Автор: Кирилин А.Н.   Ахметов Р.Н.   Ткаченко С.И.   Аншаков Г.П.  

Теги: авиация и космонавтика   летательные аппараты   ракетная техника   космическая техника   астрономия   космонавтика   сборник материалов   материалы конференции  

ISBN: 978-5-93424-743-1

Год: 2015

Похожие

Развитие отечественной ракетно-космической науки и техники. Том 3. История развития отечественных автоматических космических аппаратов

От «Спутника» до «Глонасса»

Развитие отечественной ракетно-космической науки и техники. Том 6. История развития систем управления, радиотехнических систем и наземного автоматизированного космплекса

Многофункциональная космическая платформа "Навигатор"

Текст
                    IV Всероссийская научно-техническая конференция
«Актуальные проблемы ракетно-космической техники»
(IV Козловские чтения)
СБОРНИК
МАТЕРИАЛОВ КОНФЕРЕНЦИИ
ТОМ I
АО «РКЦ «Прогресс», Самара, Россия
14 - 18 сентября 2015 г.

IV Всероссийская научно-техническая конференция
«Актуальные проблемы ракетно-космической техники»
(IV Козловские чтения)
СБОРНИК
МАТЕРИАЛОВ КОНФЕРЕНЦИИ
Том 1
АО «РКЦ «Прогресс», Самара, Россия
14 - 18 сентября 2015 г.

УДК 629.7
Под общей редакцией
доктора технических наук, профессора
А.Н. Кирилина
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ:
А.Н. Кирилин, Р.Н. Ахметов, С.И. Ткаченко, Т.П. Аншаков,
Н.Р. Стратилатов, А.Д. Сторож, А.И. Мантуров,
А.В. Соллогуб, Ю.Н. Горелов, В.В. Салмин
Рецензент: д.т.н., профессор Ю.Н. Лазарев
Материалы IV Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы
ракетно-космической техники» (IV Козловские чтения) (14-18 сентября 2015 года,
г.Самара); под общ. ред. А.Н. Кирилина/СамНЦ РАН - Самара, 2015.-
стр.
УДК 629.7
ISBN 978-5-93424-743-1
© СамНЦ, Самара, 2015
© Коллектив авторов, 2015

СОДЕРЖАНИЕ
ПЛЕНАРНЫЕ ДОКЛАДЫ
СОЗДАНИЕ ИННОВАЦИОННЫХ КОСМИЧЕСКИХ СИСТЕМ	14
ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ В
АО «РКЦ «ПРОГРЕСС»
А.Н. Кирилин, Р.Н. Ахметов, С.В. Тюлевин, А.Д. Сторож,
Е.В. Космодемьянский, Н.Р. Стратилатов (АО «РКЦ «Прогресс»,
г. Самара)
ЛЁТНО-КОНСТРУКТОРСКИЕ ИСПЫТАНИЯ И ОПЫТНАЯ	24
ЭКСПЛУАТАЦИЯ МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ «АИСТ»
А.Н. Кирилин (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара), С.И. Ткаченко,
В.В.Салмин, Н.Д. Сёмкин (СГАУ им. академика С.П. Королева,
г. Самара), А.П. Папков (ООО «НИЛАКТ ДОСААФ», г. Калуга),
В.И. Абрашкин (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара), И.С. Ткаченко (СГАУ
им. академика С.П. Королева, г. Самара), Ю.Е. Железнов, Е.Ю. Галаева
(АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
КОЭЦА - КОМПЛЕКС ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЙ ЦЕЛЕВОЙ	39
АППАРАТУРЫ ДЛЯ МКА «АИСТ-2Д»
А.И. Бакланов, М.В. Клюшников, А.П. Гринько, И.А. Малахов,
В.В. Жевако, Д.В. Халус, Е.А. Радин, А.Н. Афонин, А.С. Мастюгин,
КВ. Невоструев, В.Л. Алаторцев, П.А. Костенков, Р.С. Дюльдин,
ГВ. Бунтов, П.Н. Разживалов, А.А. Тюрин, А.В. Хватов, Р.В. Матвеев,
А.В. Логвин (филиал АО «РКЦ «Прогресс» - НПП «ОПТЭКС»,
г. Зеленоград), Д.Н. Сафронов, А.А. Кузменко (ЗАО НПП «САЙТ»,
г. Зеленоград)
КОМПЛЕКСНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ ЖИДКОСТНЫХ 49
РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК КОСМИЧЕСКОГО
НАЗНАЧЕНИЯ
И.С. Партола (КБ «Салют» ФГУП «ГКНПЦ имени М.В. Хруничева»,
г. Москва)
ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ ВОЛОКОННЫЕ ЛАЗЕРЫ С СОЛНЕЧНОЙ	53
НАКАЧКОЙ ДЛЯ КОСМИЧЕСКОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
В.М. Мельников, Е.П. Морозов, Б.Н. Харлов (ФГУП «ЦНИИмаш»,
г. Королёв М.о.)
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ НАУЧНЫХ	57
ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ГЛАВНОМУ НАПРАВЛЕНИЮ НАУЧНО-
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ СГАУ «КОСМИЧЕСКОЕ
МАШИНОСТРОЕНИЕ»
А.Н. Кирилин, Н.Р. Стратилатов (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара),
Е.В. Шахматов, В.В. Салмин, С.И. Ткаченко, В.И. Куренков,
О.Л. Старинова, И.С. Ткаченко, В.В. Волоцуев, КВ. Петрухина
С.Л. Сафронов (СГАУ им. академика С.П. Королева, г.Самара)
3

СЕКЦИЯ 1: ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО РАКЕТ-НОСИТЕЛЕЙ И
КОСМИЧЕСКИХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ, КОСМИЧЕСКИЕ
ИССЛЕДОВАНИЯ И ПРОЕКТЫ
СЕМЕЙСТВО МОДУЛЬНЫХ РАКЕТ СВЕРХЛЕГКОГО КЛАССА	68
«ТАЙМЫР» С ДИАПАЗОНОМ ПОЛЕЗНЫХ НАГРУЗОК ОТ 13 КГ ДО
140КГНАНОО
А.М. Ильин, А.В. Суворов (ООО «Лин Индастриал», г. Москва)
ТЕХНОЛОГИИ СНИЖЕНИЯ ТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ	75
ПУСКОВ РАКЕТ КОСМИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ НА
ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
Я.Т. Шатров (ФГУП ЦНИИмаш, г. Королев М.о.), Д-А. Баранов
(АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара), В.И. Трушляков (ОмГТУ, г. Омск)
ЗАДАЧИ ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ НАУКИ В РАЗВИТИИ ОБОРОННОГО 79
СЕКТОРА РОССИЙСКОЙ КОСМОНАВТИКИ
В.Ю. Корчак, С.В. Куприянов (СПП РАН, г. Москва), ГИ. Леонович (ПО
СПП РАН, г. Самара)
МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ ПРОБЛЕМНО-	84
ОРИЕНТИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ВЫБОРА ОСНОВНЫХ
ПРОЕКТНЫХ ПАРАМЕТРОВ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
HP. Cmpamwiamoe (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара), В.И. Куренков,
А.С. Кучеров, А.А. Якищик (СГАУ им. академика С.П. Королева,
г. Самара)
ОЦЕНКА ПЕРСПЕКТИВ РЕАЛИЗАЦИИ НА ПРАКТИКЕ	95
ПРОМЫШЛЕННОГО КОСМИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА
О.Ф. Садыков (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара), А.И. Шулепов (СГАУ
им. академика С.П. Королева, г. Самара)
ПРОЕКТИРОВАНИЕ АДАПТИВНОГО К ДЕЙСТВИЮ ГРАДИЕНТОВ 101
ТЕМПЕРАТУР РАЗМЕРОСТАБИЛЬНОГО КОРПУСА
КОСМИЧЕСКОГО ТЕЛЕСКОПА
Р.Н. Ахметов, HP. Cmpamwiamoe, А.Н. Шайда, А.С. Нонин,
А.С. Ткаченко (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
МЕТОДИКА РАЗМЕЩЕНИЯ ВНЕШНИХ УСТРОЙСТВ КОСМИЧЕСКИХ	104
АППАРАТОВ ДЗЗ С УЧЕТОМ ЦЕЛЕВОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
Р.Н. Ахметов, Л.Б. Шилов (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара), В.И.
Куренков, А.А. Якищик (СГАУ им. академика С.П. Королева, г. Самара)
ПРОБЛЕМНЫЕ ВОПРОСЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ СБОЕУСТОЙЧИВОСТИ 116
И ОТКАЗОУСТОЙЧИВОСТИ ИЗДЕЛИЙ РАЗРАБОТКИ АО «РКЦ
«ПРОГРЕСС» ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ТЗЧ И ВЭП КП
Е.А. Буренина, А.С. Дементьев, Е.В. Чурилин, А.А. Брагин (АО «РКЦ
«Прогресс», г. Самара)
АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОМБИНИРОВАННЫХ БЛОКОВ	118
ВЫВЕДЕНИЯ, ВКЛЮЧАЮЩИХ ХИМИЧЕСКИЙ РАЗГОННЫЙ БЛОК
И ЭЛЕКТРОРЕАКТИВНЫЙ ТРАНСПОРТНЫЙ МОДУЛЬ, В ЗАДАЧАХ
4

ТРАНСПОРТИРОВКИ ПОЛЕЗНЫХ НАГРУЗОК НА
ГЕОСТАЦИОНАРНУЮ ОРБИТУ
В.В. Салмин, К.В. Петрухина, А.С. Русских, А.А. Кветкин (СГАУ им.
академика С.П. Королева, г. Самара)
ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ	130
РАЗМЕРОСТАБИЛЬНОГО КОРПУСА КОСМИЧЕСКОГО ТЕЛЕСКОПА
ПРИ ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Ю.В. Потапова, А.Н. Шайда (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БУКСИРА С	135
ЭЛЕКТРОРАКЕТНОЙ ДВИГАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКОЙ
МЕГАВАТТНОГО КЛАССА ДЛЯ ГРУЗОСНАБЖЕНИЯ ЛУНЫ С
КОСМОДРОМА «ВОСТОЧНЫЙ». МЕТОДИКА ВЫБОРА ЕГО
ПРОЕКТНЫХ ПАРАМЕТРОВ
Д.А. Горопаев (ФГУП «ЦНИИмаш», г.Королев М.о.)
АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ СХЕМЫ ПОЛЕТА СТУПЕНИ С РАКЕТО-	137
ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМОЙ СПАСЕНИЯ НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВУХСТУПЕНЧАТОЙ PH СРЕДНЕГО КЛАССА
Д.С. Украинцев, Ю.Л. Кузнецов (ФГУП «ЦНИИмаш», г. Королев М.о.)
ПУТИ РАЗВИТИЯ СРЕДСТВ ВЫВЕДЕНИЯ СВЕРХТЯЖЕЛОГО	140
КЛАССА
В.В. Смирнов (ФГУП «ЦНИИмаш», г. Королев М.о.)
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ СРЕДСТВ ВЫВЕДЕНИЯ	145
Ф.Ф. Дедус, И.И. Кузнецов, А.Ю. Подтынных (ФГУП «ЦНИИмаш»,
г. Королев М.о.)
ТРАНСФОРМИРУЕМЫЙ МОДУЛЬ. ВАРИАНТЫ КОНСТРУКЦИИ	148
ОБОЛОЧКИ
А.А. Чернецова, И.В. Оникийчук, ИМ. Филиппов, АД. Бычков (ОАО
«РКК «Энергия», г. Королев М.о.)
МЕТОДИКА СРАВНИТЕЛЬНОЙ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ	151
КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ ДЗЗ С РАЗЛИЧНЫМИ ОПТИКО-
ЭЛЕКТРОННЫМИ ТЕЛЕСКОПИЧЕСКИМИ КОМПЛЕКСАМИ
НН Стратилатова, (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара), В.И. Куренков,
А.С. Кучеров (СГАУ им. академика С.П. Королева, г. Самара), А.С.
Егоров (АО «РКЦ «Прогресс», г.Самара)
ИЗМЕРЕНИЕ ПОМЕХ В ЦЕПЯХ БОРТОВОЙ АППАРАТУРЫ	160
КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ ВЫЗВАННЫХ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПОЛЕМ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО
РАЗРЯДА
А.В. Костин, В.С. Бозриков (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
СЕКЦИЯ 2: КОСМИЧЕСКОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ ЗЕМЛИ,
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА
5

АППАРАТУРА ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ ПЕРСПЕКТИВНОГО КА	170
«РЕСУРС-ПМ»
А.И. Бакланов, И.А. Горбунов, А.С. Забиякин, И.А. Малахов, В.Д. Блинов
(Филиал АО «РКЦ «Прогресс» - НПП «ОПТЭКС», г. Москва),
А.М. Савицкий, М.Н. Сокольский, В.А. Данилов (ОАО «ЛОМО», Санкт-
Петербург)
АППАРАТУРА СРЕДНЕГО РАЗРЕШЕНИЯ ПЕРСПЕКТИВНОГО КА 176
«РЕСУРС-ПМ»
А.И. Бакланов, И.А. Малахов, В.Д. Блинов (Филиал АО «РКЦ «Прогресс»
- НПП «ОПТЭКС», г. Москва), С.А. Архипов, В.М. Линъко
(ПАО «Красногорский завод им. С.А. Зверева», г. Красногорск)
ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ДЛЯ	181
ПЕРСПЕКТИВНОЙ АППАРАТУРЫ СВЕРХВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ
В	.В. Жевако, Р.С. Дюльдин (филиал АО «РКЦ «Прогресс» -
НПП «ОПТЭКС»)
КШМСА - КОМПЛЕКС ШИРОКОЗАХВАТНОЙ	185
МУЛЬТИСПЕКТР АЛЬНОЙ АППАРАТУРЫ КОСМИЧЕСКОГО
АППАРАТА «РЕСУРС-П»
А.И. Бакланов, А.С. Забиякин, А.Н. Афонин, В.Д. Блинов (Филиал АО
«РКЦ «Прогресс» - НПП «ОПТЭКС», г. Москва)
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РАЗВИТИЯ ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫХ	192
КОМПЛЕКСОВ ПРИЁМА-ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ КА ДЗЗ
В	.Л. Алаторцев, В.Г. Слащёв, Д.В. Юрин (Филиал АО «РКЦ «Прогресс» -
НПП «ОПТЭКС», г. Москва), О.А. Алаторцева (МИЭТ, г. Зеленоград)
УСТРОЙСТВО ПОСТРОЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННОГО	203
ИЗОБРАЖЕНИЯ В СОСТАВЕ БОРТОВОЙ АППАРАТУРЫ ДЛЯ
ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ МОНИТОРИНГОВОЙ
ИНФОРМАЦИИ
А.С. Кузнецов, С.С. Щесняк, А.О. Славянский (ОАО «НЦПЭ», г. Санкт-
Петербург)
МОДЕЛИРОВАНИЕ ШИРОКОПОЛОСНОЙ ЩЕЛЕВОЙ АНТЕННЫ	206
КРУГОВОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ
А.В. Лепунов, А.В. Кантышев (АО «ИСС им. академика
М.Ф. Решетнева», г. Железногорск), ИВ. Романов (ТГУ, г. Томск)
ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОЙ ЧАСТОТЫ МИКРОВОЛНОВОГО	212
ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ КОСМИЧЕСКОЙ РЕГИСТРАЦИИ
МИКРОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ АТМОСФЕРНЫХ источников
КА. Мозгов, В.Ф. Федоров (ОАО «НПК«СПП», г. Москва)
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ КОСМИЧЕСКОГО	217
ГИПЕРСПЕКТРОМЕТРА, ОСНОВАННОГО НА СХЕМЕ ОФФНЕРА
6

Н.Л. Казанский, С.И. Харитонов, Л.Л. Досколович, А.В. Павельев (ИСОИ
РАН г. Самара)
ЮСТИРОВКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МАКЕТНОГО ОБРАЗЦА	225
ГИПЕРСПЕКТРОМЕТРА ПО СХЕМЕ ОФФНЕРА
С.В. Карпеев, С.Н. Хонина (СГАУ им. академика С.П. Королева,
г. Самара), С. И. Харитонов (ИСОИ РАН г. Самара),
ПЕРСПЕКТИВНАЯ ГИПЕРСПЕКТРАЛЬНАЯ АППАРАТУРА «БИСЕР»:	230
ВАРИАНТЫ СХЕМНОГО РЕШЕНИЯ
С.А. Морозов, С.А. Архипов, КС. Беляев, М.Ю. Лузганова,
М.А. Сальникова (ПАО «Красногорский завод им. С.А. Зверева»,
г. Красногорск)
СПОСОБ ПОИСКА ПЛОСКОСТИ НАИЛУЧШЕГО ИЗОБРАЖЕНИЯ 234
ДЛЯ КА ДЗЗ СВЕРХВЫСОКОГО ПРОСТРАНСТВЕННОГО
РАЗРЕШЕНИЯ В ПРОЦЕССЕ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИИ
В.В. Еремеев, П.А. Князьков (РГРУ, г. Рязань), В.М. Фёдоров (АО «РКЦ
«Прогресс», г.Самара)
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АПРИОРНОЙ ИНФОРМАЦИИ ПРИ	237
ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ ВЫСОКОДЕТАЛЬНОЙ
РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ
В.А. Ушенкин, Н.А. Егошкин (РГРУ, г. Рязань)
ТЕМАТИЧЕСКИЕ ПРОДУКТЫ, СОЗДАВАЕМЫЕ НА ОСНОВЕ	240
ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ,
ПОЛУЧЕННЫХ В L- И Р- ДИАПАЗОНАХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО
СПЕКТРА
В.А. Малиновский, А.А. Расторгуев (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
МЕДИАННЫЕ ФИЛЬТРЫ ФРЕШЕ ДЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ	242
ГИПЕРСПЕКТРАЛЬНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
А.В. Мартьянова (ОАО «НПОА им. академика Н.А. Семихатова»,
г. Екатеринбург), В.Г. Лабунец (УФУ, г. Екатеринбург)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТРУКТУРЫ И ВАРИАЦИЙ МАГНИТНОГО ПОЛЯ 248
ЗЕМЛИ ПО ПОЛЯРИЗАЦИОННЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ
ПОЛЯРНЫХ СИЯНИЙ
С.И. Ренский, Ю.В. Пузанов, КС. Мозгов, В.А. Шувалов (ОАО «НПК
«СПП», г. Москва)
МЕТОД СЖАТИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ В СИСТЕМАХ ДЗЗ БЕЗ ПОТЕРЬ	251
Е.П. Петров, Н.Л. Харина, П.Н. Сухин (ВятГУ, г. Киров)
МЕТОД ВЫДЕЛЕНИЯ КОНТУРОВ НА СПУТНИКОВЫХ СНИМКАХ 258
Н.Л. Харина (ВятГУ, г. Киров)
СПОСОБ РЕАЛИЗАЦИИ МНОГОКРАТНОЙ АДАПТИВНОЙ	263
КОСМИЧЕСКОЙ СТЕРЕОСЪЁМКИ ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ
7

