Оптический канал

gionov
Сообщений: 272
Зарегистрирован: 23 окт 2015, 21:15
Откуда: г. Снежинск, Челябинская обасть
Контактная информация:

Re: Оптический канал

Сообщение gionov » 24 окт 2015, 23:06

Kalinkin писал(а):Можно схемку накидать, я чёт не понимаю

Примерно так оптической осью шагаем по поверхности, только аппарат должен быть сконструирован так, чтобы тензор инерции был сферическим. Но мне больше нравится вариант с ротором внутри аппарата. Тогда можно снимки делать гораздо чаще, можно одновременно проводить корректировку орбиты и передавать результаты на Землю. К тому же солнечные батареи можно постоянно ориентировать на Солнце.
Схема.jpg
Схема.jpg (280.86 KiB) 3178 просмотра

Аватар пользователя
Kalinkin
Сообщений: 89
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 12:08

Re: Оптический канал

Сообщение Kalinkin » 24 окт 2015, 23:29

Я имею ввиду систему которая по принципу похожа на способ компенсации движения киноплёнки в старых киноаппаратах.
Вроде вращающегося или качающегося зеркала, которое будет двигаться с нужной скоростью и компенсировать смещение изображения от движения самого спутника. Вращать весь спутник слишком накладно, да и саму камеру тоже, достаточно отклонять луч.
Система стабилизации нужна если на сам спутник будут воздействовать какие-то внешние воздействия (вибрация и тд.).
Несколько матриц - усложнение конструкции, увеличение токапотребелния, увеличения исходящего трафика информации.

gionov
Сообщений: 272
Зарегистрирован: 23 окт 2015, 21:15
Откуда: г. Снежинск, Челябинская обасть
Контактная информация:

Re: Оптический канал

Сообщение gionov » 24 окт 2015, 23:51

Зеркало может помочь только если его разместить перед объективом снаружи аппарата, тогда оно должно быть оптического качества и размером больше объектива и не дрожать при вращении. По-моему легче двигать ПЗС матрицу внутри аппарата. А про запас матриц я писал в основном исходи из того, что системы надо дублировать на случай отказа. Так что работать будет одна и не будет увеличения исходящего траффика и потребляемой мощности.

Ronin
Сообщений: 18
Зарегистрирован: 24 окт 2015, 22:04

Re: Условия съёмки

Сообщение Ronin » 24 окт 2015, 23:59

Kalinkin писал(а):логично что нужна будет выдержка в 1/7500 секунду


Тут ещё нужно не забывать тонкий момент с принципом работы шторно-щелевого затвора (как на обычных зеркалках) - хоть он и отрабатывает выдержку 1/7500 для конкретного пикселя но засвечивает эти пиксели в разные моменты времени (вдоль направления своего движения). Короче, даёт искажения для быстро движущихся объектов. Если движение картинки перпендикулярно движению затвора то получится наклон, т.е. после обработки получится как бы наклонённый параллелограмм снятой поверхности.

В то же время центральные затворы, не могут отрабатывать столь короткие выдержки (а с более длинными и шторный справится).

Поэтому нужно или делать слежение за поверхностью, или мирится с геометрическими искажениями.

BarsMonster писал(а):Я предлагаю ближний УФ-синий, ~400нм.


А какая польза от ближнего УФ ? только желание упростить (линзовую) оптику ?
Если посмотреть спектральную чувствительность типичной (не специальной УФ) ПЗС, то увидим что на зелёный приходится ещё немалая часть выхода. Я бы не пренебрегал всем доступным спектром. Всё ж Луна внизу быстро пролетает.

kai-16000.PNG
kai-16000.PNG (52.51 KiB) 3177 просмотра


Также бегло смотрю УФ камеры на сайте FLI (астрокамеры) (просто что под руку подвернулось) - и вижу большие пиксели в 13-24 микрона и низкую скорость считывания в 1-1.8Мгц.

