34 - задающий блок синхронизации и контроля; 35 - кодирующее устройство иа валу двигателя; 36 - двигатель сканирующего зеркала; 37 - схема синхронной коррекции крена; 38 - индикатор отношения скорости V самолета к высоте И полета; 39 - контроль скорости вращения двигателя сканирующего зеркала; 40 - индикаторы .полетных данных (креи. тангаж, широта, долгота, время, рысканье); 4t- ручное управление отношения V/H (полетные данные); 42 - аналого-цифровой преобразователь; 45 - цифровая мультиплексная схема

Часть электронной схемы, включающая видеоусилитель, цепи стабилизации усиления и цепи расширения динамического диапазона, является сменным модулем, называемым видеопроцессором. В видеопроцессор входит коммутирующий селектор, служащий для выбора одного из двух эталонных и ближнего инфракрасного диапазонов.

Энергетическое уравнение спектрорадиометра имеет вид [83]

Гоп^опйиРэш^об%

4пор (QuMj

> т.

= 0,5

ОП - коэффициент пропускания оптической системы радиометра ; - коэффициент модуляции; - коэффициент пропускания оптической системы

монохроматора; = (sin к/к) - коэффициент относительной интенсивности эше-

летта; к = Я/Я,

, = Яо cos Y/2; 1- коэффициент зеркального

эш. макс эш. макс

отражения эшелетта; 6Я - спектральный предел разрешения, мкм; Dg - диаметр объектива радиометра, см; (о^,, - мгновенный телесный угол поля зрения радиометра; /=др - паспортный удельный порог чувствительности ПИ, Вт/(см Гц/);

- площадь чувствительной площадки приемника излучения, см; Л/ - шумовая полоса пропускания электронного канала, Гц; т = BJAB - отношение сигнал/шум на выходе электронного тракта.

4. ФУРЬЕ-СПЕКТРОРАДИОМЕТРЫ

Для измерения лучистого потока в узком диапазоне длин волн излучения исследуемых источников и фонов, кроме рассмотренных спектрорадиометров, широко распространены радиометры, основанные на использовании свойств преобразования Фурье. Метод Фурье-спектрометрии заключается в создании эффекта интерференции в пучке лучей измеряемого источника, что позволяет зарегистрировать преобразование Фурье от его оптического спектра с последующим расчетным восстановлением этого спектра при помощи обратного Фурье-преобразования.

/г

7 8 9 W 11\

Рис. 3-15. К пояснению принципа действия интерферометра Майкель-сона (а) и его упрощенная схема (б):

/, 5 - оптические системы; 2, 3, 4 - зеркала; 6 - приемник излучения; 7 - двигатель, обеспечивающий линейное Перем щение зеркала 19; 8 - кремниевый приемник; 9 - линза; 10 - интерференционный фильтр; -> входное окно с фильтром; 12 - зеркало, служащее для компенсации ухода изображения и калибровки; 13 - монохроматический источник (5852 А); 14 - инфракрасный конденсор; /5 -болометр с термодатчиком; /6 - зеркало; /7 - неподвижное зеркало; 18 - разделительная и компенсационные пластины; 19 - подвижное зер-у кало

Основными приборами среди Фурье-спектрорадиометров являются интерферометры, из которых наибольшее распространение получил интерферометр Майкельсона. Принцип действия двухлучевого интерферометра, основанного на создании интерференционной картины в параллельном потоке лучистой энергии за счет разности хода двух лучей, показан на рис. 3.15, а. С помощью оптической системы / лучистый поток от исследуемого объекта преобразуется в параллельный пучок лучей, который полупрозрачны! зеркалом 3 расщепляется на два потока. Первый поток, отразившись от зеркала 2, через зеркало 3 поступает в оптическую систему 5. Второй поток поступает в эту же оптическую систему, .отразившись от зеркала 4. Эти два потока