Г.П. Аншаков, Г.Н. Мятое, В.А. Малиновский (АО «РКЦ «Прогресс»,
г. Самара)
ВЫРАВНИВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАЗРЕШЕНИЯ	266
ГИПЕРСПЕКТРАЛЬНЫХ СНИМКОВ ЗЕМЛИ, ПОЛУЧЕННЫХ В
РАЗЛИЧНЫХ СПЕКТРАЛЬНЫХ ДИАПАЗОНАХ
НА. Егошкин, В.В. Еремеев, А.А. Макаренков (РГРУ, г. Рязань)
ВЫСОКОТОЧНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ГИПЕРКУБА 269
С.А. Бибиков, Е.В. Гошин (СГАУ им. академика С.П. Королева,
г. Самара), Ю.Н. Журавель, М.О. Згонникова (АО «РКЦ «Прогресс»,
г. Самара), А.П. Котов, В. А. Фурсов (СГАУ им. академика
С.П. Королева, г. Самара)
ТЕХНОЛОГИЯ ОПЕРАТИВНОГО ПОСТРОЕНИЯ ЦИФРОВОЙ	273
МОДЕЛИ МЕСТНОСТИ ПО ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ
КОСМИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
В.А. Фурсов (СГАУ им. академика С.П. Королева, г. Самара), А.В.
Вавилин (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара), Е.В. Гошин, А.П. Котов
(СГАУ им. академика С.П. Королева, г. Самара)
МНОГОУРОВНЕВАЯ СИСТЕМА КАЛИБРОВКИ ЦЕЛЕВОЙ	277
АППАРАТУРЫ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА «РЕСУРС-П»
Г.П. Аншаков, Г.Н. Мятое, В.А. Малиновский, Ю.Н. Журавель (АО «РКЦ
«Прогресс», г. Самара)
ПРОБЛЕМЫ РАДИОМЕТРИЧЕСКОЙ КАЛИБРОВКИ КА ГСА	280
«РЕСУРС-П» №№1,2
В.С. Марков, Л.А. Гришанцева, Т.Г. Куревлева, КС. Емельянов (НЦОМЗ
ОАО «Российские космические системы», г. Москва)
АЛГОРИТМЫ ИДЕНТИФИКАЦИИ ОБЪЕКТОВ ПО ДАННЫМ	282
ГИПЕРСПЕКТРАЛЬНОЙ СЪЕМКИ ЗЕМЛИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
НЕЧЕТКОЙ ЛИНЕЙНОЙ РЕГРЕССИИ
С.В. Труханов (Филиал АО «РКЦ «Прогресс» - ОКБ «Спектр», г. Рязань)
ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ЦМР, СОЗДАННОЙ ПО СТЕРЕОПАРЕ С КА	288
«РЕСУРС-П» №1В ПРОГРАММНОМ КОМПЛЕКСЕ ENVI
В. А. Малиновский, А.В. Вавилин (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
ИССЛЕДОВАНИЕ ТОЧНОСТИ ГЕОПРИВЯЗКИ СНИМКОВ,	290
ПОЛУЧЕННЫХ С КА «РЕСУРС-П» №1
С.И. Баранов, О.П. Малыгина (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
СОЗДАНИЕ РЕЛЯЦИОННОЙ БАЗЫ ДАННЫХ СПЕКТРАЛЬНЫХ	292
СИГНАТУР ПРИРОДНЫХ И АНТРОПОГЕННЫХ ОБЪЕКТОВ
САМАРСКОЙ ОБЛАСТИ
А.В. Ращупкин, А.С. Егоров (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
8

СОЗДАНИЕ СЕТИ ОПОРНЫХ ТОЧЕК ДЛЯ ОЦЕНКИ ТОЧНОСТИ	294
ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОДУКТОВ, ИЗГОТАВЛИВАЕМЫХ НА
ОСНОВЕ ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ
В.А. Малиновский, А.А. Расторгуев (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
АЛГОРИТМ АДАПТИВНОГО УСТРАНЕНИЯ ФОНА НА	296
ИЗОБРАЖЕНИЯХ ЗВЕЗДНОГО НЕБА
М.В. Клюшников (Филиал АО «РКЦ «Прогресс» - НПП «ОПТЭКС»,
г. Москва)
ИНФРАКРАСНАЯ КАМЕРА ИЗ СОСТАВА КОМПЛЕКСА ОПТИКО- 298
ЭЛЕКТРОННОЙ ЦЕЛЕВОЙ АППАРАТУРЫ МКА «АИСТ-2»
Г. В. Бунтов (Филиал АО «РКЦ «Прогресс» - НПП «ОПТЭКС»,
г. Москва)
ВОЗМОЖНОСТИ МОДЕРНИЗАЦИИ КОСМИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА	303
НА БАЗЕ КА «АИСТ-2»
А.И. Бакланов, М.В. Клюшников (Филиал АО «РКЦ «Прогресс» - НПП
«ОПТЭКС», г. Москва)
СРАВНЕНИЕ СТРОЧНО-КАДРОВЫХ И ВЗН МАТРИЦ В ОПТИКО-	311
ЭЛЕКТРОННЫХ КАМЕРАХ ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ
М.В. Клюшников (Филиал АО «РКЦ «Прогресс» - НПП «ОПТЭКС»,
г. Москва)
ОСОБЕННОСТИ АРХИТЕКТУРЫ ПОСТРОЕНИЯ БЛОКОВ ОПТИКО- 316
ЭЛЕКТРОННЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ КОМПЛЕКСА ЦЕЛЕВОЙ
АППАРАТУРЫ МКА «АИСТ-2»
Е.А. Радин, А.М. Мастюгин (Филиал АО «РКЦ «Прогресс» - НПП
«ОПТЭКС», г.Москва)
ПРИМЕНЕНИЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧИ 320
ДАННЫХ - ПУТЬ К ПОВЫШЕНИЮ ХАРАКТЕРИСТИК
КОСМИЧЕСКИХ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
НАБЛЮДЕНИЯ
А.М. Кузьмичев, А.П. Малахов, А.Ю. Шиляев, А.Л. Усов, А.И. Бакланов
(Филиал АО «РКЦ «Прогресс» - НПП «ОПТЭКС», г. Москва)
КОНЦЕПЦИЯ ЦЕЛЕВОГО ПРИМЕНЕНИЯ КС «КОНДОР-ФКА» В	339
ИНТЕРЕСАХ СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ
РОССИЙСКИЙ ФЕДЕРАЦИИ
Е.А. Костюк, Ю.А. Веремчук, П.В. Денисов, КА. Трошко («НЦ ОМЗ»
ОАО «Российские космические системы», г. Москва)
ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ УРАВНИВАНИЯ	335
Е.Г. Воронин (Филиал АО «РКЦ «Прогресс» - НПП «ОПТЭКС»)
ОЦЕНКА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО	340
ПОРТАТИВНОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ СВОЙСТВ
ОБЪЕКТОВ
В.В. Волков, СИ Баранов (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара), НВ.
Прохорова (СамГУ, г. Самара)
9

СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ВЫБОРУ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ 348
ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ РАДИОЛИНИИ ДЛЯ СОВРЕМЕННЫХ
КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ ДИСТАНЦИОННОГО
ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ
А. А. Кащеев (Филиал АО «РКЦ «Прогресс» - ОКБ «Спектр», г. Рязань)
ВЫЯВЛЕНИЕ ЗАСУХИ НА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ УГОДЬЯХ 352
ПО ДАННЫМ КОСМИЧЕСКОЙ СЪЁМКИ
Е.А. Уварова (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
ОПЕРАТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ СОСТОЯНИЕМ ДОРОЖНО-	363
ТРАНСПОРТНОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ ДАННЫХ
ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ
А.А. Федосеев (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
ПРИМЕНЕНИЕ МУЛЬТИ- И ГИПЕРСПЕКТРАЛЬНЫХ ДАННЫХ	364
ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ДЛЯ МОНИТОРИНГА РЕК И
ВОДОЁМОВ САМАРСКОЙ ОБЛАСТИ
Ю.Н. Журавель (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
ПРИМЕНЕНИЕ ДАННЫХ КА «РЕСУРС-П» И LANDSAT ДЛЯ	368
РЕШЕНИЯ АКТУАЛЬНЫХ ЗАДАЧ ТЕРРИТОРИАЛЬНОГО
ПЛАНИРОВАНИЯ
Р.Н. Алехин, А.И. Горшков (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
СЕКЦИЯ 3: СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ, КОСМИЧЕСКАЯ НАВИГАЦИЯ И СВЯЗЬ
ВЫСОКОТОЧНОЕ НАВИГАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ	372
НИЗКООРБИТАЛЬНЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ ПО ДАННЫМ
АППАРАТУРЫ СПУТНИКОВОЙ НАВИГАЦИИ ГЛОНАСС
В.В. Пасынков (ОАО «НПК «СПП», г. Юбилейный М.о.)
ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ГИРОСКОП СО СПЛОШНЫМ РОТОРОМ В 374
СИСТЕМЕ ОРИЕНТАЦИИ ОРБИТАЛЬНЫХ КОСМИЧЕСКИХ
АППАРАТОВ
Б.Е. Ландау, А.А. Белаш (АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»,
г. Санкт-Петербург)
ОБ ОДНОМ АЛГОРИТМИЧЕСКОМ СПОСОБЕ ВЫЯВЛЕНИЯ	376
ИНВЕРТИРОВАНИЯ СЛОВ ДАННЫХ СИСТЕМЫ
ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ «ОРБИТ A-IVMO»
С.Ю. Перепелкина, А.В. Франк (ОАО «НПОА им. академика
НА. Семихатова», г. Екатеринбург)
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ХАРАКТЕРИСТИК ИЗМЕРИТЕЛЯ УГЛОВОЙ	379
СКОРОСТИ ПОСРЕДСТВОМ ФИЛЬТРА КАЛМАНА И ВАРИАЦИИ
АЛЛАНА
Д.А. Кутовой, О.И. Маслова, С.Ю. Перепелкина, Ю.С. Тиунов,
А.А. Федотов (ОАО «НПОА им. академика НА. Семихатова»,
г. Екатеринбург)
10

ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ	382
ИНФОРМАЦИИ НА ПЕРСПЕКТИВНЫХ PH
П.В. Абрамов, Н.И. Верховых, П.Л. Селезнев (ОАО «НПОА
им. академика Н.А. Семихатова», г. Екатеринбург)
РЕАЛИЗАЦИЯ ФУНКЦИЙ СДКМ СРЕДСТВАМИ	385
РЕТРАНСЛЯЦИОННОГО КОМПЛЕКСА КА СЕРИИ «ЭКСПРЕСС»
Е.Н. Путинас, С.Г. Смирнов, С.О. Паздерин (АО «ИСС им. академика
М.Ф. Решетнева», г. Железногорск)
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ РАСЧЁТА	389
ПЕРЕНАЦЕЛИВАНИЯ БОРТОВЫХ АНТЕНН СПУТНИКА
Е.А. Илюхина, В.Н. Кошкарев, С.Г. Смирнов, Е.Н. Путинас
(АО «ИСС им. академика М.Ф. Решетнева», г. Железногорск)
АНАЛИЗ УСТОЙЧИВОСТИ ОРБИТАЛЬНОЙ ГРУППИРОВКИ ДЗЗ	392
А.В. Бирюков (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОНТРОЛЯ ТОЧНОСТИ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ	394
КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ОБРАБОТКИ
ИЗМЕРЕНИЙ НАЗЕМНЫХ РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ СРЕДСТВ
В.А. Боровков, Е.К. Яковлев (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ПОВОРОТОВ МКА	401
«АИСТ-2» НА ОСНОВЕ ПРИНЦИПА МИНИМУМА УПРАВЛЕНИЯ
В.Ф. Петрищев, М.Г. Шипов (АО «РКЦ«Прогресс», г. Самара)
АВТОНОМНОЕ ФОРМИРОВАНИЕ ПРОГРАММ УПРАВЛЕНИЯ	409
АППАРАТОМ ЗОНДИРОВАНИЯ ДЛЯ СЛОЖНЫХ ВИДОВ СЪЁМКИ
А.И. Мантуров, В.Е. Юрин, Н.И. Пыринов (АО «РКЦ «Прогресс»,
г. Самара), Ю.Н. Горелов (СамГУ, г. Самара)
БОРТОВЫЕ АЛГОРИТМЫ ПЕРЕОРИЕНТАЦИИ КОСМИЧЕСКИХ	418
АППАРАТОВ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ
В.Е. Юрин (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
АНАЛИЗ ТОЧНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ КА И НАВЕДЕНИЯ НА	425
ИНТЕРВАЛАХ НАБЛЮДЕНИЯ МАРШРУТОВ
А.С. Галкина, ИВ. Платошин (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ НАВИГАЦИОННЫХ ОПРЕДЕЛЕНИЙ КА	431
«РЕСУРС-П» С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НАВИГАЦИОННОГО ПОЛЯ
ГЛОНАСС И СОВМЕСТНОГО НАВИГАЦИОННОГО ПОЛЯ СИСТЕМ
ГЛОНАСС И GPS
А.И. Мантуров, В.И. Рублев, О.А. Горбенко, Е.К. Яковлев
(АО «РКЦ «Прогресс»,г. Самара)
УПРАВЛЕНИЕ ТЯГОЙ ДВИГАТЕЛЕЙ РАКЕТЫ-НОСИТЕЛЯ «СОЮЗ-2- 441
1В» НА ОСНОВЕ ПРИНЦИПА МИНИМУМА УПРАВЛЕНИЯ
В.Ф. Петрищев (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
11

ПОДХОД К ПОСТРОЕНИЮ ОТКАЗОУСТОЙЧИВОЙ БОРТОВОЙ	443
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ НАНОСПУТНИКОМ
А.М. Егоров, А.М. Богатырев (СГАУ им. академика С.П. Королева,
г. Самара)
АВТОНОМНАЯ СИСТЕМА ОПОЗНАВАНИЯ ОПОРНЫХ ОРИЕНТИРОВ 446
ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ УПРАВЛЕНИЯ И НАВИГАЦИИ ПОДВИЖНЫХ
ОБЪЕКТОВ
В.В. Сбродов, В.П. Свиридов (СамГТУ, г. Самара), С.Г. Сафронов
(Отделение по Самарской области Волго-Вятского ГУБР),
А.А. Федосеев (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
ЗВЕЗДНЫЙ ДАТЧИК ВЫСОКОЙ ТОЧНОСТИ ДЛЯ АППАРАТУРЫ	459
ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ
А.И. Бакланов, А.В. Верховцева, А.С. Забиякин, А.Н. Князев,
А.И. Цилюрик (Филиал АО «РКЦ «Прогресс» - НПП «ОПТЭКС»,
г. Москва)
СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В 470
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ СБОРА
ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
Ю.А. Новиков, А.В. Погасий, А.Н. Пресняков, Д.Ю. Чайка (Филиал АО
«РКЦ «Прогресс» - ОКБ «Спектр», г. Рязань)
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ КОГНИТИВНОГО РАДИО В СЕТЯХ 473
СВЯЗИ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ОТРАСЛИ
Е.Д. Струфелев (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
АЛФАВИТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ	479
12

IV Всероссийская научно-техническая конференция
«Актуальные проблемы ракетно-космической техники»
(IV Козловские чтения)
Материалы пленарного заседания
13

УДК 629.78
СОЗДАНИЕ ИННОВАЦИОННЫХ КОСМИЧЕСКИХ СИСТЕМ
ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ В АО «РКЦ «ПРОГРЕСС»
©2015 А.Н. Кирилин, Р.Н. Ахметов, С.В. Тюлевин, А.Д. Сторож,
Е.В. Космодемьянский, Н.Р. Стратилатов
АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Приведены сведения о созданных и разрабатываемых в настоящий момент инновационных космиче-
ских системах дистанционного зондирования Земли. Представлены описания и основные тактико-
технические характеристики космических аппаратов дистанционного зондирования Земли разработки
АО «РКЦ «Прогресс». Раскрыта тема перспективы создания и эксплуатации малых космических аппаратов
различного назначения, реализации платформенного принципа на малых аппаратах, обеспечивающего со-
здание широкой линейки космических аппаратов различного назначения, в том числе нано-класса формата
Cubesat.
Ключевые слова: инновационное развитие, космические средства наблюдения, высокое разрешение,
радиолокационное наблюдение, малые космические аппараты, Cubesat, платформенный принцип, инфор-
мационные технологии
Успешное развитие современного
общества, государственных структур,
международного взаимодействия на се-
годняшний день невозможно без широко-
го применения фундаментальных и при-
кладных результатов космической дея-
тельности. Дистанционное наблюдение
поверхности Земли из космоса является
одним из наиболее динамично развива-
ющихся направлений комических техно-
логий. Это обусловлено широкими воз-
можностями практического применения
получаемой информации в самых разных
областях. Использование космических
снимков поверхности Земли значительно
повышает эффективность работы в обла-
сти сельского хозяйства, метеорологии,
предотвращения чрезвычайных ситуаций
и других. Естественно, наша страна
должна обладать полной технологиче-
ской независимостью в этой области и
иметь самые современные средства
наблюдения из космоса. С учетом совре-
менных вызовов, международной обста-
новки и текущего уровня космических
средств ведущих западных стран, необ-
ходимо обеспечение инновационного
опережающего развития применяемых
технологий дистанционного зондирова-
ния Земли. Эксплуатируемые и разраба-
тываемые в настоящий момент в АО
«РКЦ «Прогресс» космические системы в
полной мере удовлетворяют приведен-
ным требованиям.
26.12.2014г. был выведен на орбиту
космический аппарат ДЗЗ «Ресурс-П»
№ 2, дополнив уже успешно работающий
на орбите КА «Ресурс-П» №1. Запуск КА
«Ресурс-П» № 3 завершит создание еди-
ной космической системы наблюдения за
поверхностью Земли. Данная космиче-
ская система предназначена для получе-
ния панхроматических, многозональных
и гиперспектральных снимков поверхно-
сти Земли и передачи данных дистанци-
онного зондирования Земли (ДЗЗ) по ра-
диоканалу на наземный комплекс плани-
рования целевого применения, приема и
обработки информации для решения ши-
рокого спектра целевых задач в интере-
сах заказчиков: МПР России, МЧС
России, Минсельхоза, Росрыболовства,
Росгидромета, ФСК России и других
потребителей. Общий вид КА «Ресурс-П»
№ 2 представлен на рис. 1.
Целевая аппаратура данных КА
позволяет осуществлять высокодетальное
наблюдение, гиперспектральное наблю-
дение, а также детальное широкозахват-
ное наблюдение. На рис. 2 представлен
высокодетальный панхроматический
снимок территории МГУ им. Ломоносо-
ва. Сочетание высоких целевых характе-
ристик наблюдения, большого количе-
ства спектральных диапазонов, а так же
14

высоких точностных характеристик
обеспечивает высокую эффективность
решения широкого круга социально-
экономических, научно-прикладных за-
дач в сфере глобального мониторинга и
охраны окружающей среды и делают этот
космический комплекс уникальным ин-
струментом наблюдения поверхности
Земли. В табл. 1 приведены технические
характеристики космического комплекса
«Ресурс-П».
Рис. 1 - Общий вид КА «Ресурс-П» №1
Табл. 1 - Технические характеристики космического комплекса «Ресурс-П»
Высокодетальное наблюдение	
Разрешение на местности в надире, м:	
- в панхроматическом диапазоне (проекция пикселя)	1,0
- в узких спектральных диапазонах	3,0-4,0
Ширина полосы захвата в надире, км	38
Ширина полосы обзора, км	950
Количество спектральных диапазонов	8
Среднеквадратическая ошибка (СКО) координатной привязки снимков ОЭА в надир без опорных точек, м	не хуже 10-15
Гиперспектральное наблюдение	
Количество спектральных интервалов	не менее 96
Разрешение на местности в надире, м	25-30
Детальное широкозахватное наблюдение	
Разрешение на местности в надире, м:	
- в панхроматическом диапазоне	12; 60
- в мультиспектральных диапазонах	23,8; 120
Полоса захвата, км	97; 441
Периодичность наблюдения, сутки	3
15

Оперативность передачи информации на пункт приема, час	от РМВ до 12
Параметры рабочей орбиты	
- тип орбиты	Околокруговая (ССО)
- средняя высота, км	от 470 до 480
- наклонение, град	97,28
Срок активного существования, лет	5
Рис. 2 - Высокодетальный снимок КА «Ресурс-П» № 1 в панхроматическом режиме наблюдения.
Одним из видов целевой аппарату-
ры КА «Ресурс-П» является гиперспек-
трометр, который обладает рядом уни-
кальных характеристик. Данная аппара-
тура обеспечивает возможность фикси-
ровать излучение в сотнях очень узких
спектральных диапазонов. В процессе
гиперспектральной съемки формируется
многомерное изображение, в котором два
измерения характеризуют простран-
ственное положение точек местности, а
третье — их спектральные свойства.
Каждый элементарный участок изобра-
жения сопровождается спектральной ха-
рактеристикой излучения, дальнейшее
использование которой позволяет оце-
нить физико-химическое состояние
наблюдаемых объектов.
Наличие гиперспектральной ин-
формации позволяет создавать тематиче
скую продукцию в виде разнообразных
специальных карт и геоинформационных
систем (ГИС) с сигнатурами физико-
химического и биологического состава
природных и антропогенных объектов
наблюдения.
На основе гиперспектральной ин-
формации могут эффективно решаться
такие трудно формализуемые задачи, как
сегментация и классификации наблюдае-
мых объектов, комплексирование разно-
родной информации и др. Знание спек-
тральных сигнатур природных и антро-
погенных объектов позволяет автомати-
зировать процесс их обнаружения и клас-
сификации на гиперспектральных сним-
ках.
На рис. 3 приведен пример гипер-
спектрального изображения и результат
его обработки.
16