Вообще для начала определиться какая камера будет использоваться:
- потроха FullFrame Canon/Nikon/Sony (последних поколений высокой чувствительности, что актуально для выдержек 1/8000).
- потроха специальной астрономической камеры.
- собственная разработка.

В первом случае это цветная ПЗС, во втором - по выбору цветная или что лучше по чувствительности - ч/б, в третьем что угодно, но вероятно то же что и во втором случае. От радиации спасаться полным отключением на время перелёта и перезагрузками в рабочем режиме. (Кстати я ещё не читал, определились ли с тем какая платформа - герметичная или нет? для бытовухи очевидно герметичная)

gionov писал(а):Луна хорошо освещена Солнцем, это не Плутон

До кучи из гугла картинка по спектру отражения реголита.

otrazh-luna.jpg
otrazh-luna.jpg (156.02 KiB) 3177 просмотра


BarsMonster писал(а): Оптика - 10см с трудом еще можно на линзах, но можно уже и 10-15см рефлектор поставить. Или Ньютон на F3/F4 с корректором - самое дешевое решение если по габаритам влезет, или Ричи-Кретьен.

В общем и тут просматриваются варианты
- взять серийный фотообъектив (скорее зеркально-линзовый для наших фокусных). удобно в случае потрохов от ф/а в качестве камеры. может быть даже фокусировку штатную получится использовать. но слишком капризно как и с самим ф/а.
- взять серийный телескоп зеркально-линзовой схемы, или АПО рефрактор. на фокусировку шаговичок.
- у одного из российских оптиков заказать разработку телескопа, с учётом всех собственных хотелок.

BarsMonster писал(а): Мы должны работать на дифракционном пределе.

10см с 10км - это 2" (угл.сек), т.е. достаточный (по дифракции) диаметр объектива 140/2 = 70мм.

BarsMonster писал(а): Но факт остается фактом - линзовых систем с _диаметрами_ выше 10см в природе очень мало

А ещё они с диаметром резко становятся тяжелее и тяжелее как в кг так и в $ :)

gionov писал(а): Зачем большие поля? Мы же не картографировать Луну собрались.

Большие поля нужны чтобы условно говоря иметь возможность "промахнуться" системой наведения или неточностью орбиты, тем самым предъявляя этим системам менее жёсткие требования. Это же кстати поднимает вопрос о необходимости второй "навигационной" камеры широкого поля с короткофокусным объективом, возможно также с видео-режимом низкого разрешения реального времени (если позволит канал управления).
Последний раз редактировалось Ronin 25 окт 2015, 13:14, всего редактировалось 3 раз.

BarsMonster
Сообщений: 48
Зарегистрирован: 22 окт 2015, 00:32

Re: Условия съёмки

Сообщение BarsMonster » 25 окт 2015, 05:16

Ronin писал(а):А какая польза от ближнего УФ ? только желание упростить (линзовую) оптику ?


Увеличение разрешения 1.6 раза против просто съемки в видимом диапазоне.

Приведенный вами график чувствительности матрицы - нетипичный, смещенный в синюю область. Обычно пик дальше, ближе к красному. Но мы сможем выбрать то, что лучше подходит.

Аватар пользователя
Ejj
Сообщений: 290
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 21:01

Re:

Сообщение Ejj » 25 окт 2015, 05:55

voyager-1 писал(а):Позволю себе за человека ответить, есть данные с аппарата LRO

Это данные от миссии GRAIL, к LRO отношения не имеющие. Высота орбиты - 55 км. Размер "пикселя" на этой карте - порядка 100 км.
Квазистабильная орбита LRO - 31х199 км, далека от нашей. Круговая орбита LRO с высотой 50 км требует по оценке НАСА 150 м/с в год на свое поддержание.
Разберитесь с вопросом.

gionov
Сообщений: 272
Зарегистрирован: 23 окт 2015, 21:15
Откуда: г. Снежинск, Челябинская обасть
Контактная информация:

Re: Условия съёмки

Сообщение gionov » 25 окт 2015, 09:23

Ronin писал(а): Это же кстати поднимает вопрос о необходимости второй "навигационной" камеры широкого поля с короткофокусным объективом, возможно также с видео-режимом низкого разрешения реального времени (если позволит канал управления).