Рис. 3 - Пример гиперспектрального изображения
Конструкция КА «Ресурс-П» и его
запас по массе позволяют установить для
попутного запуска дополнительную по-
лезную нагрузку общей массой до 300 кг.
Так, на КА «Ресурс-П» № 2 установлена
научная аппаратуры «Нуклон» разработ-
ки НИИ ядерной физики МГУ для иссле-
дования галактических космических лу-
чей сверхвысоких энергий и их химиче-
ского состава.
Для обеспечения развития техноло-
гий наблюдения в оптическом диапазоне,
применяемых при создании КА
«Ресурс-П» в настоящий момент
АО «РКЦ «Прогресс» ведет разработку
новых КА, которые будут обладать еще
более высокими целевыми характеристи-
ками.
Наблюдение поверхности Земли в
оптическом диапазоне, дополненное ре-
зультатами радиолокационной съемки,
позволяет обеспечить решение широкого
круга комплексных практических и науч-
ных задач.
На завершающей стадии находится
разработка КА радиолокационного
наблюдения «Обзор-Р», который предна-
значен для проведения съемки в
Х-диапазоне в любое время суток (неза-
висимо от погодных условий) в интере-
сах социально-экономического развития
РФ. КА «Обзор-Р» необходим для обес-
печения МЧС России, Минсельхоза
России, Росреестра и других министерств
и ведомств территориальных образова-
ний данными радарной съемки. Уникаль-
ная целевая аппаратура, обеспечивающая
характеристики съемки, превышающие
показатели наиболее высокотехнологич-
ных западных образцов КА радиолокаци-
онного назначения, а так же применение
ряда прорывных решений и технологий,
позволяют считать космический ком-
плекс «Обзор-Р» инновационной разра-
боткой АО «РКЦ «Прогресс». Введение в
строй данного комплекса существенно
расширит возможности российской орби-
тальной группировки. На рис. 4 пред-
ставлен общий вид КА «Обзор-Р».
17

Рис. 4 - Общий вид КА «Обзор-Р»
Необходимо отметить, что при раз-
работке КА «Обзор-Р» широко использо-
вались новые технологии управления
проектами и высокоуровневые информа-
ционные технологии, что обеспечило вы-
сокую эффективность процесса разработ-
ки.
Растущая роль малоразмерных кос-
мических аппаратов среди средств ди-
станционного зондирования Земли учи-
тывается при разработке новейших кос-
мических комплексов. Создаваемый в
настоящий момент МКА «Аист-2Д» яв-
ляется уникальным аппаратом как для
АО «РКЦ «Прогресс», так и для рынка
малых аппаратов в целом. В состав МКА
входит инновационная аппаратура для
наблюдения за поверхностью Земли и
научная аппаратура, разработанная ве-
дущими ВУЗами Самары для изучения
околоземного космического простран-
ства. На борту MICA размещены радиоло-
катор УКВ диапазона для выявления под-
земных укрытий, трубопроводов и ком-
муникаций, а также оптико-электронная
камера ИК-диапазона, позволяющая
формировать по большой земной площа-
ди информацию об очагах пожаров. По
сочетанию параметров «разрешение -
полоса захвата» оптико-электронная ап-
паратура МКА «АИСТ-2Д» не имеет ана-
логов в мире.
Особенностью МКА «АИСТ-2Д»
является также то, что вся бортовая аппа-
ратура, включая оптико-электронный
комплекс, разрабатывается и изготавли-
вается в России, преимущественно на
отечественной электронной компонентой
базе.
Необходимо отметить, что МКА
«АИСТ-2Д», как и МКА «АИСТ», реали-
зуют платформенный принцип, то есть на
их конструктивно-приборной базе воз-
можно создание космических комплексов
с целевой аппаратурой самого различного
назначения. Энергетические, прочност-
ные и точностные характеристики дан-
ных платформ позволяют обеспечить
установку и работу целевой аппаратуры с
соответствующими характеристиками.
На рис. 5 представлен общий вид МКА
«Аист-2Д». В табл. 2 приведены техниче-
ские характеристики данного комплекса.
18

Рис. 5 - Общий вид МКА «АИСТ-2Д»
Табл. 2 - Технические характеристики космического комплекса «АИСТ-2Д»
МКА должен функционировать на околокруговой орбите с параметрами:	
- средняя высота	Нкр = 490 км;
- наклонение	i = 97,3°
Срок активного существования (САС)	не менее 3 лет
Масса МКА	не более 500 кг
КК «Аист-2» должен обеспечивать съёмку земной поверхности в надире в панхроматическом (ПХ), мультиспектральном (МС) и инфракрасном (ИК) диапазонах со следующими характеристиками:	
разрешение (проекция пикселя) в ПХ диапазоне	не хуже 1,48 м;
разрешение (проекция пикселя) в МС диапазоне	не хуже 4,44 м;
разрешение (проекция пикселя) в ИК диапазоне	не хуже 122,5 м;
полоса захвата (для ПХ и МС)	не менее 39,6 км;
полоса захвата (для ИК)	не менее 47 км;
Длительность маршрута съёмки	от 2 до 300 с.
Скорость передачи целевой информации на наземный пункт приёма	от 64 до 175 Мбит/с.
19

Запуск МКА «Аист-2Д» будет осу-
ществлен совместно с КА «Ломоносов»
разработки ОАО «Корпорация
ВНИИЭМ» и КА «AM НТА «Контакт-
наноспутник» с космодрома «Восточ-
ный» в IV квартале 2015г.
КА «АМ НТА «Контакт-
наноспутник» представляет собой МКА
формата «CubeSat», разрабатываемый
молодыми учеными СГАУ при поддерж-
ке специалистов АО «РКЦ Прогресс» на
новом производственно-испытательном
комплексе для создания малых космиче-
ских аппаратов ДЗЗ. Это высокотехноло-
гичное производство оборудовано но-
вейшей производственно-испытательной
техникой, что позволяет существенно
расширить потенциал предприятия, а
также повысить уровень образовательно-
го процесса университета.
Создаваемый наноспутник предна-
значен для отработки перспективной
платформы и новых бортовых систем, а
именно: бортового компьютера, солнеч-
ных батарей и приёмо-передающей ан-
тенны. Новый бортовой компьютер раз-
работки СГАУ совместим с большин-
ством имеющихся коммерческих борто-
вых систем для наноспутников. Солнеч-
ные батареи являются новой совместной
разработкой СГАУ и ОАО «Сатурн»
(г. Краснодар).
Растущая популярность среди раз-
работчиков космической техники форма-
та «CubeSat» ведет к необходимости
обеспечения соответствующих средств
выведения. В АО «РКЦ «Прогресс» со-
здан универсальный транспортно-
пусковой контейнер для запуска МКА
формата «CubeSat» размерностью Ш,
1.5U, 2U, 3U, 3U+. Для адаптации к тре-
бованиям заказчика ТПК имеет модуль-
ную структуру, которая позволяет из не-
скольких стандартных модулей собрать
контейнер для выведения наноспутника
требуемого типоразмера от Ш до 3U+.
Транспортный контейнер может быть
размещен как на переходном отсеке PH
типа «Союз», так и на КА, создаваемых
РКЦ «Прогресс». Общий вид транспорт-
но-пускового контейнера и МКА формата
«CubeSat» размерностью 3U представлен
на рис. 6.
Рис. 6 - Общий вид транспортно-пускового контейнера и МКА формата «CubeSat» размерностью 3U
Создание высокотехнологичной ра-
кетно-космической техники в современ-
ных условиях невозможно без комплекс-
ного применения современных информа-
ционных технологий, которые позволя-
ют:
сократить сроки выполнения
НИОКР;
повысить качество разработок;
повысить техническое совер-
шенство и технологический уровень раз-
работок.
На сегодняшний день в АО «РКЦ
«Прогресс» используется программное
20

обеспечение и специальные технологии,
обеспечивающие высокоуровневую ин-
формационную поддержку создания и
эксплуатации изделий предприятия. Раз-
работка новых образцов космической
техники осуществляется полностью в
электронном виде, изготовление элемен-
тов и сборочные операции ведутся по
электронным моделям деталей и сбороч-
ных единиц - бумажная документация
при создании инновационных космиче-
ских комплексов не используется. Про-
иллюстрировать это утверждение можно
фотографиями сборочного цеха, на кото-
рых представлена работа над КА «Обзор-
Р». На текущий момент в российской
космической промышленности данной
технологией производства обладает толь-
ко АО «РКЦ «Прогресс».
Профессиональный кадровый со-
став, высокоуровневые комплексные тех-
нологи, инновационный характер разви-
тия предприятия обеспечивают разработ-
ку новых прорывных изделий, свидетель-
ствуют о лидирующем статусе предприя-
тия и готовности к новым вызовам.
Рис. 6 - Сборочные операции на КА «Обзор-Р»
21

Библиографический список:
1.	Кирилин, А.Н. Проектирование, ди-
намика и устойчивость движения ракет-
носителей: Методы, модели, алгоритмы,
программы в среде MathCad [Текст] /
А.Н. Кирилин, Р.Н. Ахметов, А.В. Сологуб
— М: Машиностроение, 2013. — 296 с.
2.	Кирилин, А.Н. Методы обеспечения
живучести низкоорбитальных автоматиче-
ских КА зондирования Земли: математиче-
ские модели, компьютерные технологии
[Текст] / А. Н.Кирилин, Р.Н. Ахметов,
А.В. Соллогуб, В.П. Макаров. - М.: Машино-
строение, — 2010. —384 с.
3.	Козлов, Д.И. Конструирование ав-
томатических космических аппаратов [Текст]
/ Д.И. Козлов — М.: Машиностроение, 1996.
— 448 с.
4.	Кирилин, А.Н. Ракеты-носители и
космические аппараты ФГУП «ГНПРКЦ
"ЦСКБ-Прогресс” [Текст] / А.Н. Кирилин,
Р.Н. Ахметов И Общероссийский научно-
технический журнал «Полет» . -2007 . - №8 .
-С. 45-52.
5.	Космодемьянский, Е.В.
Особенности процесса создания трехмерной
модели конструкции космического аппарата
дистанционного зондирования [Текст] \
Космодемьянский E.B.W Известия
Самарского научного центра Российской
академии наук,-2011.-№1 .-С. 312-317.
6.	Космодемьянский, Е.В.
Инновационный формат организации миссий
по выведению малых космических аппаратов
[Текст] / Е.В. Космодемьянский,
А.С. Кириченко, Д.И. Клюшин,
О.В.	Космодемьянская, В.В. Макушев,
П.П. Альмурзин И Электронный журнал
«Труды МАИ» .
References:
1.	Kirilin, A.N. Designing, dynamics and
stability of movement of rockets: Methods,
models, algorithms, programs in the environ-
ment of MathCad [Text] I A.N. Kirilin,
R.N. Ahmetov, A.V. Sologub — M: Mashi-
nostroenie, 2013. — 296 p.
2.	Kirilin, A.N. Methods of maintenance
of survivability automatic SV remote sensing of
the Earth: mathematical models, computer tech-
nologies [Text] I A.N. Kirilin, R.N. Ahmetov,
A.V. Sologub, V.P. Makarov - M.: Mashi-
nostroenie, — 2010. —384 p.
3.	Kozlov, D. I. Designing of automatic
space vehicles [Text] I D.I. Kozlov —
M.: Mashinostroenie, 1996. — 448 p.
4.	Kirilin, A.N. Space launch vehicles and
space vehicles Samara Space Centre [Text] I A.
N. Kirilin, R. N. Ahmetov // The all-Russian
scientific and technical magazine “Polet” . -
2007. - №8.-p. 45-52.
5.	Kosmodemyanskii, E.V. Features
process of creation three-dimensional model the
design of the space vehicle of remote sensing
[Text] \ E.V. KosmodemyanskiiW News the
Samara centre of science the Russian Academy
of Sciences, -2011. -№1 . - p. 312-317.
6.	Kosmodemyanskii, E.V. Innovative
format the organisation of missions on launch
the small space vehicles [Text] I
E.V. Kosmodemyanskii, A.S. Kirichenko,
D.I. Klushin, O.V. Kosmodemyanskaya,
V.V. Makushev, P.P. Almurzin 11 Electronic
magazine “Trudi MAI” .
CREATION OF INNOVATIVE SPACE SYSTEMS OF REMOTE SENSING OF THE
EARTH IN JSC "SRC" PROGRESS"
A.N. Kirilin, R.N. Ahmetov, S.V. Tulevin, A.D. Storozh, E.V. Kosmodemyanskii,
N.R. Stratilatov
JSC «SRC «Progress», Samara
Data on the innovative space systems of remote sensing of the Earth created and developed at the moment are
resulted. Descriptions and the basic technical characteristics space vehicles of remote sounding of the Earth of work-
ing out of joint-stock company "SRC” Progress" are presented. The theme prospect of creation and operation of
small space vehicles different function, realisations of a platform principle on the small devices, providing creation
of a wide ruler of space vehicles of different function, including a nano-class of format Cubesat is opened.
Keywords: innovative development, space watch facilities, the high permission, radar-tracking supervision,
small space vehicles, Cubesat, a platform principle, information technology
22

Информация об авторах:
Кирилин Александр Николаевич, д.т.н., профессор, генеральный директор АО
«РКЦ «Прогресс», 443009, Россия, г. Самара, ул. Земеца 18, т. (846) 955-13-61,
mail @ samspace.ru.
Область научных интересов: проектирование, производство, экспериментальная от-
работка, эксплуатация ракетно-космических комплексов.
Ахметов Равиль Нургалиевич, первый заместитель генерального директора АО
«РКЦ «Прогресс» - генеральный конструктор, д.т.н., профессор, 443009, г. Самара, ул. Зе-
меца, 18, т. 8(846)228-67-32, mail@samspace.ru.
Область научных интересов: геоинформационные и телекоммуникационные техно-
логии, проектирование и эксплуатация автоматизированных систем управления.
Тюлевин Сергей Викторович, к.т.н., первый заместитель генерального директора
АО «РКЦ «Прогресс» - главный инженер, 443009, Россия, г. Самара, ул. Земеца 18,
т. (846) 228-62-02, mail @ samspace.ru.
Область научных интересов: проектирование, производство, экспериментальная от-
работка, эксплуатация ракетно-космических комплексов.
Сторож Александр Дмитриевич, первый заместитель генерального конструктора
АО «РКЦ «Прогресс», к.т.н., 443009, г. Самара, ул. Земеца, 18, т. 8(846)228-67-77,
mail @ samspace.ru.
Область научных интересов: геоинформационные и телекоммуникационные техно-
логии, проектирование и эксплуатация автоматизированных систем управления.
Космодемьянский Евгений Владимирович, заместитель генерального конструкто-
ра АО «РКЦ «Прогресс» по научной работе, к.т.н., 443009, г. Самара, ул. Земеца, 18, т.
8(846)228-52-10, mail @ samspace.ru.
Область научных интересов: информационные технологии.
Стратилатов Николай Ремирович, главный конструктор АО «РКЦ «Прогресс»,
к.т.н., 443009, г. Самара, ул. Земеца, 18, т. 8(846)228-67-81, mail@samspace.ru.
Область научных интересов: геоинформационные и телекоммуникационные техно-
логии, проектирование и эксплуатация автоматических космических аппаратов.
Kirilin Alexander Nikolaevich, Dr.Sci.Tech., professor, general director of JSC «SRC
«Progress», 443009, Russia, Samara, Zemets St. 18, t. (846) 955-13-61, mail @ samspace.ru.
Area of scientific interests: design, production, experimental working off, operation of
space-rocket complexes.
Akhmetov Ravil Nurgalievich, First Deputy General Director of JSC «SRC «Progress» -
Chief Designer, Doctor of technical science (PhD), professor, 443009, Samara, Zemets str., 18,
t. 8(846)228-67-32, mail @ samspace.ru.
Area of scientific interests: geographic information and telecommunications technologies,
design and operation of automated control systems.
Tulevin Sergey Viktorovich, First Deputy General Director of JSC «SRC «Progress» -
Chief Engineer, Candidate of technical science, 443009, Russia, Samara, Zemets str., 18,
t. (846) 228-62-02, mail@samspace.ru.
Area of scientific interests: design, production, experimental working off, operation of
space-rocket complexes.
Storozh Alexander Dmitrievich, First Deputy Chief Designer of JSC «SRC «Progress»
Candidate of technical science, 443009, Russia, Samara, Zemets str., 18, t. 8(846)228-67-77,
mail@samspace.ru.
Area of scientific interests: geographic information and telecommunications technologies,
design and operation of automated control systems.
Kosmodemyanskii Evgenii Vladimirovich, Deputy Chief Designer of JSC «SRC «Pro-
gress» of scientific work, Candidate of technical science, Russia, Samara, Zemets str., 18, t.
8(846)228-52-10, mail @ samspace.ru.
23

Area of scientific interests: information technology.
Stratilatov Nikolay Remirovich, Design maneger of JSC «SRC «Progress», Candidate of
technical science, 443009, Russia, Samara, Zemets str., 18, t. 8(846)228-67-81,
mail @ samspace.ru.
Area of scientific interests: geographic information and telecommunications technologies,
design and operation of automatic spaceraft.
УДК 629.78
ЛЕТНО-КОНСТРУКТОРСКИЕ ИСПЫТАНИЯ И ОПЫТНАЯ
ЭКСПЛУАТАЦИЯ МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ «АИСТ»
©2015 А.Н. Кирилин1, С.И. Ткаченко1’2, В.В. Салмин2, Н.Д. Сёмкин2, А.П. Палков3,
В.И. Абрашкин1, И.С. Ткаченко2, Ю.Е. Железнов1, Е.Ю. Галаева1
*АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
2Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика
С. П. Королёва (национальный исследовательский университет), г. Самара
3 ООО «НИЛАКТ ДОСААФ», г. Калуга
Малые космические аппараты (МКА) «АИСТ» - совместная разработка Самарского государственно-
го аэрокосмического университета имени академика С. П. Королёва (СГАУ) и акционерного общества
«РКЦ «Прогресс»» (до 01.07.2014г.- государственного научно-производственного ракетно-космического
центра «ЦСКБ-Прогресс») при под держке Правительства Самарской области.
В настоящей работе представлены результаты летно-конструкторских испытаний (ЛКИ) и опытной
эксплуатации малых космических аппаратов научного и образовательного назначения, а также проведен
анализ телеметрической информации (ТМИ) о работоспособности обеспечивающих систем МКА и получа-
емых с орбиты данных научной аппаратуры. Рассматриваются возможности дальнейшего использования
МКА типа «Аист» в научно-образовательных целях.
Ключевые слова: малый космический аппарат, летно-конструкторские испытания, научная аппара-
тура, орбита, наземные средства управления, телеметрическая информация
Введение
Маломассогабаритный космический
аппарат (МКА) научного назначения
«АИСТ» разработан АО «РКЦ
«Прогресс» при непосредственном уча-
стии специалистов СГАУ в части проек-
тирования аппарата и создания бортовой
научной аппаратуры МАТКОМ и
МЕТЕОР.
Запуск летного образца (ЛО) МКА
«АИСТ» (RS43as) был осуществлен
19 апреля 2013 года с космодрома «Бай-
конур» попутной полезной нагрузкой КА
«Бион-М» №1, выведенного PH «Союз-2»
на околокруговую орбиту высотой ~ 570
км и наклонением 64,9°. Режим орби-
тального полета МКА - неориентирован-
ный, время активного существования до
3-х лет.
Запуск опытного образца (ОО)
МКА «АИСТ» (RS41at) был осуществлен
28 декабря 2013 года PH «Союз2-1в» с
БВ «Волга» с космодрома «Плесецк» на
околокруговую орбиту высотой ~ 625км
и наклонением 82,42°. Режим орбиталь-
ного полета МКА - неориентированный,
время активного существования до 3-х
лет.
На борту МКА установлена ко-
мандно-управляющая навигационная си-
стема (КУНС) разработки НИЛАКТ
ДОСААФ (г. Калуга), которая обеспечи-
вает информационное обеспечение МКА
и их взаимодействие с наземными сред-
ствами управления (НСУ) МКА «АИСТ»
(г. Самара).
1.	Назначение и задачи МКА
«АИСТ»
24

Проведенный специалистами и уче-
ными СГАУ и РКЦ «Прогресс» анализ
актуальных задач научных исследований
в космическом пространстве, возможно-
сти выведения на орбиту малого косми-
ческого аппарата, его массы, энергетики,
финансовых возможностей проекта, а
также образовательных задач привел к
следующему определению назначения
МКА «АИСТ»[1]:
-	отработка необходимой для пер-
спективных КА научного назначения ти-
па «БИОН-М», «ФОТОН-М» магнитной
системы компенсации микроускорений;
-	исследования на орбите энергети-
ческого состава и характера движения
микрочастиц;
-	решение ряда технологических
задач производства малых космических
аппаратов;
-	ввод в эксплуатацию наземного
комплекса управления малыми космиче-
скими аппаратами ДОКА-Н;
-	включение разработки, создания,
эксплуатации МКА «АИСТ» в учебный
процесс СГАУ.
При этом для МКА «АИСТ» были
поставлены следующие задачи:
•	разработка унифицированной ма-
логабаритной космической платформы
массой до 100кг для проведения длитель-
ных (до 3-х лет) научных исследований,
технологических экспериментов и реали-
зации современных образовательных
программ;
•	создание информационного канала
связи в радиолюбительских диапазонах
частот с целью передачи информации
учебного и научного характера из ВУЗов
Самарской области в российские и зару-
бежные ВУЗы;
•	мониторинг магнитного поля Зем-
ли и исследование проблем микрограви-
тации, реализация в течение длительного
времени режимов компенсации низкоча-
стотной составляющей микроускорений
на борту аппарата до минимальной вели-
чины, не превышающей диапазона значе-
ний от 10’go до 10'7go (научная аппарату-
ра МАГКОМ);
•	исследование поведения высоко-
скоростных механических частиц есте-
ственного и искусственного происхожде-
ния, взаимодействующих с поверхностью
ионизационного датчика и оценка их па-
раметров - массы и скорости; периодиче-
ское измерение пространственного поло-
жения Солнца относительно связанных
координат МКА, с последующей оценкой
возможных потоков заряженных частиц
на его поверхность;
•	исследование уровня электриза-
ции аппарата и динамики изменения по-
верхностного заряда (научная аппаратура
МЕТЕОР);
•	экспериментальная отработка в
космосе перспективных типов батарей
фотоэлектрических (БФ) из арсенида гал-
лия (GaAs), созданных с использованием
нанотехнологий.
•	отработка технологии попутного
выведения малого космического аппарата
на рабочую орбиту с помощью тяжелого
исследовательского КА-носителя.
•	отработка технологий производ-
ства маломассогабаритных негерметич-
ных КА с глубококомплексированной
бортовой аппаратурой.
Реализация перечисленных выше
задач привела к разработке
МКА «АИСТ», внешний облик и техни-
ческие характеристики приведены в ра-
ботах [1,2].
2.	Общие положения телеметри-
ческих измерений МКА «АИСТ»
Настоящая работа посвящена теле-
метрическому контролю бортовой аппа-
ратуры МКА, которая осуществляется
командно-управляющей навигационной
системой (КУНС) ДОКА-Б276, обепечи-
вающей в части телеметрического кон-
троля сбор телеметрической информации
(ТМИ) от бортовых устройств обеспечи-
вающей и научной аппаратуры МКА по
информационным стыкам в виде после-
довательности кадров.
Телеметрическая информация аппа-
ратов делится на:
-	сборную (TMS) - содержащую ос-
новные параметры, характеризующие со-
стояние МКА;
-	накопительную (TMN) - содер-
жащую последовательность кадров сбор-
ной телеметрии;
25

-	телеметрию замеров (TMZ) - со-
держащую результаты измерений раз-
личных величин, производимых борто-
вым центральным контроллером теле-
метрии (БЦКТ), характеризующих состо-
яние МКА и отдельных блоков;
-	ТМ МАРКОМ (TmMag) - целевую
информацию, данные, полученные в ре-
зультате работы научной аппаратуры
(НА);
-	НАП (NAP) - навигационные дан-
ные, получаемые в результате работы
навигационной аппаратуры пользователя
(НАП) по прямому запросу;
-	НАП-ГБВ (NAP-GBV) - навига-
ционные данные, полученные в результа-
те работы НАП по запросу генератора
бортового времени;
-	телеметрию контроля питания и
телеметрии (КПТ), которая делится на
основную (TmKPTl, TmKPT2) и допол-
нительную (TmdKPTl, TmdKPT2), со-
держит данные о текущем энергопотреб-
лении систем, коммутации потребителей;
Передача ТМИ на наземную систе-
му командно-телеметрического взаимо-
действия (НСКТВ) производится путем
выдачи команд. ТМИ запрашивается и
передается на НСКТВ секторами. Сохра-
нение основной и дополнительной ТМИ
КПТ осуществляется в единой области
оперативного запоминающего устройства
(ОЗУ).
Телеметрические накопители
ТМ-информации «кольцевые». Место те-
кущей записи индицируется указателем
накопителя, который входит в состав
сборной ТМИ. Так как накопители ТМИ
кольцевые, возможна ситуация, когда
весь накопитель будет заполнен. При
этом новая ТМИ записывается в накопи-
тель поверх ранее записанной ТМИ.
Периодичность опроса телеметри-
ческих датчиков с запоминанием полу-
ченных результатов может принимать
значения 1, 3, 5, 10, 60 секунд и 3, 10 ми-
нут, и изменяется по командам с НСКТВ.
ТМИ сохраняется в отдельных об-
ластях ОЗУ, откуда может быть считана и
передана на НСКТВ по командам. Одна
команда передает на НСКТВ один сектор
ОЗУ.
ТМИ передается в НСКТВ кадрами.
Состав ТМ-кадров различен в зависимо-
сти от вида накопленной и передаваемой
ТМИ. Структура ТМ-кадров, передавае-
мых с борта МКА на НСКТВ, имеет
внутреннее значение системы КУНС и
представляет собой последовательность
определенного количества байт с заго-
ловком в начале блока и с контрольной
суммой в конце.
На Земле ТМ-кадры декодируются
НСКТВ в процессе приема, и телеметри-
ческая информация отображается опера-
тору (кроме ТМИ НА, которая обрабаты-
вается отдельно).
Сохранение информации после
приема производится в файловой системе
компьютера в нескольких форматах: би-
нарном, защитном, текстовом, таблич-
ном.
ТМИ является базой оценки работо-
способности МКА и выполнения им за-
данной программы работы. При этом ре-
шаются следующие задачи:
-	выявление признаков, характери-
зующих нештатную работу МКА;
-	оценка выполнения МКА заданной
программы работы;
-	оценка правильности функциони-
рования бортовой аппаратуры МКА;
-	идентификация предусмотренных
отказов, неисправностей БА, систем агре-
гатов;
-	учет параметров в журнале учёта
технического состояния МКА;
Источниками информации для про-
ведения оценки МКА являются:
-	данные о результатах запуска
KA-носителя и отделения МКА;
-	результаты проведения сеансов
связи (СС);
-	результаты обработки телеметри-
ческой информации, передаваемой
КУНС.
Оценка ТМИ проводится в 2 этапа:
1)	оперативно, в темпе поступления
информации на средства отображения в
СС, с целью выявления отклонений от
штатной работы и оценки выполнения
МКА заданной программы работы;
2)	углубленно, в целях оценки пра-
вильности функционирования, нахожде-
26

ния ТМ-параметров в допустимых преде-
лах.
В процессе работы аппаратов ведет-
ся постоянный контроль:
-	наличия (отсутствия) радиосвязи;
-	отключения нагрузки (ОН);
-	напряжения аккумуляторной бата-
реи;
-	общего токопотребления, токопо-
требления бортовой аппаратуры (БА),
токов батареи фотоэлектрической (БФ);
-	теплового режима МКА, БФ;
-	работы СТР;
-	функционирования БА КУНС.
В результате анализа работы КУНС
решаются задачи:
-	оценка работоспособности радио-
канала по приему управляющей инфор-
мации на борт МКА, выдаче её потреби-
телю и передаче с борта
ТМ-информации;
-	оценка обеспечения электропита-
нием БА функционально входящей в
КУНС батареей фотоэлектрической;
-	оценка приема, хранения и пере-
дачи в наземный комплекс управления
информации от НА;
-	оценка правильности управления
СТР;
-	оценка накопления ТМИ;
-	оценка проведения навигационных
измерений по ГНСС ГЛОНАС, GPS и
выдача потребителям навигационной ин-
формации.
Источниками информации являют-
ся результаты проведения СС, результаты
обработки ТМИ.
При отсутствии отклонений от норм
параметров, характеризующих работу
КУНС, делается заключение о её нор-
мальном функционировании.
3.	Летные испытания и эксплуа-
тация МКА «Аист»
Как отмечалось выше, 19.04.2013г.
с космодрома «Байконур» в составе
КА «Бион-М» попутным грузом был за-
пущен на орбиту первый МКА, создан-
ный на базе космической платформы
«АИСТ». 21.04.2013г. МКА «АИСТ»
успешно отстыковался от КА «Бион-М» и
перешел на собственную орбиту.
22.04.12013г. была получена первая
телеметрическая информация, свидетель-
ствующая о штатной работе всех борто-
вых систем аппарата, 23.04.2013г. - осу-
ществлен переход на собственные нави-
гационные измерения МКА, 25.04.2013г.
- на борту МКА «АИСТ» начала работу
научная аппаратура «МАТКОМ» и
«МЕТЕОР».
28.12.2013г. в 16 часов 30 минут по
московскому времени с космодрома
«Плесецк» был осуществлен успешный
запуск PH легкого класса «Союз-2.1 в» с
блоком выведения «Волга». Полезной
нагрузкой комплекса являлся ОО МКА
«АИСТ». 30.03.2014г. были завершены
летные испытания аппарата, ведется его
штатная эксплуатация.
Управление малыми космическими
аппаратами «АИСТ» осуществляется из
зала управления МКА аккредитованного
Центром сертификации космической
техники Роскосмоса Центра приёма и
обработки информации (ЦПОИ)
«Самара» АО «РКЦ «Прогресс» сотруд-
никами центра, аспирантами и студента-
ми СГАУ. С 01.08.2015г. управление
аппаратами передано созданному в СГАУ
Наземному комплексу управления (НКУ)
МКА «АИСТ».
В сутки с обоими аппаратами
проводится 5-7 сеансов связи длительно-
стью от 32с до 640с, в ходе которых
получаются данные телеметрических
измерений (файл ТМИ содержит 1440
измерений 126 параметров) обеспечива-
ющих систем, регистрируются массивы
данных научной аппаратуры.
Ниже представленные данные
телеметрических измерений получены с
обоих аппаратов за период с момента
запуска до 30.04.2015г. За этот период
времени летный образец МКА «АИСТ»
совершил 11129 витков вокруг Земли,
проведено 5166 сеансов связи, опытный
образец МКА «АИСТ» совершил 7256
витков, проведено 2543 сеанса связи.
ТМИ, полученные ЦПОИ «Самара» об-
работаны как подразделениями РКЦ, так
и научно-образовательного комплекса
МКА СГАУ, аспирантами и сотрудника-
ми институтов «Космического приборо-
27

строения» и «Космического машиностро-
ения» СГАУ.
4.	ТМИ космической платформы
МКА «АИСТ»
Малый космический аппарат
«АИСТ» включает в свой состав косми-
ческую платформу и комплект научной
аппаратуры.
Космическая платформа содержит:
-	командно-управляющую навига-
ционную систему (КУНС), имеющую в
своем составе аккумуляторную батарею
(АБ);
-	батарею фотоэлектрическую (БФ);
-	систему обеспечения теплового
режима (СОТР);
-	конструкцию и бортовую кабель-
ную сеть.
В состав научной аппаратуры вхо-
дит:
-	научная аппаратура МАГКОМ для
компенсации микроускорений на борту
МКА;
-	научная аппаратура «МЕТЕОР»
для регистрации космических частиц
естественного и искусственного проис-
хождения.
КУНС имеет следующий состав
технических средств:
-	микропроцессорный контроллер
обработки информации управления и
контроля;
-	таймер-календарь бортового вре-
мени;
-	аналого-цифровой преобразова-
тель;
-	средства телеметрического кон-
троля;
-	микропроцессорные контроллеры
обработки сигналов радиоканалов
(2 шт.);
-	микропроцессорные контроллеры
формирования сигналов модуляции
радиоканалов (2 шт.);
-	навигационный приемник;
-	радиоприемные устройства связи
диапазона 145 МГц;
-	радиопередающие устройства свя-
зи диапазона 435 МГц;
антенно-фидерные устройства
диапазонов 145 и 435 МГц;
-	средства электроснабжения и
автоматики МКА, в том числе АБ;
-	средства управления СОТР МКА,
в том числе термодатчики;
-	средства управления и контроля
пиросредствами и подвижными элемен-
тами конструкции;
-	антенный блок НАП.
КУНС может функционировать в
следующих режимах:
-	режим автономного функциониро-
вания;
-	дежурный режим;
-	сеансный режим;
-	режим работы НАП;
-	режим аварийной работы.
Одновременно КУНС может рабо-
тать только в одном режиме.
Телеметрические измерения осу-
ществляются внутрисистемными сред-
ствами КУНС (напряжения, токи в эле-
ментах СЭП) а также с использованием
комплекта датчиковой аппаратуры в
СОТР.
Рассмотрим последовательно дан-
ные ТМИ бортовых систем и научной
аппаратуры МКА.
Работа командно-управляющей
навигационной системы.
Состав технических средств КУНС
свидетельствует о её многофункциональ-
ности и важности, как центрального зве-
на космической платформы. Полученные
в ходе сеансов связи квитанции показы-
вают, что примененная на МКА «АИСТ»
КУНС является достаточно надежной си-
стемой его жизнеобеспечения. Так, штат-
ная устойчивая работа системы летного
образца МКА «АИСТ» продолжалась
14 месяцев с момента отделения аппарата
от базового КА до 27 июня 2014 г., когда
после прохождения над ядром Бразиль-
ской магнитной аномалии, МКА, выпол-
нивший программу летных испытаний,
престал воспринимать команды включе-
ния научной аппаратуры, и телеметрия в
настоящее время отражает работоспособ-
ность только собственных компонентов
КУНС. Система связи функционирует
штатно. КУНС ОО МКА «АИСТ» в тече-
ние 17 месяцев функционирует без заме-
чаний, его эксплуатация успешно про-
28

должается. Ведется накопление инфор-
мации аппаратуры НАП, сравнение ее
данных с данными системы NARAD. За
время работы на орбите ее высота для
объекта RS43as снизилась на 30км.
Работа системы электропитания
СЭП включает в свой состав ни-
кель-металлгидридную аккумуляторную
батарею (АБ), батарею фотоэлектриче-
скую (БФ) (арсенид галлия) и систему
распределения электропитания КУНС.
Телеметрические измерения (см. пример
ТМИ СЭП на рис.1) показывают, что си-
стема четко отслеживает движение МКА
по орбите в части его нахождения в
освещенной и теневой зонах, устойчиво
поддерживается номинальное напряже-
ние в сети, отсутствует заметное падение
напряжения при подключении аппарату-
ры НАП, НА. Анализ телеметрии СЭП за
период работы на орбите обоих аппара-
тов привел к выводу, что после годичной
эксплуатации СЭП включение научной
аппаратуры на период до 6 часов непре-
рывной работы приводит к падению
напряжения в сети до минимально допу-
стимого уровня (НВ). Для полного вос-
становления заряда аккумулятора необ-
ходимо не менее суток (при сохранении
работоспособности всех систем КУНС в
штатном режиме). Опыт эксплуатации
МКА «АИСТ» привел кряду существен-
ных изменений в построении СЭП МКА
«АИСТ-2Д», а именно:
-	применение литий-ионных акку-
муляторов;
-	применение схемы зарядки акку-
муляторов, обеспечивающей ее прекра-
щение при достижении заданного макси-
мума емкости;
-	применение системы БАКУР,
обеспечивающей оптимальное распреде-
ление питания между потребителями с
учетом возможности оперативной пере-
стройки порядка и времени их включе-
ния.
1UOO	1,00
(ywMjfiM» тойnopHS«г»»— МКА
---4 уМАМрыы* IQN MJ	IX»
Рис. 1 ТМИ системы электропитания МКА RS41at, 05.05.2015г.
Тсжбоггст» А
Работа системы обеспечения тепло-
вого режима
На МКА типа «АИСТ» применена
пассивная система обеспечения теплово-
го режима, базирующаяся на использова-
нии тепловых труб, размещенных в сото-
панелях на гранях аппарата, термоплат
для установки БА, пленочных нагревате-
лей (ПЭН). Сброс тепла ведется через
грани корпуса МКА, управление тепло-
вым балансом осуществляет КУНС в ав-
томатическом режиме. Температурные
датчики, как управляющие, так и измери-
тельные в количестве 48 шт. размещены
как на термоплатах установки БА, так и
на сотопанелях в непосредственной бли-
зости к элементам БФ, образец размеще-
ния датчиков на одной из панелей МКА
представлен на рис. 2.
Образец обработанной телеметри-
ческой информации о работе СОТР пред-
ставлен на рис. 3. В течение всего перио-
да эксплуатации аппаратов велась обра-
ботка данных СОТР и строились графики
среднесуточных температурных показа-
ний батарей фотоэлектрических на гра-
29

нях МКА, а также АБ, БЦКТ, НАП, КПТ,
НА (см. пример графиков температур для
00 МКА «АИСТ» на рис. 4).
Анализ проведенных ТМИ привел к
следующим предварительным (полет
МКА продолжается) выводам:
-	бортовая аппаратура обоих МКА в
периоды полета без теневых участков
работает при повышенных (>60°С) тем-
пературах - признак недостаточности от-
вода тепла (пленочные нагреватели не
включались в течение всего С АС МКА);
-	разброс температур на гранях за-
висит от вектора вращения и скорости
закрутки МКА;
-	по мере эксплуатации МКА на
солнечных участках температура его по-
верхности повышается, что свидетель-
ствует о снижении эффективности отвода
тепла за счет снижения отражающей
способности участков конструкции,
предназначенных для этой цели.
Исследования работоспособности
СОТР продолжаются.
а) бид снаружи МКА
б) бид изнутри МКА
Рис. 2 Схема расположения температурных датчиков на панели «+Х»
30

Рис. 3 ТМИ температур АБ, БРК, Крт МКА RS41ai, 26.09.2014г.
Время : час, мин,
Температура БФ «+Х»	Теневые участки
Температура БФ «-Х»	Освещенные участки
Рис. 4 График среднесуточных температурных показаний БФ 00 МКА «АИСТ» (RS-41) за период
29.12.2013-01.05.2015 гг.
Работа научной аппаратуры
В состав научной аппаратуры
МАТКОМ входит: блок электроники
(БЭ), два трехкомпонентных магнито-
метра (ДМ №1, ДМ №2), блок управле-
ния электромагнитами (БУЭМ), три ор-
тогонально расположенных электромаг-
нита (ЭМ-Х, ЭМ-У, ЭМ-Z).
НА функционирует в следующих
режимах: 1-информационного обмена;
2-измерений вектора магнитного поля;
3-компенсации микроускорений аппара-
турой «МАТКОМ» (РКМ); 4-работы ап-
паратуры «МЕТЕОР» (МР); 5-совместной
работы НА (РКМ+РМ); 6-резервный
режим (загрузка режима доступна с
Земли в полете МКА).
Измерения индукции магнитного
поля Земли с интервалом 6с проводятся
посредством двух 3-ех компонентных
магнитометров. На рис. 5 в качестве
иллюстрации работоспособности МКА в
части изучения магнитного поля Земли
приведены данные измерений, произве-
денных магнитометрами 16.05.2013г. с
20ч 25мин 9с до 23ч 59мин 34с. Всего
2100 измерений каждым магнитометром.
Температурные датчики в магнитометрах
необходимы для определения их рабочей
температуры с целью обеспечения, в слу-
чаях её превышения заданного уровня,
возможности отключения магнитометров
и перевода их в ждущий режим.
31

Зависимость угловой скорости
МКА от времени в режиме компенсации
микроускорений представлена на рис. 6.
На рис. 7 показан график изменения мо-
дуля вектора магнитного поля в режиме
компенсации микроускорений. Рекон-
струкция неуправляемого вращательного
движения малого спутника «АИСТ» по-
дробно рассмотрена в работе [3].
Регистрация процесса электризации
МКА с помощью НА «МЕТЕОР» пред-
ставлена на рис. 8.
Постоянному контролю подвергает-
ся температура как БА, и солнечных
батарей, антенно-фидерных устройств, а
также датчиков научной аппаратуры.
Для дальнейшего сравнения с данными
наземных тепловакуумных испытаний
накапливается информация о тепловом
балансе обоих аппаратов с учетом суще-
ственной разницы в параметрах орбит их
работы.
По реальным данным измерений
магнитного поля Земли ведется отладка
алгоритмов магнитной системы ориента-
ции МКА, постоянно анализируются
показания НА «МЕТЕОР». Зарегистриро-
вано около 20 соударений высокоско-
ростных микрочастиц МКА «АИСТ».
32

60		|В1|,мкТл								
										
□и 40			\		1Л	Г		1		
		1	\J		ГА	/	V	л		
30										
			V			JL	V			
20 10										
									г*	
									«.с	
										
0										
										
	0	2000			4000	6000	8000 10000 12000 14000						
-40	I	 t,c -60 							—
О 2000	4000	6000	8000 10000 12000 14000
60	•
мкТл :	л	

40 	 V. У	V—-	 t»c -60 							
Рис. 5 Данные измерения магнитного поля и температуры
33

Рис. 7 Модуль вектора магнитного поля в режиме компенсации микроускорений
Рис. 8 Регистрация процесса электризации МКА «АИСТ»
34