Это обязательно. Должна быть широкоугольная камера низкого разрешения, хоть от сотового телефона.

gionov
Сообщений: 272
Зарегистрирован: 23 окт 2015, 21:15
Откуда: г. Снежинск, Челябинская обасть
Контактная информация:

Re: Условия съёмки

Сообщение gionov » 25 окт 2015, 09:31

Ronin писал(а):От радиации спасаться полным отключением на время перелёта и перезагрузками в рабочем режиме. (Кстати я ещё не читал, определились ли с тем какая платформа - герметичная или нет? для бытовухи очевидно герметичная)

Для меня это как раз не очевидно, а удивительно! Бытовая электроника не сможет работать в вакууме? Почему?
Если поддерживать давление, то оптика будет в сильно напряжённом состоянии, либо нужно оптически идеальное окошко перед ПЗС которое не искажается давлением. В общем, нужна веская причина для поддержания атмосферного давления.

Другое дело, что обязательно нужно термостатирование.
viewtopic.php?f=64&p=253#p253
Последний раз редактировалось gionov 25 окт 2015, 14:20, всего редактировалось 1 раз.

Аватар пользователя
Ejj
Сообщений: 290
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 21:01

Re: Условия съёмки

Сообщение Ejj » 25 окт 2015, 11:09

gionov писал(а):Для меня это как раз не очевидно, а удивительно! Бытовая электроника не сможет работать в вакууме? Почему?

Если коротко - потому что рассыпется на составные детали от воздействия вакуума: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0 ... 0%B8%D0%B5 и далее.

gionov
Сообщений: 272
Зарегистрирован: 23 окт 2015, 21:15
Откуда: г. Снежинск, Челябинская обасть
Контактная информация:

Re: Оптический канал

Сообщение gionov » 25 окт 2015, 11:16

В этой ссылке ничего не нашёл о причине неработоспособности электроники в вакууме.
И не нашёл, чтобы она рассыпалась. С чего бы это она рассыпется? Припой испарится?

Ronin
Сообщений: 18
Зарегистрирован: 24 окт 2015, 22:04

Re: Условия съёмки

Сообщение Ronin » 25 окт 2015, 11:22

gionov писал(а):Для меня это как раз не очевидно, а удивительно! Бытовая электроника не сможет работать в вакууме? Почему?


Потому что охлаждение для неё требуется конвективное. Собственно поэтому советские АМС были традиционно герметичными, только сейчас у РФ появляются негерметичные платформы.

ps: я вот подумал, может разбить немного тему на отдельные - на выбор матрицы, выбор оптической схемы.

gionov
Сообщений: 272
Зарегистрирован: 23 окт 2015, 21:15
Откуда: г. Снежинск, Челябинская обасть
Контактная информация:

Re: Условия съёмки

Сообщение gionov » 25 окт 2015, 11:31

Ronin писал(а):Потому что охлаждение для неё требуется конвективное. Собственно поэтому советские АМС были традиционно герметичными, только сейчас у РФ появляются негерметичные платформы.

Спасибо, я как раз про это думал, что это единственная причина, только конвекции в невесомости не будет.
То есть отвод тепла за счёт теплопроводности газа. А он может быть даже меньше чем за счёт лучистой теплоотдачи.
То есть, дело не в вакууме, а в термостатированиии.
Но вроде как сейчас схемы очень маломощные и отвода тепла на плату через контакты вполне хватит, а радиационное охлаждение платы можно усилить понизив температуру кожуха или просто приклеев её теплопроводящим клеем.

Ronin писал(а):ps: я вот подумал, может разбить немного тему на отдельные - на выбор матрицы, выбор оптической схемы.


Тут я ещё вчера завёл тему, не найдя эту
viewtopic.php?f=64&t=23
Можно в ней выделить 4 подтемы
Последний раз редактировалось gionov 25 окт 2015, 14:21, всего редактировалось 1 раз.