Заключение
Совместная разработка, вывод на
орбиту и эксплуатация двух малых кос-
мических аппаратов способствовали со-
зданию ряда технологий в области проек-
тирования, изготовления и испытаний
маломассогабаритных космических аппа-
ратов. Успешно прошла летные испыта-
ния космическая платформа, массой до
50 кг, обеспечивающая работу на орбите
высотой до 650км комплекса научно-
технологической аппаратуры, предназна-
ченной для изучения космического про-
странства, а также испытаний новых тех-
нологических процессов. Создан назем-
ный комплекс управления, позволяющий
эксплуатировать МКА, а также решать
задачи образовательного плана, подго-
товки высококвалифицированных специ-
алистов.
Проведенные на орбите экспери-
менты показывают, что аппаратура
МАРКОМ позволяет уменьшить угловые
скорости МКА массой в 38 кг с 2,5 град/с
до 0,2 град/с менее, чем за 20 минут, при
этом такой уровень угловой скорости
можно поддерживать в течении всего
срока активного существования. Научная
аппаратура МЕТЕОР способна регистри-
ровать микрометеороиды в околоземном
космическом пространстве с регистраци-
ей направления их движения, она обеспе-
чивает возможность адаптивной обработ-
ки сигналов с многофункциональных
датчиков. Оба аппарата обеспечивают
накопление телеметрической и научной
информации.
В планах научно-образовательного
комплекса МКА СГАУ разработка на ба-
зе космической платформы МКА типа
«АИСТ» малых космических аппаратов
для:
-	отработки алгоритмов управления
МКА, оснащенного двигательной уста-
новкой малой тяги на базе электрореак-
тивных двигателей типа СПД-60.
-	отработки в натурных условиях
космического пространства и сертифика-
ции ЭРИ по программе ипортозамеще-
ния;
-	отработки новых наноматериалов
для радио-теплоотражающих и поглоща-
ющих покрытий;
-	отработки элементов тросовых
технологий;
-	отработки узлов, агрегатов, алго-
ритмов СУД МКА и др.
В реализации проекта с 2006 года
приняли участие более 100 студентов. В
разные годы по теме создания научно об-
разовательных МКА было защищено бо-
лее 50 дипломных проектов, подготовле-
но более 20 выпускных работ бакалавров,
защищено 9 магистерских и 5 кандидат-
ских диссертаций.
Библиографический список:
1.	Kirilin A., Shakhmatov Е.,
Soifer V., Akhmetov R., Tkachenko S.,
Prokofev A., Salmin V., Stratilatov N.,
Semkin N., Abrashkin V., Tkachenko I.,
Safronov S., Zheleznov Y. Small Satellites
“AIST” Constellation - Design, Construc-
tion and Program of Scientific and Techno-
logical Experiments; - Procedia Engineer-
ing, vol. 104, 2015, p. 43^19.
2.	Ткаченко С.И., Салмин B.B.,
Семкин Н.Д., Куренков В.И.,
Абрашкин В.И., Прохоров А.Г.,
Ткаченко И.С., Петрухина К.В. Проект-
ный облик и основные характеристики
малого космического аппарата СГАУ -
ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс»; - Вестник
СГАУ, №2, 2010. - С. 154-165.
3.	Абрашкин В.И., Воронов К.Е.
Реконструкция неуправляемого враща-
тельного движения малого спутника
«АИСТ» // Научные и технологические
эксперименты на автоматических косми-
ческих аппаратах и малых спутниках:
Тезисы докладов третьей международной
конференции «Научные и технологиче-
ские эксперименты на автоматических
космических аппаратах и малых спутни-
ках». Самара, 9-11 сентября 2014г.- Са-
мара, изд-во СНЦ РАН, 2014,- С. 177-180.
References:
1.	Kirilin A., Shakhmatov Е.,
Soifer V., Akhmetov R., Tkachenko S.,
Prokofev A., Salmin V., Stratilatov N.,
Semkin N., Abrashkin V., Tkachenko I.,
Safronov S., Zheleznov Y. Small Satellites
35

“AIST” Constellation - Design, Construc-
tion and Program of Scientific and Techno-
logical Experiments; - Procedia Engineer-
ing, vol. 104,2015, p. 43-49.
2.	Tkachenko S.L, Salmin V.V.,
Semkin N.D., Kurenkov V.I.,
Abrashkin V.L, Prokhorov A.G.,
Tkachenko I.S., Petrukhina K.V. Design
shape and main characteristics of the small
satellite of SSAU - GNPRKTs "TsSKB-
Progress"; - Vestnik of SSAU, No. 2,
2010. - P. 154-165.
3.	Abrashkin V. I., Voronov К. E.
Reconstruction of an uncontrollable rotary
motion of the small satellite
"AIST'V/Scientific and technological exper-
iments on automatic spacecrafts and small
satellites: Theses of reports of the third in-
ternational conference "Scientific and Tech-
nological Experiments on Automatic Space-
crafts and Small Satellites". Samara, Sep-
tember 9-11, 2014 - Samara, publishing
house of SNTs Russian Academy of Scienc-
es, 2014. - P. 177-180.
FLIGHT AND DESIGN TESTS AND OPERATION OF SMALL SATELLITES ”AIST”
©2015 A. N. Kirilin1, S. I. Tkachenko1,2, V. V. Salmin2, N. D. Semkin2, A. P. Papkov3,
V. I. Abrashkin1,1. S. Tkachenko2, Yu. E. Zheleznov1, E. Yu. Galaeva1
1	JSC «SRC «Progress», Samara
2	Samara State Aerospace University, Samara
3	NILAKT DOSAAF, Kaluga
Small satellites "AIST” is joint project of the Samara State Aerospace University and Space-Rocket Centre
"Progress" (till 01.07.2014 - State research and production space-rocket center "TsSKB-Progress") with assistance
of the Government of the Samara region.
In this work results of the flight and design tests and operation of small satellites of scientific and educational
appointment are presented. The analysis of telemetric information on operability of the small satellites' providing
systems and data of the scientific equipment obtained from an orbit is carried out. Possibilities of further use of
"AIST" small satellites in the scientific and educational purposes are considered.
Key words: small satellites, flight and design tests, scientific equipment, orbit, land control facilities, telemet-
ric information
Информация об авторах:
Кирилин Александр Николаевич, д.т.н., профессор, генеральный директор АО
«РКЦ «Прогресс», 443009, Россия, г. Самара, ул. Земеца 18, т. (846) 955-13-61,
mail @ samspace.ru.
Область научных интересов: проектирование, производство, экспериментальная от-
работка, эксплуатация ракетно-космических комплексов.
Ткаченко Сергей Иванович, д.т.н., профессор, профессор кафедры космического
машиностроения СГАУ, 443086, Россия, г. Самара, Московское шоссе 34, т. (846)
267-46-88, sitkach@mail.ru/
Область научных интересов: проектирование, производство экспериментальная от-
работка, эксплуатация малых космических аппаратов.
Салмин Вадим Викторович, д.т.н., профессор, директор института космического
машиностроения СГАУ, 443086, Россия, г. Самара, Московское шоссе 34, т. (846)
267-46-88, sputnik@ssau.ru/
Область научных интересов: проектирование малых космических аппаратов, дина-
мика полета с малой тягой, оптимизация сложных технических систем.
Семкин Николай Данилович, д.т.н., профессор, директор института космического
приборостроения СГАУ, 443086, Россия, г. Самара, Московское шоссе 34,
т. (846) 267-48-39, ikp@ssau.ru/
36

Область научных интересов: проектирование и создание научной аппаратуры для
малых комических аппаратов.
Панков Александр Павлович, к.т.н., главный конструктор ООО «НИЛАКТ
ДОСААФ», 125424, Москва, Волоколамское шоссе, д.88, стр. 4, т. (495) 491-76-74.
Область научных интересов: проектирование и создание бортовой командно-
управляющей радио-аппаратуры для малых космических аппаратов, а также наземных
комплексов управления.
Абрашкин Валерий Иванович, к.т.н., начальник отдела АО «РКЦ «Прогресс»,
443009, Россия, г. Самара, ул. Земеца 18, т. (846) 955-13-61, mail @ samspace.ru.
Область научных интересов: проектирование космических аппаратов научного
назначения.
Ткаченко Иван Сергеевич, к.т.н., ассистент кафедры космического машинострое-
ния СГАУ, 443086, Россия, г. Самара, Московское шоссе 34, т. (846) 267-46-88,
innovatore@mail.ru.
Область научных интересов: проектирование малых космических аппаратов, си-
стемный анализ и управление.
Железнов Юрий Евгеньевич, к.т.н. начальник центра приема и обработки инфор-
мации «Самара» АО «РКЦ «Прогресс», 443009, Россия, г. Самара, ул. Земеца 18, т. (846)
955-13-61, mail@tspoi.com.
Область научных интересов: управление космическими аппаратами, прием, сбор,
обработка и хранение информации дистанционного зондирования Земли.
Галаева Екатерина Юрьевна, инженер-конструктор АО «РКЦ «Прогресс»,
443009, Россия, г. Самара, ул. Земеца 18, т. (846) 955-13-61, mail@samspace.ru.
Область научных интересов: прием, сбор, обработка и хранение телеметрической
информации с космических аппаратов.
Kirilin Alexander Nikolaevich, Dr.Sci.Tech., professor, general director of JSC «SRC
«Progress», 443009, Russia, Samara, Zemets St. 18, t. (846) 955-13-61, mail@samspace.ru.
Area of scientific interests: design, production, experimental working off, operation of
space-rocket complexes.
Tkachenko Sergey Ivanovich, Dr.Sci.Tech., professor, professor of department of space
engineering of SSAU, 443086, Russia, Samara, Moskovskoye shosse 34, t. (846) 267-46-88,
sitkach@mail.ru.
Area of scientific interests: design, production experimental working off, operation of
small spacecrafts.
Salmin Vadim Viktorovich, Dr.Sci.Tech., professor, director of institute of space engi-
neering of SSAU, 443086, Russia, Samara, Moskovskoye shosse 34, t. (846) 267-46-88,
sputnik@ssau.ru.
Area of scientific interests: design of small spacecrafts, dynamics of flight with small trust,
optimization of complex technical systems.
Semkin Nikolay Danilovich, Dr.Sci.Tech., professor, director of institute of space instru-
ment engineering of SSAU, 443086, Russia, Samara, Moskovskoye shosse 34, t. (846) 267-48-
39, ikp@ssau.ru.
Area of scientific interests: design and creation of the scientific equipment for spacecrafts.
Papkov Alexander Pavlovich, Cand.Tech.Sci., chief designer of JSC "NILAKT
DOSAAF", 125424, Moscow, Volokolamskoye shosse, 88, p. 4, t. (495) 491-76-74.
Area of scientific interests: design and creation of the onboard command managing direc-
tor of radio equipment for small spacecrafts, and also land control complexes.
Abrashkin Valery Ivanovich, Cand.Tech.Sci., head of department of JSC «SRC
«Progress», 443009, Russia, Samara, Zemets St. 18, t. (846) 955-13-61, mail @ samspace.ru.
Area of scientific interests: design of spacecrafts of scientific appointment.
37

Tkachenko Ivan Sergeyevich, Cand.Tech.Sci., assistant to department of space engineer-
ing of SGAU, 443086, Russia, Samara, Moskovskoye Highway 34, t. (846) 267-46-88,
innovatore@mail.ru.
Area of scientific interests: design of small spacecrafts, system analysis and control.
Zheleznov Yury Evgenyevich, Cand.Tech.Sci. chief of the center of reception and infor-
mation processing "Samara" JSC «SRC «Progress», 443009, Russia, Samara, Zemets St. 18, t.
(846) 955-13-61, mail@tspoi.com.
Area of scientific interests: control of spacecrafts, reception, collecting, processing and
storage of information of remote sensing of Earth.
Galayeva Ekaterina Yurievna., engineer-designer of JSC «SRC «Progress», 443009,
Russia, Samara, Zemets St. 18, t. (846) 955-13-61, mail @ samspace.ru.
Area of scientific interests: reception, collecting, processing and storage of telemetric in-
formation from spacecrafts.
38

УДК 681.7.069.32+629.78
КОЭЦА - КОМПЛЕКС ОПТИКО-ЭЛЕКТРННОЙ ЦЕЛЕВОЙ АШШАРАТУРЫ
ДЛЯ МКА «АИСТ-2Д»
©2015 Бакланов А.И.!), Клюшников M.B.!), Гринько А.П.0, Малахов И.А.0,
Жевако В.В.1’, Халус Д.В.1’, Радин Е.А.^,Афонин А.Н.1*, Мастюгин А.С.1’,
Невоструев K.B!), Алаторцев ВЛ.1*, Костенков Н.А.1’, Дюльдин Р.С.1*, Бунтов Г.В.1’,
Разживалов П.Н. Тюрин А.А. Хватов А.В. Матвеев Р.В. Логвин А.В.!),
Сафронов Д.Н.2), Кузменко А.А.2)
1 филиал АО «РКЦ «Прогресс» -НПП «ОПТЭКС», г. Зеленоград,
2)ЗАО НПП «САНТ», г. Зеленоград.
Аннотация: Описан комплекс оптико-электронной целевой аппаратуры (КОЭЦА) для
МКА «Аист-2Д». Комплекс включает в себя панхроматический и мультиспектральный оптико-электронные
преобразователи, инфракрасную камеру теплового диапазона на основе микроболометрических матриц, за-
поминающее устройство и бортовую радиолинию. Аппаратура позволяет осуществлять съёмки поверхности
Земли с высоким разрешением в видимой области спектра. Инфракрасная камера предназначена в первую
очередь для отработки новых технологий в области приборостроения для ДЗЗ. Отличительной особенно-
стью КОЭЦА являются компактность и небольшие весовые характеристики при высоком разрешении и
большой полосе захвата.
Ключевые слова: МКА (малый космический аппарат), оптико-электронная аппаратура, оптико-
электронный преобразователь, запоминающее устройство, бортовая радиолиния, ДЗЗ, высокое разреше-
ние, видимый диапазон, ПК диапазон
Комплекс оптико-электронной
целевой аппаратуры (КОЭЦА) предна-
значен для использования в составе ма-
логабаритного опытно-технологического
космического аппарата демонстратора
«Аист-2Д». При создании КОЭЦА и в
ходе его дальнейшей опытной эксплуата-
ции запланировано решение нескольких
разноплановых конструкционных, техно-
логических и программно-методических
задач. Среди них в первую очередь необ-
ходимо отметить:
-	отработку методологии проекти-
рования и изготовления оптико-
электронной аппаратуры, запоминающих
устройств и бортовой радиолинии с по-
вышенной плотностью интеграции и
уменьшенными габаритами для исполь-
зования в составе малогабаритного КА;
-	отработку конструкции широкоза-
хватных оптико-электронных преобразо-
вателей на основе матриц ПЗС ВЗН для
малогабаритной оптико-электронной ка-
меры видимого диапазона высокого раз-
решения;
-	отработку схемотехнических, кон-
структивных решений и методов съёмки
в тепловом ИК-диапазоне с помощью
микроболометрической матрицы;
-	оценку достижимых параметров и
условий применения микроболометриче-
ских приёмников;
-	исследование возможности ис-
пользования микроболометрических при-
ёмников в системах ДЗЗ среднего и
высокого разрешения;
-	определение характеристик ин-
фракрасной аппаратуры в условиях кос-
мического полёта;
-	отработку методов и программ
управления КОЭЦА в составе МКА;
-	проведение лётной сертификации
блоков и устройств КОЭЦА в условиях
космического пространства;
-	отработку целевой аппаратуры,
наземных средств управления, приёма и
обработки информации и методов обра-
ботки информации ДЗЗ с высоким раз-
решением.
Основное назначение КОЭЦА - это
получение панхроматических и мультис-
пектральных изображений поверхности
Земли высокого разрешения путем пре-
образования непрерывно движущегося
39

изображения в видимом спектральном
диапазоне, сформированного оптической
системой «Аврора» в плоскости фото-
приёмников, в цифровой электрический
сигнал. Сканирование осуществляется за
счёт движения космического аппарата по
орбите. Кроме того входящая в состав
КОЭЦА инфракрасная камера КОЭ-ИКД
позволяет получать тепловые изображе-
ния поверхности Земли в спектральном
диапазоне 8-14 мкм с невысоким про-
странственным разрешением. Аппаратура
позволяет проводить цифровую обработ-
ку получаемой информации, сжатие её,
хранение и передачу по скоростной ра-
диолинии на наземные приёмные пункты.
КОЭЦА имеет несколько режимов
работы и позволяет осуществлять или
одновременно панхроматическую и
мультиспектральную съемку, или пан-
хроматическую и инфракрасную съемку,
или съемку в каждом спектральном диа-
пазоне отдельно. Аппаратура спроекти-
рована таким образом, что обеспечивает
съёмку в диапазоне высот орбиты от 350
до 700 км и при отклонениях МКА по
крену до ±30°. Объектив ОЭА «Аврора»,
используемой в составе КА «Аист-2Д»
имеет фокусное расстояние 2 метра, что
обеспечивает получение пространствен-
ного разрешения 1,47 метра в панхрома-
тическом канале с круговой орбиты вы-
сотой 490 км. Полоса захвата при этом
составит 39,7 км. Производительность
съёмки комплексом, при однопунктной
схеме приема, достигает 100 тыс. кв. ки-
лометров в сутки с высоким простран-
ственным разрешением.
Данные дистанционного зондиро-
вания, получаемые КОЭЦА подойдут для
решения широкого круга задач: карто-
графии, мониторинга чрезвычайных си-
туаций, гидрологии, сельского, лесного и
рыбного хозяйства, составления прогно-
зов урожая и карт продуктивности, эко-
логического мониторинга, обнаружения
пожаров и т.п.
Сравнение характеристик оптико-
электронной аппаратуры КА «Аист-2Д» с
отечественными и зарубежными анало-
гами показано в табл. 1. Видно, что КА
«Аист-2Д» приблизительно соответству-
ет КА SPOT-6 и превосходит остальные
КА аналогичного класса по разрешающей
способности и полосе захвата, а также
наличию ИК канала.
Табл. 1 Сравнение характеристик некоторых КА ДЗЗ.
Спутник	Страна	Год запуска	Разрешение, м			Полоса захвата, км		
			ПХ	МС	ИК	ПХ	МС	ИК
Cartosat-1	Индия	2005	2,2	—	—	26,4	—	—
Formosat-1	Тайвань	2004	2,0	8	—	24	24	—
Theos	Таиланд	2008	2,0	15	—	22	90	—
ALOS	Япония	2006	2,5	10	—	70 2 камеры	70 2 камеры	—
DubaiSat-1	ОАЭ	2009	2,5	5	—	20	20	—
AlSat-2	Алжир	2010	2,5	10	—	17,5	1,5	—
Канопус-В	Россия	2012	2,1	10,5	—	23,3	20,1	—
Nigersat-2	Нигерия	2011	2,5	5	—	20	20	—
Spot-6,7	Франция	2012,2013	2,0 (1,5)	8	—	60 2 камеры	60 2 камеры	—
Канопус-В-ИК	Россия	2015	2,1	10,5	130	23,3	20,1	2000
Аист-2Д	Россия	2015	1,5	4,5	123	40,5	40,5	47,2
Характеристика	оптико-
электронной аппаратуры ВД и ИК диапа-
зона приведены для высоты круговой ор-
биты 490 км, на которую планируется
вывести КА «Аист-2Д» при попутном
запуске с КА «Ломоносов».
Комплекс оптико-электронной це-
левой аппаратуры КОЭЦА разработан в
филиале «АО «РКЦ «Прогресс» - НПП
40

«ОПТЭКС». Над созданием аппаратуры
трудился большой коллектив молодых
специалистов предприятия при участии
студентов и аспирантов Московского
института электронной техники (МИЭТ).
Структурная схема КОЭЦА приве-
дена на рис. 1. В состав КОЭЦА входят
два широкоформатных оптико-
электронных преобразователя высокого
разрешения на основе матриц ПЗС, рабо-
тающих в режиме временной задержки и
накопления (ВЗН), - панхроматический
(ОЭП-АПХ) и мультиспектральный
(ОЭП-АМС) вместе с источниками пита-
ния (ИП-ОЭП), инфракрасная оптико-
электронная камера, запоминающее
устройство (БЗУ-А) и два (основной и
резервный) радиопередатчика (ПРД-З) и
антенна (АФУ). Объектив с фокусным
расстоянием 2 м (оптико-электронной
аппаратуры ОЭА «Аврора») разрабаты-
вается ОАО КМЗ и в состав КОЭЦА не
входит. Передача видеоинформации от
блоков ОЭП и КОЭ-ИКД в БЗУ-А осу-
ществляется с использованием волокон-
но-оптических линий связи. В комплексе
отсутствует собственная подсистема
управления. Управление КОЭЦА
осуществляется от системы управления
КА по интерфейсу CAN2.0, путем выдачи
команд непосредственного исполнения.
Также в БЗУ по интерфейсу CAN может
вводиться дополнительная, например те-
леметрическая или научная, информация
от систем КА, которая передаётся затем
на Землю.
КОЭЦА
АФУ
Шина CAN 2.0
Видеоинформация
Питание
Управление
Рис. 1. Структурная схема КОЭЦА
ИП-ОЭП
КОЭ-ИКД
БЗУ-А
ПРДЗ
(О)
ПРДЗ
м
41

Рис. 2. Блоки ОЭП-АПХ и ОЭП-АМС
Оптико-электронные преобразо-
ватели
Оптико-электронные преобразова-
тели ОЭП-АПХ и ОЭП-АМС выполнены
на матрицах ПЗС ВЗН, аналогичных ис-
пользуемым в системе приёма и преобра-
зования информации «Сангур-1У»
ОЭА «Геотон» космического аппарата
«Ресурс-П».
Фоточувствительную зону панхро-
матического блока ОЭП образуют
18 матриц ПЗС ВЗН «Круиз-6» с разме-
ром пикселя 6x6 мкм2. Формат каждого
фотоприёмника 1536x192 пикселя. Таким
образом, суммарная длина строки состав-
ляет около 27 тысяч пикселей. Матрицы
секционированы и обеспечивают съёмку
с 192, 128, 96, 64, 48 или 32 шагами
накопления. Таким образом достигается
дискретное изменение чувствительности
ОЭП при изменении условий наблюде-
ния. Рабочий спектральный диапазон
0,5-0,8 мкм.
В мультиспектральном блоке ОЭП-
АМС используется модификация фото-
приёмных модулей «Круиз-Ц-Б» со све-
тофильтрами, обеспечивающими съёмку
в 3-х спектральных диапазонах: 0,45 -
0,52 мкм; 0,53 - 0,6 мкм; 0,61 - 0,7 мкм.
Характеристики светофильтров обеспе-
чивают формирование качественного
цветного изображения. В блоке
ОЭП-АМС установлено 12 таки матриц
форматом 768x64 пикселей размером
18x18 мкм2. Суммарная длина строки
около 9 тыс. пикселей. Число шагов
накопления изменяется с коэффициентом
2 в диапазоне 64, 32 и 16.
Внешний вид панхроматического и
мультиспектрального блоков ОЭП пока-
зан на фото (рис. 2).
Электронная начинка блоков ОЭП
обеспечивает все необходимые аналого-
вые и цифровые функции: управления
матрицами ПЗС, усиления и оцифровки
видеосигнала, цифровую обработку, сжа-
тие и упаковку данных, обработку ко-
манд управления поступающих от БКУ
КА по интерфейсу CAN 2.0, привязку ви-
деоинформации к бортовой шкале време-
ни, а также формировании телеметриче-
ской информации. Цифровая видеоин-
формация из каждого блока ОЭП выдает-
ся по двум волоконно-оптическим лини-
ям связи, которые хорошо себя зареко-
мендовали на КА «Ресурс-П». Блоки
ОЭП имеют несколько режимов работы,
обеспечивающих съёмку и тестовые про-
верки. Предусмотрены режимы съёмки,
как со сжатием (ДИКМ - дифференци-
ально-импульсная кодовая модуляция)
так и с передачей исходной несжатой ин-
формации. Каждый режим задаётся
внешними командами управления, но
даже при отсутствии таких команд блок
будет работать в определённом фиксиро-
ванном режиме. Все необходимые для
работы блоков ОЭП питающие напряже-
ния формируются в блоках вторичного
питания ИП-ОЭП.
Характеристики	оптико-
электронных блоков КОЭЦА приведены
в табл. 2.
42

Табл. 2 Характеристики ОЭП-АПХ и ОЭП-АМС		
Параметр	ОЭП-АПХ	ОЭП-АМС
Количество спектральных диапазонов	1	3
Спектральный диапазон, мкм	0,5-0,8	0,45 - 0,52 мкм 0,52 - 0,60 мкм 0,63 - 0,69 мкм
Размер элемента, мкм	6	18
Длина строки, мм	162	162
Количество элементов в строке	27648	9 216
Разрядность выходного сигнала, бит	10	10
Сжатие видеоинформации, бит/пикс.	4(ДИКМ)	
Число строк накопления	192, 128, 96, 48, 32	64, 32, 16
Скорость бега изображения, мм/с
Масса, кг
Энергопотребление, Вт
10-?42
4,9	5,2
28	28
Инфракрасная камера
Одной из задач, которые предстоит
решать на борту МКА «Аист-2Д» являет-
ся исследование возможности использо-
вания в ДЗЗ микроболометрических мат-
риц работающих в тепловом диапазоне.
Для проведения этих исследований и ис-
пытаний в натуральных условиях создана
инфракрасная камера КОЭ-ИКД на осно-
ве микроболометрического модуля раз-
работки ЗА НПП «ЭЛАР». Камера при-
звана обеспечивать получение информа-
ции о Земной поверхности в тепловом
ИК- диапазоне от 8 до 14 мкм при съёмке
в диапазоне высот от 350 до 700 км в
надире и при отклонениях МКА по крену
до ±30°. При этом пространственное раз-
решение составит 122 метра, а полоса за-
хвата 47 км. Камера имеет кадровую ор-
ганизацию. Формат кадра 384x288. Оцен-
ки с использованием результатов назем-
ных измерений показывают, что при
определенных методах обработки можно
ожидать получения температурное раз-
решение около 0,1 °К. Примеры изобра-
жений, полученных камерой КОЭ-ИКД в
наземных условиях, показаны на рис. 3.
Рис. 3. Примеры изображений полученных камерой КОЭ-ИКД в наземных условиях
43

Рис. 4. КОЭ-ИКД - инфракрасная оптико-электронная камера
КОЭ-ИКД (рис. 4) входит в состав
КОЭЦА. В камере тепловое изображение,
сформированное инфракрасным объекти-
вом, преобразуется в аналоговый сигнал.
Затем происходит аналого-цифровое пре-
образование (14 бит) и формирование
выходной структуры видеоинформации
для передачи в бортовое ЗУ. Все необхо-
димые для работы вторичные напряже-
ния питания формируются внутри самой
камеры. Управление режимами работы
КОЭ-ИКД осуществляется командами по
интерфейсу CAN. Кроме цифровой ви-
деоинформации на выход камеры переда-
ётся необходимая телеметрия. Основные
характеристики КОЭ-ИКД показаны в
табл. 3.
Одновременно с бортовой аппара-
турой разрабатываются алгоритмы
наземной обработки информации, кото-
рая будет поступать с КОЭ-ИКД. Пред-
полагается отработать методы повыше-
ния чувствительности цифрового накоп-
ления, коррекции неоднородности тепло-
вого изображения, калибровки, сшивки
протяженного изображения на основе
отдельных кадров и т.п.
Табл. 3 Характеристики КОЭ-ИКД
Параметр	Значение
Спектральный диапазон, мкм	8-14
Размер элемента, мкм	25
Размер кадра, пикселей	384x288
Проекция пикселя, м	122
Размер кадра, км	47,2 х 35,1
Температурное разрешение, NEAT, °К	0,1
Информационный поток, Мбит/с	45
Масса, кг	4,4
Энергопотребление, Вт	5,4
44

Бортовое запоминающее устрой-
ство
БЗУ-А - бортовое запоминающее
устройство предназначено для приёма,
записи, хранения и воспроизведения це-
левой видеоинформации, поступающей
от оптико-электронных преобразователей
ОЭП-АПХ, ОЭП-АМС, а также камеры
КОЭ-ИКД по оптоволоконным линиям
связи. Кроме того, БЗУ-А обеспечивает
те же самые функции и для научной, а
также специальной телеметрической ин-
формации, которая поступает в блок по
интерфейсному каналу CAN. Эти данные
передаются в виде пакетов и включают в
себя идентификаторы источника, метки
времени и другую необходимую служеб-
ную информацию.
Информация хранится в энергети-
чески независимой ФЛЭШ-памяти. Ем-
кость БЗУ-А на начало срока активного
существования 160 ГБ. На конец срока
прогнозируется около 140 ГБ. В процессе
испытаний подтверждена скорость запи-
си информации от 0,04 до 1,92 Гб/с., что
обеспечивает все сочетания работы аппа-
ратуры. Воспроизведение информации из
БЗУ в радиолинию осуществляется со
скоростью 150 Мбит/с. Данные переда-
ются в аппаратуру бортовой радиолинии
по линиям LVDC. Конструктивно БЗУ-А
выполнено в виде моноблока (рис. 5).
Масса блока 5,7 кг. Максимальная по-
требляемая мощность в процессе записи
16,2 Вт.
Управление процессами записи и
воспроизведения осуществляется процес-
сорной системой входящей в состав бло-
ка. Внешние команды управления режи-
мами работы принимаются по шине
CAN. Программное обеспечение БЗУ-А
организует и ведет файловую систему
для записываемой, хранимой и воспроиз-
водимой информации, осуществляет кон-
троль работы, формирует различную те-
леметрию.
Бортовая радиолиния
Результаты съёмок оптико-
электронной аппаратуры «Аврора» в
панхроматическом и мультиспектраль-
ных каналах (с ОЭП-АПХ и ОЭП-АМС),
камеры КОЭ-ИКД в тепловом ИК диапа-
зоне, а также данные от научной аппара-
туры, получаемые на борту
КА «Аист-2Д» передаются на наземную
приёмную станцию через бортовую ра-
диолинию передачи информации
(БА РЛЦИ). Радиолиния работает в X
диапазоне. В состав БА РЛЦИ входят два
радиопередающих устройства ПРД-3
(основное и резервное) разработки
ЗАО НПП «САЙТ» и антенно-фидерное
устройство.
Внешний вид ПРД-3 показан на
фото (рис. 6). В блоке передатчика
осуществляется прием данных от БЗУ-А,
помехоустойчивое	кодирование,
форматирование последовательного
выходного потока данных,
форматирование синфазного и
квадратурного каналов, цифровую
фильтрацию,	цифроаналоговое
преобразование, генерацию сигнала
несущей частоты, модуляцию несущей и
усиление ВЧ-сигнала.
45

J
Рис. 6. Фотография блока передатчика ПР Д-З
Основные характеристики блока радиопередатчика приведены в табл. 4.
Табл. 4 Основные характеристики ПР Д-З.
Параметр	Значение
Скорость передачи данных (полезная), Мбит/с	150
Количество несущих	1
Модуляция	QPSK
Помехоустойчивое кодирование	CCSDS 131.1-0-2 (LDPC 7/8)
Диапазон частот	X (8050-8400 МГц)
Полоса частот, до, МГц	85
Мощность передатчика, Вт	8
Потребляемая мощность, Вт	70
Интерфейс данных	Последовательный LVDS до 200 Мбит/с
Интерфейс управления/телеметрии	RS-422
Напряжение питания, В	23-31
Рабочий диапазон температур, °C	-20...+40
Антенно-фидерное	устройства	В табл.	5 приведены массо-
(АФУ) работает в X диапазоне. Антенна	габаритные	и	энергетические
ненаправленная. Зона обслуживания	характеристики	блоков, входящих в
±70°. Коэффициент усиления в зоне 0,45-7,2.	состав КОЭЦА.	
Табл. 5. Массо-габаритные и энергетические характеристики КОЭЦА.
Наименование блока	Масса, кг	Мощность, Вт	Габариты, мм (ДхШхВ)	Кол-во блоков
ОЭП-АПХ	4,92	28	360x206x60	1
ОЭП-АМС	5,18	28	360x208x60	1
ИП-ОЭП	2,3x2	11x2	233x110x49	2
46

КОЭ-ИКД	4,40	5,4	291x200x180	1
БЗУ	5,7	18	280x180x115	1
ПРДЗ	1,63 х 2	65	230x140x45	2
АФУ	1,53	-	2200300	1
Комплект жгутов	3,12	-		
Итого:	32,7	101,4 (Съёмка, за-		
пись)
Комплекс аппаратуры имеет
небольшую массу около 33 кг и
потребляет около 100 Вт максимально в
режиме записи. При таких параметрах он
обеспечивает прекрасные характеристики
по пространственному разрешению,
полосе захвата и информационной
производительности.	Разрешение
составляет 1,5 метра в панхроматическом
канале, 4,5 в мультиспектральном,
экспериментальная инфракрасная камера
имеет разрешение 122 метра в тепловом
диапазоне 8-14 мкм. Сравнение КОЭЦА с
аппаратурой, установленной на
некоторых зарубежных аппаратах
(табл. 1) показывает, что комплекс в
составе КА «Аист-2Д» превосходит
многие из них.
В составе КА демонстратора «Аист-
2Д» КОЭЦА обеспечивает гибкую работу
при съёмке отдельными инструментами,
получение данных научной аппаратуры, а
также различные их одновременные
сочетания.
В таблице 6 приведены несколько
режимов с возможными сочетаниями од-
новременной записи в БЗУ-А от различ-
ных источников информации при работе
КОЭЦА, а также научной аппаратуры
(НА) и телеметрической информации
(ТМ).
Табл. 6. Режимы записи от различных источников.
ОЭП_АПХ ОЭП-АМС
1.	▲
2.	▲
3.
4.
5.
6.	▲	▲
7.	▲
КОЭ-ИКД НА	ТМ
Кроме того, имеется возможность
осуществлять съёмку аппаратурой ОЭА
«Аврора» с одновременной передачей
информации ДЗЗ на наземный пункт
приёма. Предусмотрен такой режимы ра-
боты и при съёмке камерой КОЭ-ИКД.
Прием информации от КА «Аист-
2Д» будет осуществлять на ЦПОИ «Са-
мара», который дооснащается соответ-
ствующими рабочими местами и про-
граммным обеспечением. В качестве ре-
зервной приемной станции будет исполь-
зоваться наземная станция НС-Аист-2,
располагающаяся в Зеленограде в фили-
але АО «РКЦ «Прогресс» - НПП
«ОПТЭКС».
Для станции ЦПОИ «Самара» при-
ем на полной скорости возможен при уг-
ле места около 5 градусов. Для станции
«ОПТЭКС» прием на полной скорости
прием возможен при угле места от 12
градусов, на половинной скорости - от 5
градусов.
47

СОЕРЕ - COMPLEX OF OPTICAL-ELECTRONIC PAYLOAD EQUIPEMENT FOR
SMALL SATELLITE «AIST-2D»
©2015 A.I. Baklanov1), M.V. Klyushnikov1), A.P. Grinko1), LA. Malahov1),
V.V. Zhevako1), D.V. Khalus’), E.A. Radin1), A.N. Afonin1), A.S. Mastyugin1),
K.V. Nevostruev1), V.L. Alatortsev1), P.A. Kostenkov1), R.S. Dyuldin1), G.V. Buntov1),
P.N. Razzhivalov*), A.A. Tyurin1), A.V. Khvatov1), R.V. Matveev1), A.V. Logvin1),
D.N. Safronov2), A.A. Kuzmenko2)
*) - Dept JSC «SRC «Progress» - NPP «OPTECS», Moscow, Zelenograd;
2) - Research and Production Enterprise «SAIT» Ltd, Moscow, Zelenograd
The article describes Complex of Optical-Electronic Payload Equipment (СОЕРЕ) for the spacecraft
«Aist-2d». The equipment includes panchromatic, multispectral optical-electronic transformers, thermal infrared
camera, memory unit and high-speed radiotransmiter. The equipment gives opportunities for creating of high-
resolution images of Earth’s surface. The thermal infrared camera was created for testing of new technologies of
remote sensing. The main advantages of СОЕРЕ are small sizes and weight.
Keywords: Small-size satellite, optical-electronical devices, optical-electronic transformer, memory unit,
high-speed radiotransmiter, remote sensing, high-resolution image, infrared camera.
Информация об авторах:
Бакланов Александр Иванович, к.т.н., заместитель генерального директора
АО «РКЦ «Прогресс» - директор филиала - главный конструктор НПП «ОПТЭКС»,
124 460, Россия, г. Москва, Зеленоград а/я 45, т. 8 (499) 736-11-59, e-mail: optecs@mail.ru.
Область научных интересов: проектирование оптико-электронных приборов, датчи-
ков и систем для дистанционного зондирования и наблюдения Земли из космоса.
Baklanov, Alexander Ivanovich, PhD, deputy general director of corporation
JSC «SRC «Progress» - branch Director - chief designer of NPP "OPTECS", 124 460, Russia,
Moscow, Zelenograd box 45, t. 8 (499) 736-11-59, e-mail: optecs@mail.ru.
Research interests: design of opto-electronic devices, sensors and systems for remote sens-
ing and Earth observation from space.
48

УДК 621.454.2, 621.45.018.5
КОМПЛЕКСНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХ
ДВИГАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК КОСМИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
©2015 И.С. Партола
Федеральное государственное унитарное предприятие
«Государственный космический научно-производственный центр
имени М.В. Хруничева», г. Москва
Целями предлагаемой в статье технологии являются: обеспечение запусков современных космиче-
ских аппаратов, увеличение надёжности и безопасности ракет космического назначения и снижение стоимо-
сти наземных испытаний жидкостных ракетных двигательных установок. Комплексная технология включа-
ет универсальную схему декомпозиции двигательной установки, комплекс математических моделей для
моделирования систем и процессов в ЖРДУ, программно-аппаратный комплекс конструирования, сертифи-
кации и контроля параметров ЖРДУ и типовую программу наземных испытаний и настройки математиче-
ских моделей. Результатами внедрения комплексной технологии являются снижение массы ракеты космиче-
ского назначения, исключение из программы отработки некоторых стендовых изделий и повышение надёж-
ности ЖРДУ.
Ключевые слова: ракета-носитель, жидкостный ракетный двигатель, математическая модель, про-
граммно-аппаратный комплекс, наземная стендовая отработка, надёжность ракетной техники
Решение основных задач стратегии
развития космической деятельности Рос-
сийской Федерации определяет необхо-
димость решения ряда проблемных
вопросов при выполнении опытно-
конструкторских работ (ОКР) по созда-
нию ракет космического назначения
(РКН). Рост габаритно-массовых пара-
метров космических аппаратов (КА)
повышает требования к энергетическим
возможностям РКН. Высокая стоимость
полезных нагрузок требует систематиче-
ского повышения надежности средств
выведения космических аппаратов. Уве-
личение стоимости ОКР по созданию
РКН увеличивает цену ущерба от кон-
структорской ошибки.
Для решения указанных
проблемных вопросов в ГКНПЦ им.
М.В. Хруничева под руководством автора
статьи разработана комплексная техноло-
гия создания жидкостных двигательных
установок (ЖРДУ) космического назна-
чения. Основными элементами новой
технологии являются: схема декомпози-
ции ЖРДУ; структура комплекса матема-
тических моделей ЖРДУ; структура про-
граммно-аппаратного комплекса (ПАК)
проектирования, конструирования, сер-
тификации и контроля параметров
ЖРДУ; типовая программа расчётно-
экспериментальной отработки ЖРДУ;
методика определения режимов НСО,
настройки комплекса математических
моделей и прогнозирования параметров
ЖРДУ.
Конструктивное подобие схемных
решений современных ЖРДУ, разработка
схемы декомпозиции позволили автору в
ряде работ сформулировать единый ме-
тодический подход к созданию ЖРДУ
космического назначения.
Комплекс математических моделей
ЖРДУ состоит из четырёх составных
частей.
•	Базовая математическая мо-
дель, обеспечивающая прогноз парамет-
ров ЖРДУ при экспериментальной отра-
ботке и эксплуатации при номинальных
условиях;
•	Статистическая математическая
модель ЖРДУ, обеспечивающая иссле-
дование влияния на результаты прогно-
зирования функций состояния ЖРДУ
случайных разбросов условий эксплуата-
ции и параметров ЖРДУ в заданных диа-
пазонах, а также нештатных ситуаций;
•	Безразмерная математическая
модель ЖРДУ, обеспечивающая опреде-
ление критериев физического подобия
49