Аватар пользователя
maxrez
Сообщений: 151
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 16:31

Re: Оптический канал

Сообщение maxrez » 25 окт 2015, 11:42

У бытовой электроники малый диапазон рабочих теплот. В вакууме может быть проблемой удержать теплоту в этих рамках, поскольку отсутствует охлаждение конвекцией. Конечно, всё зависит от положения электроники в самом аппарате. Но есть риск или сильного перегрева или сильного охлаждения (аппарат похоже будет больше, чем спутники Cubesat и выключенная электроника в тени может сильно охладиться). Ещё есть проблема, что пластмассовые корпуса деталей могут в вакууме трескаться. Эффект называется outgassing. Кроме того, нет гарантии, что SMD компоненты выдержат перегрузки и вибрации при старте ракеты-носителя. Так, что потрошение фотоаппаратов не очень хорошая идея. Нужно изготовление специальной платы с специально выбранными компонентами. Не думаю, что проблема считывания и уложения информации с матрицы настолько сложна, чтобы она была нерешаема своими силами.

Ronin
Сообщений: 18
Зарегистрирован: 24 окт 2015, 22:04

Re: Условия съёмки

Сообщение Ronin » 25 окт 2015, 11:50

gionov писал(а):Но вроде как сейчас схемы очень маломощные и отвода тепла на плату через контакты вполне хватит, а радиационное охлаждение платы можно усилить понизив температуру кожуха или просто приклеев её теплопроводящим клеем.


В камере гоняются довольно большие объёмы мегапикселей, что тянет за собой как память пошустрее, так и процессор обработки помощнее. моя старенькая минольта 7д 6мп при активной съёмке грелась довольно хорошо. А ещё саму матрицу неплохо бы охлаждать для снижения шумов. В общем, если бытовое - то атмосфера и вентилятор. Если разрабатывать отдельно - можно с учётом космических нюансов.

maxrez писал(а):Не думаю, что проблема считывания и уложения информации с матрицы настолько сложна, чтобы она была нерешаема своими силами.


Да, тоже больше склоняюсь к такому. В качестве референса можно взять например астрокамеру какую-нибудь)) Но затвор возможно из ф/а брать придётся.
Последний раз редактировалось Ronin 25 окт 2015, 11:55, всего редактировалось 1 раз.

Аватар пользователя
Kalinkin
Сообщений: 89
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 12:08

Re: Оптический канал

Сообщение Kalinkin » 25 окт 2015, 11:55

gionov писал(а):Примерно так оптической осью шагаем по поверхности, только аппарат должен быть сконструирован так, чтобы тензор инерции был сферическим. Но мне больше нравится вариант с ротором внутри аппарата. Тогда можно снимки делать гораздо чаще, можно одновременно проводить корректировку орбиты и передавать результаты на Землю. К тому же солнечные батареи можно постоянно ориентировать на Солнце.


При такой схеме полёта мы будем выхватывать маленький кусок лунной поверхности где-то посреди Луны.
Я бы стабилизировал спутник так, чтобы оптическая ось всегда была перпендикулярно поверхности. Хоть в целях нет картографирования Луны, при такой схеме можно будет получать снимки которые хоть как-то можно соединить и привязать к координатам.

gionov писал(а):Зеркало может помочь только если его разместить перед объективом снаружи аппарата, тогда оно должно быть оптического качества и размером больше объектива и не дрожать при вращении. По-моему легче двигать ПЗС матрицу внутри аппарата. А про запас матриц я писал в основном исходи из того, что системы надо дублировать на случай отказа. Так что работать будет одна и не будет увеличения исходящего траффика и потребляемой мощности.


Зеркало можно разместить между объективом и матрицей.Оно естественно должно быть оптическим. Двигать матрицу конструктивно сложнее. Про дублирование матрицы идея хорошая.