систем и процессов и соответствующих
режимов НСО ЖРДУ;
•	База данных, содержащая исход-
ные данные для проектирования и кон-
струирования ЖРДУ, результаты расчёт-
но-экспериментальной отработки ЖРДУ,
в том числе прогноз параметров летной
эксплуатации ЖРДУ.
Комплекс математических моделей
ЖРДУ позволяет выполнить прогноз
параметров ЖРДУ, задать виды и режи-
мы расчётно-экспериментальной отра-
ботки и определить функции состояния
двигательной установки в известных
условиях эксплуатации. Необходимая для
этого настройка математических моделей
ЖРДУ выполняется в процессе расчётно-
экспериментальной отработки ЖРДУ
квалифицированным пользователем
ПАК. Разработана структура программ-
но-аппаратного комплекса проектирова-
ния, конструирования, сертификации и
контроля параметров ЖРДУ.
Разработанная структура ПАК
имеет ряд принципиальных отличий от
традиционной. Построение ПАК осу-
ществляется на базе комплекса настраи-
ваемых математических моделей ЖРДУ с
учётом алгоритмов управления ЖРДУ.
ПАК обеспечивает прогноз функций
состояния ЖРДУ в заданном диапазоне
изменения условий эксплуатации и раз-
броса параметров ЖРДУ. Включение
базы данных в состав комплекса матема-
тических моделей обеспечивает автома-
тическое поддержание её актуального
состояния в результате настройки мате-
матических моделей ЖРДУ в процессе
НСО, ЛКИ и эксплуатации ЖРДУ. Нали-
чие статистической математической мо-
дели ЖРДУ позволяет выполнять опти-
мизацию ЖРДУ.
Основными положениями типовой
программы расчётно-экспериментальной
отработки ЖРДУ космического назначе-
ния являются:
а)	Определение видов и режимов
НСО выполняется с использованием без-
размерных критериев подобия стендово-
го изделия и натурной ЖРДУ. Рассмот-
рение стендовых изделий как физических
моделей ЖРДУ существенно снижает
погрешность прогноза параметров летной
ЖРДУ, которая обусловлена различием
условий НСО и летной эксплуатации.
б)	Цели испытаний стендовых
изделий дополняются настройкой ком-
плекса математических моделей ЖРДУ.
Таким образом, математическое модели-
рование оказывается частью НСО ЖРДУ,
а ПАК - стендовым изделием.
в)	Использование средств матема-
тического моделирования (ПАК) как
самостоятельных средств наземной стен-
довой отработки ЖРДУ требует допол-
нить традиционную методику НСО,
введя самостоятельные этапы прогнози-
рования результатов НСО и ЛКИ.
г)	Предварительные и приёмочные
испытания ЖРДУ проводятся с исполь-
зованием физически единой материаль-
ной части - объединённого изделия для
комплексных «холодных» и «огневых»
испытаний.
Использование ПАК позволяет
сократить объём испытаний, заменив
воспроизведение части эксплуатацион-
ных и гарантийных условий расчётами с
использованием методов математическо-
го моделирования.
Разработанная комплексная техно-
логия внедрена при создании семейства
ракет-носителей «Ангара», которое
создаётся на основе универсальных
ракетных модулей с кислородно-
керосиновыми двигателями. Основой
семейства «Ангара» является универ-
сальные ракетные модули нижних
(УРМ-1) и верхних ступеней (УРМ-2).
Применение комплексной техноло-
гии создания ЖРДУ обеспечило сокра-
щение запасов при конструировании
ЖРДУ УРМ-1 и УРМ-2. Использование
комплексной технологии при создании
ЖРДУ УРМ-1 и УРМ-2 обеспечило сни-
жение конструкторских запасов в общей
сложности на 1304 кг для 1-й ступени
РКН «Анагар-А5» (включает 4 УРМ-1),
326 кг для 2-й ступени (1 УРМ-1) и на
80 кг для УРМ-2 (3-я ступень).
Применение комплексной техноло-
гии создания ЖРДУ позволило суще-
ственно увеличить показатели надёжно-
сти ЖРДУ. При достаточном количестве
50

численных экспериментов (Ачгд;л>40)
нижняя доверительная граница предель-
ного уровня надежности ЖРДУ УРМ-1 и
УРМ-2 достигает величины PdiJ=0,95 при
доверительной вероятности у=0,9. Обес-
печена возможность допуска ЖРДУ к
эксплуатации даже при наличии единич-
ных отказов при испытаниях.
При создании универсального ра-
кетного модуля УРМ-2 обеспечено суще-
ственное сокращение объёма экспери-
ментальной отработки ЖРДУ.
Результаты внедрения комплексной
технологии создания ЖРДУ, математиче-
ского моделирования и прогноза функ-
ций состояния ЖРДУ РКП семейства
«Ангара» подтверждены наземной стен-
довой отработкой и лётными испытания-
ми. Успешно проведены огневые стендо-
вые испытания, пуск лёгкой ракеты-
носителя «Ангара-1.2» (первого пуска) по
баллистической траектории и пуск тяжё-
лой ракеты-носителя «Ангара-А5» с вы-
ведением имитатора полезной нагрузки
на геостационарную орбиту.
Библиогафический список:
1.	Беляев, Е.Н. Математическое мо-
делирование ЖРД [Текст] / Е.Н. Беляев,
В.В. Черваков. - М.: МАИ-Принт, 2009. -
279 с.
2.	Advanced Propulsion Systems and
Technologies, Today to 2020 [Text] / Edited
by C. Bruno and A.G. Accettura. - Ameri-
can Institute of Aeronautics and Astro-
nautics, Inc. Alexander Bell Drive, Reston,
Virginia 20191-4344, 2010. - 489 p.
3.	Партола, И.С. Комплекс матема-
тических моделей двигательной установ-
ки летательного аппарата космического
назначения [Текст] / И.С. Партола И Об-
щероссийский научно-технический жур-
нал «Полёт». - 2011. - спец, выпуск, по-
свящённый КБ «Салют». - С. 126-131.
4.	Гордеев, В.А. Расчётно-
экспериментальная отработка двигатель-
ной установки третьей ступени ракеты
космического назначения «Ангара»
[Текст] / В.А. Гордеев, И.С. Партола,
В.П. Фирсов // - Вестник Московского
авиационного института. - 2011. - т. 18,
№3.-С. 128-134.
5.	Партола И.С., Алгоритм проек-
тирования двигательных установок ракет
космического назначения [Текст] /
И.С. Партола И Научно-технический
журнал «Космонавтика и ракетострое-
ние». - 2012. - № 1(66). - С. 142-148.
References:
1.	Belyaev, Ye.N. Mathematic simula-
tion of LPE [Text] / Ye.N. Belyaev,
V.V. Chervakov. - Moscow: MAI-Print,
2009. - 279 p.
2.	Advanced Propulsion Systems and
Technologies, Today to 2020 [Text] / Edited
by C. Bruno and A.G. Accettura. - Ameri-
can Institute of Aeronautics and Astro-
nautics, Inc. Alexander Bell Drive, Reston,
Virginia 20191-4344, 2010. - 489 p.
3.	Partola, I.S. Complex of mathe-
matic models for spacecraft power plant
[Text] / I.S. Partola // All Russia scientific
and technical magazine “Polet”. - 2011. -
special issue for Design Bureau “Salut”. -
p. 126-131.
4.	Gordeev, V.A. Calculate & exper-
imental testing of power plant for the third
stage of space launcher “Angara” [Text] I
V.A. Gordeev, / I.S. Partola, W.P. Firsov // -
Moscow aviation institute messenger -
2011.-V.18, №3. -p. 128-134.
5.	Partola, I.S. Designing algorithm
for space launchers power plants [Text] /
I.S. Partola // Scientific and technical maga-
zine “Cosmonautics and Rocket Engineer-
ing”. - 2012. - № 1(66). - p. 142-148.
51

COMPLEX TECHNOLOGY FOR DESIGN OF SPACE LIQUID ROCKET
POWER PLANTS
©2015 Igor S. Partola
Federal Unitary Enterprise "Khrunichev State Space Research and Production Centre"
Abstract: The purposes of technology under discussing are to provide launch of modern spacecraft, to in-
crease space launcher reliability and safety and to decrease power plants ground tests cost. Complex technology
include universal scheme of power plant, joined set of mathematic models for simulating of power plant parts and
processes, special hard & soft unit for design, certification and checking of power plant and universal program for
ground tests and mathematic models set tuning. The complex technology use results are decreasing of launcher
mass, departure of some ground test units necessary and increase of power plant reliability.
Key words: space launcher, liquid rocket engine, simulation model, hard & soft unit, ground tests, space
launcher reliability.
Информация об авторах:
Партола Игорь Станиславович - доктор технических наук, заместитель генераль-
ного конструктора Конструкторское бюро "Салют" ФГУП "Государственный космиче-
ский научно-производственный центр имени М.В. Хруничева, 121087 Москва, ул. Новоза-
водская, д. 18, 8-(499)-749-9682; 8-985-997-1722, salut@khrunichev.com.
Область научных интересов: жидкостные ракетные двигательные установки - кон-
структивно-схемные решения, алгоритмы управления, экспериментальная отработка.
Igor Stanislavovich Partola - Doctor of technical sciences, Hasn't science degree, Deputy
of chief designer Federal Unitary Enterprise "Khrunichev State Space Research and Production
Centre", Design bureau "Salut", 18, Novozavodskaya st., Moscow, Russian federation, 121087,
+7-(499)-749-9682; +7-985-997-1722, salut@khrunichev.com.
Area of research Liquid rocket engine power plants - scheme, design, control algorithms,
experimental testing.
52

УДК 629.78.036.7 (075.8)
ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ ВОЛОКОННЫЕ ЛАЗЕРЫ С СОЛНЕЧНОЙ НАКАЧКОЙ
ДЛЯ КОСМИЧЕСКОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
©2015 В.М. Мельников, Е.П. Морозов, Б.Н. Харлов
Федеральное государственное унитарное предприятие
«Центральный научно-исследовательский институт машиностроения», г. Королев
В статье обосновывается возможность создания нового направления космических энергетических си-
стем беспроводной передачи энергии на базе центробежных волоконных лазеров с солнечной накачкой,
которые значительно эффективнее разрабатываемых в Японии и США каркасных аналогов с СВЧ способом
передачи энергии, и могут сделать Россию лидером рынка «космического электричества» как альтернативы
обесцениванию или исчерпанию традиционных энергоресурсов. Уникальные возможности лазерных систем
беспроводной передачи энергии открывают новые возможности решения широкого круга задач космиче-
ской техники.
Ключевые слова: беспроводная передача энергии, центробежные бескаркасные крупногабаритные
космические конструкции, волоконные лазеры, солнечная накачка, рынок «космического электричества»
Научно-технический прогресс
последних лет в нанотехнологиях и фи-
зике твёрдого тела привёл к возможности
беспроводной передачи огромных пото-
ков энергии на большие расстояния, что
позволяет с новых позиций рассматри-
вать широкий круг информационно-
энергетических задач космической тех-
ники социально-экономического и обо-
ронного характера. Помимо альтернати-
вы тепловым, атомным и гидроэлектро-
станциям в плане энергоснабжения тра-
диционных объектов, появляются новые
возможности: обеспечение круглогодич-
ного энергоснабжения удалённых и
труднодоступных районов при отсут-
ствии необходимой кабельной сети
(районы Крайнего Севера России, Кана-
ды, Гренландии, Арктики и Антарктиды,
горные районы, пустыни, места стихий-
ных бедствий и катастроф); решение
проблемы пиковых нагрузок, зарубежные
поставки, новые возможности в решении
оборонных задач и проблемы астероид-
ной опасности, энергоснабжения других
космических аппаратов и космических
тел (Луна, Марс и др.)
Наиболее энергоёмкими космиче-
скими объектами к 2050г. в космонавтике
могут стать космические солнечные
электростанции (КСЭС) на мощность
1-10 ГВт, транслирующие электроэнер-
гию на Землю. Направление создания
КСЭС может определять темп развития
космической техники, способствовать
решению социальных и политических
задач, а также обеспечивать энергетиче-
скую, экологическую и оборонную без-
опасность страны.
За рубежом разработка КСЭС про-
водится с целью создания рынка «косми-
ческого электричества», который может
привести к обесцениванию природных
энергетических ресурсов России (нефти,
газа, угля, урана и проч.) и потери Росси-
ей энергетической безопасности и угрозе
её обороноспособности в случае, если не
будут проведены разработки, направлен-
ные на сохранение паритета.
В США такие крупнейшие корпо-
рации и научные центры, как «Локхид-
Мартин», «Боинг», JPL, «Центр Маршал-
ла», «Центр Гленна», а также ряд универ-
ситетов, планируют создать КСЭС гига-
ваттного уровня к 2016 г. для начала
создания рынка «космического электри-
чества». Китай намерен участвовать в
этом рынке. Пентагон, как наибольший
потребитель электроэнергии в США,
активно рассматривает широкие возмож-
ности использования КСЭС в интересах
министерства обороны США.
Группа из 16 японских корпораций
во главе с Mitsubishi Corporation плани-
рует построить КСЭС гигаваттного
уровня к 2025 г. в рамках проекта
Solarbird. Общая стоимость КСЭС
оценивается в 24 миллиарда долларов.
53

Предполагается, что стоимость выраба-
тываемого «космического электричества»
будет в 6 раз дешевле, чем на японских
наземных электростанциях.
Первые участники такого рынка, в
перспективе значительного подорожания
традиционного электричества, будут
иметь максимальную прибыль, а тради-
ционные энергоносители (нефть, газ,
уголь, уран и др.) начнут обесцениваться.
Разработки в США и Японии бази-
руются на СВЧ концепции КСЭС и круп-
ногабаритных каркасных конструкциях
(до 5 км). Однако в последние годы на
базе бурного развития нанотехнологий в
мире резко возрос интерес к лазерным
КСЭС в связи с успехами в разработке
инфракрасных полупроводниковых лазе-
ров (длина волны порядка 1 микрона) и
особенно волоконных лазеров: КПД пре-
образования электроэнергии в инфра-
красный лазерный сигнал в полупровод-
никовых лазерах доходит до 80%; значи-
тельно меньшая расходимость (10‘6 рад)
лазерного луча по сравнению с СВЧ -
сигналом (с геостационарной орбиты на
Землю лазер даёт пятно 36м, СВЧ - 15-20
км); реальные достижения в миниатюри-
зации элементной базы (по световоду
диаметром 250 микрон передаётся свето-
вая мощность 50 кВт); Российские про-
изводители в волоконной технике сейчас
занимают ведущие позиции в мире (85%
мирового производства волоконных
лазеров, ИРЭ «Полюс», г.Фрязино, при-
надлежащее В.П. Гапонцеву, создавшему
ещё 11 аналогичных фирм по всему
миру). РКК «Энергия» имеет уникальный
опыт создания центробежных бескаркас-
ных конструкций, как базы КСЭС, име-
ющих ряд существенных преимуществ
перед каркасными аналогами. Ещё в
1993г. проведён космический экспери-
мент «Знамя 2» по раскрытию и переори-
ентации вращающегося тонкоплёночного
полотна диаметром 20м и массой 4 кг.
Приём лазерной энергии на Земле можно
осуществить солнечными батареями, в
том числе концентраторными, имеющи-
ми КПД на 10-15% больше в лазерном
диапазоне, чем в солнечном.
Наиболее эффективной базой вновь
создаваемых лазерных систем КСЭС
могут стать волоконные лазеры с солнеч-
ной накачкой. Существенным россий-
ским приоритетом, предлагаемым
Международным лазерным Центром
МГУ в кооперации с ведущими институ-
тами РАН, который может кардинальным
образом упростить и удешевить КСЭС и
в целом революционным образом повли-
ять на технологию беспроводной переда-
чи энергии в космосе, являются предло-
жения по повышению эффективности во-
локонных лазеров с солнечной накачкой.
За счёт специально подбираемых легиро-
вания волокна и вновь предложенного
для этой задачи флюоресцирующего
покрытия, поглощающего до 95% сол-
нечного спектра, планируется осуще-
ствить эффективную солнечную накачку
волоконного лазера. Волоконные лазеры
целесообразно формировать в космиче-
ском пространстве центробежными
силами, что значительно эффективнее
американских и японских аналогов, бази-
рующихся на многокилометровых
каркасных конструкциях солнечных
батарей и концентраторов, а также СВЧ
концепции. Во вновь предлагаемой кон-
цепции отпадает необходимость в сол-
нечных батареях, производство которых
в России практически отсутствует, а
также жёстком каркасе, составляющем
значительную часть стоимости КСЭС. В
РКК «Энергия» проработана в 1994г.
конструкция агрегата раскрытия центро-
бежной тросовой системы диаметром
300м, которая может служить прототи-
пом системы раскрытия центробежных
волоконных лазеров. ИРЭ «Полюс»
(г. Фрязино) имеет значительный опыт по
разработке и внедрению волоконных
лазеров и мог бы возглавить это направ-
ление. Необходимо интенсифицировать
исследования по повышению эффектив-
ности волоконных лазеров с солнечной
накачкой и наладить их промышленное
производство.
Уникальные возможности лазерных
систем беспроводной передачи энергии
открывают новые возможности решения
широкого круга информационно-
54

энергетических задач космической тех-
ники социально-экономического и обо-
ронного характера. Для России открыва-
ется возможность путем создания КСЭС
с лазерным каналом передачи энергии от
центробежных волоконных лазеров с
солнечной накачкой занять лидирующее
место в мировом процессе разработки
промышленных КСЭС, как альтернативы
обесцениванию или исчерпанию тради-
ционных энергоресурсов.
Библиографический список:
1.	Грибков А.С., Евдокимов Р.А.,
Легостаев В.П., Синявский В.В., Соколов
Б.А., Тугаенко В.Ю., Черток Б.Е. «Бес-
проводная передача энергии от космиче-
ских энергетических систем»// Актуаль-
ные проблемы российской космонавтики.
Труды XXXV академических чтений
по космонавтике. Москва, 25-28 янва-
ря 2011г., с. 119-120.
2.	Johnson W.N., Akins К.,
Armstrong J. at al. Space-based Solar Pow-
er: Possible Defense Applications and Op-
portunities for NRL./ NRL/FR/
7650-09-10,179, 101 p.
3.	Space-Based Solar Power As an
Opportunity for Strategic Security. Phase of
Architecture Feasibility Study.// Report to
the Director. National Security Space
Office. 10 October 2007.
4.	Райкунов Г.Г., Верлан A.A.,
Мельников B.M., Пичхадзе К.М., Сысоев
В.К., Харлов Б.Н. Преимущества косми-
ческих солнечных электростанций с ла-
зерным каналом передачи энергии. Ж.
«Известия РАН» Энергетика №5,2012
с.38-47.
5.	Райкунов Г.Г., Комков В.А.,
Мельников В.М., Харлов Б.Н. Центро-
бежные бескаркасные крупногабаритные
космические	конструкции.-
М.:ФИЗМАТЛИТ, 2009. 447с.
6.	Сысоев В.К., Пичхадзе К.М.,
Грешилов П.А., Верлан А.А. Солнечные
космические электростанции: пути реа-
лизации. - МАИ-ПРИНТ, 2013. 160с.
7.	Solar pumping of solid state laser
for space mission: a novel approach /
nadia.boetti@polito.it.
8.	Мельников B.M., Бруевич В.В.,
Паращук Д.Ю., Харлов Б.Н Волоконные
лазеры с солнечной накачкой, формируе-
мые центробежные силами, как новое
направление в создании космических ин-
формационно-энергетических систем.
«Космонавтика и ракетостроение» №6,
2014.С.104-112.
9.	Сысоев В.К., Пичхадзе К.М.,
Арапов Е.А., Верлан А.А. «Новые ре-
шения в космической гелиоэнергетике
приближают теорию к практи-
ке».//Альтернативный киловатт. №2 (8)
2011.С.30- 35.
10.	Моргунов Ю.А., Панов Д.В.,
Саушкин Б.П., Саушкин С.Б.. Наукоём-
кие технологии машиностроительного
производства. Москва. «Форум», 2013,
925 с.
И. Сигов А.С., Матюхин В.Ф. Ла-
зерные системы для беспроводной пере-
дачи энергии. //Альтернативный кило-
ватт, 2012. №6. С.21-27.
Referenses:
1.	Gribkov A. S., Evdokimov R.A.,
Legostaev V. Р., Sinyavsky V. V., Sokolov
В. A., Cogenco Y. V., Chertok В. E. "Wire-
less power transmission of space energy sys-
tems"// Actual problems of Russian cosmo-
nautics. Works XXXV academic readings
on cosmonautics. Moscow, 25-28 January
2011., pp. 119-120.
2.	Johnson W.N., Akins K.,
Armstrong J. at al. Space-based Solar Pow-
er: Possible Defense Applications and Op-
portunities for NRL./ NRL/FR/
7650-09-10,179, 101 p.
3.	Space-Based Solar Power As an
Opportunity for Strategic Security. Phase
Feasibility Study of Architecture.// Report to
the Director. National Security Space
Office. 10 October 2007.
4.	Raykunov G.G., Verlan A.A.,
Melnikov V.M., Pichkhadze К. M., Sysoev
V. K., Kharlov B. N.. The advantages of
space-based solar power laser transmission
channel of energy. The journal "Izvestiya
RAN" Energy No. 5,2012 pp. 38-47.
5.	Raykunov G. G., Komkov V. A.,
Melnikov V. M., Harlov B. N. Centrifugal
frameless large space structures.
FIZMATLIT, Moscow, 2009. 447p.
55