Ronin писал(а):Тут ещё нужно не забывать тонкий момент с принципом работы шторно-щелевого затвора (как на обычных зеркалках) - хоть он и отрабатывает выдержку 1/7500 для конкретного пикселя но засвечивает эти пиксели в разные моменты времени (вдоль направления своего движения). Короче, даёт искажения для быстро движущихся объектов. Если движение картинки перпендикулярно движению затвора то получится наклон, т.е. после обработки получится как бы наклонённый параллелограмм снятой поверхности.
В то же время центральные затворы, не могут отрабатывать столь короткие выдержки (а с более длинными и шторный справится).
Поэтому нужно или делать слежение за поверхностью, или мирится с геометрическими искажениями.


Полностью согласен. По этому возможно придётся вводить систему компенсации смаза, тогда не понадобятся такие большие выдержки.


Ronin писал(а):В общем и тут просматриваются варианты
- взять серийный фотообъектив (скорее зеркально-линзовый для наших фокусных). удобно в случае потрохов от ф/а в качестве камеры. может быть даже фокусировку штатную получится использовать. но слишком капризно как и с самим ф/а.
- взять серийный телескоп зеркально-линзовой схемы, или АПО рефрактор. на фокусировку шаговичок.
- у одного из российских оптиков заказать разработку телескопа зеркально-линзовой схемы, с учётом всех собственных хотелок.


С большой доле вероятности серийные объективы не подойдут. Они рассчитаны на использование в Земных условиях и просто не переживут вибрацию и перегрузки при запуске или же перепады температур при эксплуатации.

Объектив под наши нужды могу рассчитать я сам .

Ronin писал(а):10см с 10км - это 2" (угл.сек), т.е. достаточный (по дифракции) диаметр объектива 140/2 = 70мм.


Почему все забывают про фокусное расстояние? Откуда 70мм, можно объяснить?

gionov писал(а):В этой ссылке ничего не нашёл о причине неработоспособности электроники в вакууме.
И не нашёл, чтобы она рассыпалась. С чего бы это она рассыпется? Припой испарится?


Что-то в этом духе. Некоторые материалы начинают испаряться в вакууме. Если мне не изменяет память, больше всего органика (клеи, покрытия).

Ronin писал(а):ps: я вот подумал, может разбить немного тему на отдельные - на выбор матрицы, выбор оптической схемы.


Вот мы и пришли к главному вопросу этой ветки - обсуждение ХАРАКТЕРИСТИК оптического канала, это значит выбор фокусного расстояния, диаметра входного зрачка, выбор углового поля и лишь в последнюю очередь выбор конструкции (линзовый и зеркальный).
Пока нет цифр, предлагаю вообще не затрагивать конструктив объектива, затвора и необходимость стабилизации.

А получить фокусное расстояние, угловое поле и входной зрачок можно тольке после выбора ПРИЁМНИКА ИЗЛУЧЕНИЯ, т.е. матрицы.
Размер пикселя влияет на фокусное расстояние.
Рабочая длина волны влияет на диаметр входного зрачка.
Физический размер матрицы на угловое поле.

Разработать матрицу нам точно не по карману, так что предлагаю делиться ссылками на серийные образцы и прикидывать насколько они подойдут нам.
Могу накидать в экселе расчёт выходных параметров по входным, чтобы быстро прикидывать параметры оптической системы.

Ronin
Сообщений: 18
Зарегистрирован: 24 окт 2015, 22:04

Re: Оптический канал

Сообщение Ronin » 25 окт 2015, 12:09

Kalinkin писал(а):По этому возможно придётся вводить систему компенсации смаза, тогда не понадобятся такие большие выдержки.


а мне нравится идея пролёта и сканирования без сопровождения :)
хотя при разрешении 10см выдержка падает уже до 1/15000 а при 5см вообще 1/30000, что возможно заставит её отбрасывать.

Kalinkin писал(а):Почему все забывают про фокусное расстояние? Откуда 70мм, можно объяснить?


Сикорук Л.Л. РАЗРЕШАЮЩАЯ СИЛА ТЕЛЕСКОПА. http://www.old.astronomer.ru/data/libra ... a1/1_8.htm
картинки http://www.old.astronomer.ru/data/libra ... a1/1_7.htm

Kalinkin писал(а):Разработать матрицу нам точно не по карману, так что предлагаю делиться ссылками на серийные образцы и прикидывать насколько они подойдут нам.


астрокамеры http://flicamera.com/proline/index.html
http://www.sbig.com/products/cameras/
сами сенсоры http://www.onsemi.ru.com/PowerSolutions ... ?id=101682
http://www.e2v.com/products/imaging/ima ... ccd-emccd/

Аватар пользователя
maxrez
Сообщений: 151
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 16:31

Re: Оптический канал

Сообщение maxrez » 25 окт 2015, 12:14

А что если использовать сканирующий метод получения снимка? Сделать так, чтобы движение над поверхностью ни мешало а наоборот было условием получения снимка. Как светочувстительный элемент использовать сенсор подобный сенсору в сканере. Пока не знаю, какие именно сенсоры доступны, но меня интересует возможность такого способа съемки. Теоретические выгоды: не нужна компенсация движения, поток данных гораздо меньше, чем при матрице. Вопрос: с какой скоростью нужно считывать данные с сенсора, чтобы обеспечить достаточное разрешение по вертикали?

Аватар пользователя
Kalinkin
Сообщений: 89
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 12:08

Re: Оптический канал

Сообщение Kalinkin » 25 окт 2015, 12:17

Ronin писал(а):
Сикорук Л.Л. РАЗРЕШАЮЩАЯ СИЛА ТЕЛЕСКОПА. http://www.old.astronomer.ru/data/libra ... a1/1_8.htm
картинки http://www.old.astronomer.ru/data/libra ... a1/1_7.htm



Это формулы для телескопа - т.е. системы которая работает с глазом. Из телескопа выходит паралельный пучок лучей (изображение в бесконечности), который потом фокусируется глазом. Глаз при расчёте не учитывается, по этому идёт разговор об угловом разрешении.
В нашем случае мы работаем с объективом, который сразу фокусирует изображение на матрице, и нам интересно линейное разрешение - угловое умноженное на фокусное расстояние.
Минимальный кружок рассеяния системы равен r=1.22*(длинна волны)*(фокусное расстояние)/(диаметр входного зрачка).

Аватар пользователя
Ejj
Сообщений: 290
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 21:01

Re: Оптический канал

Сообщение Ejj » 25 окт 2015, 12:17

Что в данном случае "разрешение по вертикали" - разрешение вдоль вектора скорости? За секунду на орбите ИСЛ смещение - 16 метров. Для пространственного разрешения в 10 см потребуется частота сканирования 160 Гц.
У меня было желание использовать главную камеру миссии в качестве навигационного прибора при межпланетном перелете и на этапе построения орбиты у Луны. Использовать для этой задачи систему с пространственной разверткой будет сложнее.
Последний раз редактировалось Ejj 25 окт 2015, 12:28, всего редактировалось 1 раз.

Аватар пользователя
Kalinkin
Сообщений: 89
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 12:08

Re: Оптический канал

Сообщение Kalinkin » 25 окт 2015, 12:19

maxrez писал(а):А что если использовать сканирующий метод получения снимка? Сделать так, чтобы движение над поверхностью ни мешало а наоборот было условием получения снимка. Как светочувстительный элемент использовать сенсор подобный сенсору в сканере. Пока не знаю, какие именно сенсоры доступны, но меня интересует возможность такого способа съемки. Теоретические выгоды: не нужна компенсация движения, поток данных гораздо меньше, чем при матрице. Вопрос: с какой скоростью нужно считывать данные с сенсора, чтобы обеспечить достаточное разрешение по вертикали?


Вы говорите о методе съёмки с помощью линейки ПЗС.
Как пример:

http://www.laserlocation.ru/catalog/cam ... eras/3595/


Вернуться в «Обоснование выбора целевой аппаратуры»

Кто сейчас на форуме

Количество пользователей, которые сейчас просматривают этот форум: нет зарегистрированных пользователей и 4 гостей