6.	Sysoev V. К., Pichkhadze К. M.,
Greshilov Р. A., Verlan A.A. Space solar
power: the way of the implementation.
MAI-PRINT, 2013. 160p.
7.	Solar pumping of solid state laser
for space mission: a novel approach /
nadia.boetti @polito.it.
8.	Melnikov V.M., Bruevich V.V.,
Paraschuk D.Y., Kharlov B.N. Fiber lasers
with solar pumping which is formed by cen-
trifugal forces, as a new direction in devel-
opment of space information and energy
systems. "Cosmonautics and rocket engi-
neering" №6, pp. 104-112.
9.	Sysoev V.K., Pichkhadze K.M.,
Arapov E.A., Verlan A.A. "Innovative solu-
tions in space solar energy bring theory to
practice".//Alternative kilowatts. No. 2 (8)
2011.pp..30 - 35.
10.	Morgunov Yu.A, Panov D.V.,
Saushkin B.P., Saushkin S.B. Science tech-
nologies engineering production. Moscow.
"Forum", 2013,925 p.
11.	Sigov A. S., Matyukhin V. F.
Laser system for wireless transmission of
energy. //Alternative kilowatts, 2012. No. 6.
pp. 21-27.
CENTRIFUGAL FIBER LASERS WITH SOLAR PUMPING FOR SPACE POWER
©2015 V.M. Melnikov, E.P. Morozov, B.N. Harlov
The Central Research Institute of Machine Building, Korolev, Moscow region
The article proves the possibility of creating a new space power systems wireless power transmission based
on centrifugal fiber lasers with solar pumping, which are much better developed in Japan and the USA frame ana-
logs with the micro wave method of energy transfer, and can make Russia the leader of the "cosmic electricity" mar-
ket as an alternative to depreciation or depletion of conventional energy resources. The unique capabilities of laser
systems for wireless transmission of energy open new possibilities for solving a wide range of applications of space
technology.
Keywords: wireless power transmission , centrifugal frameless large space structures, fiber laser, solar
pumping,
"cosmic electricity" market
Информация об авторах:
Мельников Виталий Михайлович, главный научный сотрудник ЦНИИмаш, д.т.н.,
профессор, действительный член Российской Академии Космонавтики
им. К.Э. Циолковского и Международной Академии Информатизации. Тел.8 (916) 625-37-
81, 8(495) 513-47-36, E-mail: melnikov45 @tsniimash.ru.
Морозов Евгений Павлович, начальник отдела ЦНИИмаш .Тел.8(495)513-44-40.
Харлов Борис Николаевич, ведущий научный сотрудник ЦНИИмаш, к.т.н., тел.
8(916) 074-87-73. E-mail: bh0748773@yandex.ru.
Melnikov Vitaly Mikhailovich, chief scientific officer of the TsNIIMash , doctor of tech-
nical sciences, professor, full member of Russian Academy of Cosmonautics К. E. Tsiolkovsky
and the International Academy of Informatization. Tel. 8 (916) 625-37-81, 8(495) 513-47-36,
E-mail: melnikov45 @ tsniimash.ru.
Morozov Evgeny Pavlovich, head of department of the TsNIIMash .Tel.8(495)513-44-40.
Harlov Boris Nikolaevich, leading researcher of the TsNIIMash , Ph. D., Phone: 8(916)
074-87-73. E-mail: bh0748773@yandex.ru.
56

УДК 629.767.78
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕ-
ДОВАНИЙ ПО ГЛАВНОМУ НАПРАВЛЕНИЮ НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ
ДЕЯТЕЛЬНОСТИ СГАУ «КОСМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ»
©2015 А.Н. Кирилин2, Н.Р. Стратилатов2, Е.В. Шахматов ’, В.В. Салмин1, С.И. Ткаченко1,
В.И. Куренков’,О.Л. Старинова1, И.С. Ткаченко1, В.В. Волоцуев1,
К.В. Петрухина1, С.Л. Сафронов1
'Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика
С.П. Королёва (Национальный исследовательский университет), г. Самара
2АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
В работе приведены основные результаты и перспективы развития научных исследований по главно-
му направлению научно-образовательной деятельности СГАУ «Космическое машиностроение».
Ключевые слова: ракетно-космическая техника, малые космические аппараты, научно-
исследовательская деятельность, перспективы развития
Стратегия развития направления
«Космическое машиностроение» опреде-
ляется Приоритетными направлениями
развития науки, технологий и техники в
Российской Федерации по разделу
«Транспортные и космические системы»,
Перечнем критических технологий РФ
«Технологии создания ракетно-
космической и транспортной техники
нового поколения», Программой повы-
шения конкурентоспособности СГАУ на
2013-2020 гг.
Практическая деятельность осу-
ществляется в рамках стратегических
инициатив «Дорожной карты» СГАУ:
СИ 1. Диверсификация и повыше-
ние международной конкурентоспособ-
ности научно-исследовательской дея-
тельности.
СИ 2. Достижение международной
конкуренции СГАУ в области образова-
тельных продуктов.
СИ 3. Усиление и развитие кадро-
вого потенциала СГАУ.
Структурные подразделения, реали-
зующие задачи направления:
-	кафедра космического машино-
строения;
-	научно-исследовательский инсти-
тут (НИИ) космического машинострое-
ния;
-	НИИ системного проектирования;
-	научно-образовательный центр
(НОЦ) «Проектирование малых космиче-
ских аппаратов»;
-	НОЦ СГАУ-СамГТУ «Информа-
ционные космические системы»;
молодежный научно-
инновационный центр.
Кадровый состав направления
представлен	профессорско-
преподавательским составом СГАУ и
других ВУЗ-ов, специалистами АО «РКЦ
«Прогресс», РАН, в который входит один
член корреспондент РАН, 15 докторов
технических и физико-математических
наук (в т.ч. сотрудников РАН, сотрудни-
ков СамГТУ, ПГУТИ, МАИ-НИИ ПМЭ,
МГУ), 22 кандидата технических наук, 21
молодых научных сотрудников и аспи-
рантов (до 35 лет), в том числе 8 молодых
кандидатов наук, 4 ученых зарубежных
университетов.
В рамках направления проводятся
научно-исследовательские работы поис-
кового и прикладного уровня:
•	разработка методов обеспечения
эффективности и надежности перспек-
тивных ракет-носителей сверхтяжелого
класса для осуществления пилотируемых
полетов к Марсу (масса полезной нагруз-
ки (ПН) на орбите Нкр - 125-150 т, масса
марсианского пилотируемого экспедици-
онного комплекса 350-400 т);
•	проектирование нового поколения
многоразовых космических буксиров с
57

электроракетными двигателями, солнеч-
ной или ядерной энергоустановкой для
доставки полезных грузов на геостацио-
нарную орбиту (ГСО), полетов к Луне и
Марсу (рис. 1);
Рис. 1 Иллюстрация проектного облика многоразового космического буксира
для доставки полезных грузов к Марсу
•	разработка	проблемно-
ориентированных компьютерных техно-
логий синтеза проектного облика КА ДЗЗ
с оптико-электронной и радиолокацион-
ной аппаратурой;
•	разработка технологии транспор-
тировки, развертывания и управления
космических информационных систем
нового поколения, основанных на разво-
рачиваемых в космосе дифракционных
мембранных оптических элементах
(рис. 2);
Рис. 2 Иллюстрация информационной системы нового поколения, основанной на разворачиваемых в космо-
се дифракционных мембранных оптических элементах
•	создание высокотехнологичного
производства маломассогабаритных КА
наблюдения с гиперспектральной аппара-
турой.
Результаты исследований, прово-
димых с высокотехнологичными рос-
сийскими и международными научно-
производственными организациями
•	В 2013 году Берлинский техниче-
ский университет (БТУ) стал одним из
соисполнителей СГАУ в выполнении
совместного с АО «РКЦ «Прогресс»
комплексного проекта «Создание высо-
котехнологичного производства мало-
массогабаритных космических аппаратов
наблюдения с использованием гипер-
спектральной аппаратуры в интересах
социально-экономического развития
России и международного сотрудниче-
ства». В 2014-2015 году БТУ выполнял
составную часть проекта «Разработка
проекта оснащения производственно-
испытательного комплекса малых косми-
ческих аппаратов с гиперспектральной
аппаратурой». Целью выполнения работ
являлась разработка проекта оснащения
58

производственно-испытательного ком-
плекса (ПИК) малых космических аппа-
ратов с гиперспектральной аппаратурой
производственно-испытательным обору-
дованием, программным обеспечением и
другими техническими системами, необ-
ходимых для обеспечения разработки,
изготовления, сборки и испытаний мало-
массогабаритных КА массой до 500 кг,
а также разработка инструкций по экс-
плуатации рабочих мест с указанием ква-
лификационных требований к персоналу
ПИК. Проект включал два основных
блока:
1. Разработка проекта оснащения
ПИК системами тестирования электрон-
ных компонентов радиолинии, электро-
магнитной совместимости бортовой
аппаратуры, коммутации и сборки несу-
щих и навесных элементов МКА.
2. Разработка инструкций по
эксплуатации рабочих мест на техноло-
гической линии и квалификационных
требований к инженерно-техническому
составу ПИК.
В 2014 г. закончена реконструкция
высотной зоны корпуса ЭИК-3 (рис.З).
Сформирован ПИК МКА. На площадях
ПИК установлено и функционирует сле-
дующее оборудование: координатно-
измерительная машина ZEISS MMZ G
20/30/20; серво-гидравлическая испыта-
тельная машина SHIMADZU
EHF-EV100kN; вибрационная испыта-
тельная система Data Physics,
LE-2016/DSA10-200K; камера чистого
помещения (класс чистоты 8,5 ИСО по
ГОСТ ИСО 14644-1-2002); контрольно-
проверочная аппаратура системы элек-
тропитания малого космического аппара-
та (рис.4).
Рис. 3 Вид высотной зоны корпуса ЭИК-3 после реконструкции
Рис. 4 Оборудование ПИК
В 2015 году проведена НИР по раз-
работке методики использования испы-
тательного оборудования ПИК в целях
экспериментальной отработки МКА на
этапах статических, динамических,
термовакуумных испытаний. Целью
данной работы явилось повышение
эффективности использования установ-
59

ленного в ПИК высокотехнологичного
испытательного оборудования при про-
ведении экспериментальной отработки
МКА. Научные и экспериментальные
исследования в данной области актуаль-
ны и востребованы не только в России,
но и за рубежом, и имеют хорошие пер-
спективы для поиска финансирования в
форме грантов в рамках крупных меж-
дународных проектов (в том числе
HORIZON 2020), а также дают хорошую
основу для совместных публикаций в
данной области в ведущих зарубежных
высокорейтинговых журналах.
Испытания изделий ракетно-
космической техники являются важным
этапом создания, направленным на под-
тверждение требований технического
задания, а также заложенных принципов
проектирования и конструирования. По-
этому создание методики использования
высокотехнологичного испытательного
оборудования	производственно-
испытательного комплекса для экспери-
ментальной отработки малых космиче-
ских аппаратов (МКА) является акту-
альной научно-производственной зада-
чей.
•	На кафедре космического маши-
ностроения с 2010 года организован
процесс обучения иностранных студен-
тов из Харбинского политехнического
университета (КНР) по направлению
подготовки бакалавров 160400.62
«Ракетные комплексы и космонавтика».
В рамках выполнения мероприятий по
повышению конкурентоспособности
СГАУ был сформирован международ-
ный (российско-китайский) молодежный
научный коллектив, включивший в свой
состав молодых ученых, аспирантов, ма-
гистрантов и студентов для выполнения
научно-технической работы по теме
«Разработка космических платформ для
проведения длительных научных, техно-
логических и биологических экспери-
ментов с участием молодежного
интернационального	коллектива
(Россия, КНР)».
В ходе проводимой НИР выполне-
на оптимизация схемы функционирова-
ния орбитальной группировки системы
наблюдения за потенциально опасными
космическими объектами и получены
эффективные схемы функционирования
орбитальной группировки системы
наблюдения за потенциально опасными
космическими объектами. Работы
проводились при участии приглашенно-
го	высококвалифицированного
иностранного специалиста, доцента
кафедры аэрокосмических технологий
Харбинского политехнического универ-
ситета (ХПУ) и двух перспективных
молодых иностранных учащихся - бака-
лавров, обучающихся по программе
двойных дипломов СГАУ-ХПУ.
•	Совместная российско-китайская
лаборатория «Космические тросовые си-
стемы» была создана на основании при-
каза «О создании совместной Российско-
Китайской лаборатории «Космические
тросовые системы»» от 12.02.2015г.
№ 49-0.
Цель совместной российско-
китайской лаборатории «Космические
тросовые системы» - развитие сотрудни-
чества между СГАУ и Северо-западным
политехническим	университетом
(СЗПУ), развитие научных исследова-
ний, подготовка и переподготовка кад-
ров в области космических тросовых си-
стем.
•	Международный проект QB50
нацелен на изучение нижней термосфе-
ры (90-320 км) с использованием груп-
пировки наноспутников стандарта
CubeSat 2U-3U, имеющих идентичное
измерительное оборудование.
В рамках проекта QB50 будут
запущены сразу 50 наноспутников стан-
дарта CubeSat, спроектированные, раз-
работанные и изготовленные различны-
ми университетами и компаниями.
После объявления конкурса на участие в
проекте было подано 82 заявки. На
данный момент в проекте участвуют
26 стран. От России единственный
проект наноспутника СГАУ был отобран
для участия в проекте.
Коллектив СГАУ разрабатывает
оригинальный наноспутник формата
CubeSat 2U с интегрированной научной
полезной нагрузкой FIPEX, блоком
60

обеспечивающих систем и трансформи-
руемой системой аэродинамической
стабилизации наноспутника.
•	Проводятся прикладные научные
исследования и экспериментальные раз-
работки, направленные на решение ком-
плексной научно-технологической про-
блемы создания транспортной системы
довыведения для КА связи и телекомму-
никаций на базе платформ нового поко-
ления с электроракетной двигательной
установкой (ЭРДУ) (совместно с
НИИ ПМЭ МАИ, ОАО «ИСС имени
академика М. Ф. Решетнева).
•	Развитие высшего учебного заве-
дения требует проведения новых иссле-
дований, совершенствования научно-
образовательного процесса, расширения
экспериментально-технической базы.
Создание на базе СГАУ центра превос-
ходства в области эксплуатации косми-
ческих транспортных и мониторинговых
систем - Центра приема и обработки
информации (ЦПОИ) от группировок
MICA (рис. 5) научного назначения дает
значительные преимущества в деле под-
готовки высококвалифицированных кад-
ров, способных эксплуатировать слож-
ные космические системы.
Рис. 5 Центр приема и обработки информации СГАУ
В основе ЦПОИ заложена давно
зарекомендовавший себя комплекс по
обслуживанию и управлению с Земли
малыми космическими аппаратами ДО-
КА (дистанционное обслуживание кос-
мических аппаратов), разработки
НИЛАКТ ДОСААФ, поддерживающий
связь со спутниками в радиолюбитель-
ских УКВ диапазонах длин волн.
В отличие от существующих на
базе других ВУЗов центров, аналогич-
ных созданному, ЦПОИ в СГАУ облада-
ет следующими свойствами:
-	комплекс позволяет проводить
сеансы связи со спутниками серии
«АИСТ», входящими в единственную в
России действующую орбитальную
группировку студенческих МКА
«АИСТ»;
-	комплекс позволяет получать и
обрабатывать научную информацию с
нескольких аппаратов серии «АИСТ»,
функционирующих на разных околозем-
ных орбитах (рис. 6), и формировать на
ее основе уникальные модели космиче-
ской среды, проводить важные исследо-
вания:
а)	построение ЗП-моделей магнит-
ного поля Земли на орбитах до 600 км;
б)	построение пространственных
карты микрометеоритной обстановки на
низких околоземных орбитах;
в)	изучение явление Бразильской
магнитной аномалии и его влияние на
космические аппараты;
г)	реализация навигационно-
баллистического сопровождения полета
группировки МКА;
д)	исследование влияния космиче-
ской радиации на процессы деградации
элементов солнечных батарей на основе
GaAs;
е)	исследование процессов ориен-
тации и стабилизации МКА с помощью
магнитометров;
61

-	за счет информационной интегра-
ции с аналогичным действующим ком-
плексом ЦПОИ «САМАРА» в АО «РКЦ
«Прогресс» возможно одновременно
проводить операции управления трех
спутников, осуществляя обработку и
оценку результатов их функционирова-
ния более эффективно.
Рис. 6 Группировка малых КА «АИСТ»
Работа центра позволит осуществ-
лять ежегодный прием на стажировки и
обучение 10-15 человек иностранных
магистрантов и студентов (КНР, Индия,
Германия, Франция), ежегодно пред-
ставлять доклады на международных
конференция, публиковаться в междуна-
родных цитируемых журналах.
Наиболее значимые научные
достижения в 2014-2015г.г.
-	в 2014 г. сдан в печать учебник
«Основы проектирования ракет-
носителей» (2-е издание) для студентов,
обучающихся по специальности
«Проектирование, производство и
эксплуатация ракет и ракетно-
космических комплексов». Авторы:
Кирилин А.Н., Ахметов Р.Н.,
Куренков В.И.
-	в 2014 г. научная школа «Опти-
мизация космических перелетов с малой
тягой: механика полета, управление
движением, проектирование КА с ЭР-
ДУ» (руководитель Салмин В.В.) стала
победителем конкурса на право получе-
ния гранта Президента Российской Фе-
дерации по государственной поддержке
ведущих научных школ.
-	в 2015 г. в издательстве Европей-
ской Академии Естественных Наук
(Германия) опубликована монография
«Solution methods for variational problems
of low thrust space flight mechanics» авто-
ров: Салмина B.B., Ишкова C.A.,
Стариновой О.Л.
-	в 2014 г. исследования, проводи-
мые в рамках направления «Космиче-
ское машиностроение», получили под-
держку Российского фонда фундамен-
тальных исследований (2 гранта) и Рос-
сийского научного фонда (2 проекта).
-	за 2014 - 2015 г.г. - повышение
публикационной активности. За указан-
ный период опубликовано 50 статей,
представленных в базах данных Scopus и
Web of Science (для сравнения 2013г. -
5 статей);
62

-	в 2014 г. молодыми учеными
защищены 4 кандидатские диссертации.
Подготовка кадров
Особое место занимают вопросы
подготовки специалистов для ракетно-
космической отрасли, способных ориен-
тироваться в вопросах информационной
поддержки этапа проектирования изде-
лий и систем РКТ, а также владеть
основными методами и инструментами
проектирования. Поэтому создание
новых информационных технологий и
учебно-методических разработок для
продвижения новых технологий являет-
ся актуальным, необходимым и одним из
важных направлений научно-
исследовательской деятельности.
Завершающий этап обучения сту-
дентов включает производственные
практики на предприятиях и космодро-
ме, в ходе которых проводится изучение
производства, стартового, монтажно-
испытательного, заправочного комплек-
сов с присутствием студентов на запус-
ках ракет-носителей. Накопленный опыт
позволил сформировать практико-
ориентированную образовательную
программу «Обеспечение полёта».
Перспективы развития направ-
ления связаны с:
•	развитием сотрудничества с
ведущими мировыми научно-
образовательными центрами, проведе-
ние совместных исследований;
•	развитием сотрудничества с
ведущими высокотехнологичными рос-
сийскими и международными научно-
производственными организациями,
проведение совместных исследований;
•	привлечением к исследованием и
образовательному процессу ведущих
иностранных ученых;
•	повышением академической
мобильности научно-педагогических
работников, аспирантов, магистрантов и
студентов;
•	разработкой новых магистерских
и аспирантских образовательных
программ и спецкурсов лекций;
•	повышением	публикационной
активности, публикация результатов
исследований в журналах, входящих в
базы Web of Science и Scopus;
•	увеличение количества иностран-
ных студентов и аспирантов;
•	повышением эффективности
защит кандидатских и докторских
диссертаций, ориентация на получение
степени PhD;
•	реализацией	научно-
образовательного проекта «Космическая
научная лаборатория»;
•	вводом в эксплуатацию производ-
ственно-испытательного комплекса
(ПИК) малых космических аппаратов и
осуществление практической подготовки
на базе ПИК высококвалифицированных
специалистов;
•	проведением научных исследова-
ний в центре приема и обработки ин-
формации.
Разработка современных и конку-
рентоспособных изделий ракетно-
космической техники требует проведе-
ние научно-исследовательских работ по
разработке новых методов, алгоритмов и
программного обеспечения, предназна-
ченных для использования на всех
этапах жизненного цикла, начиная от
этапа предэскизных проработок и закан-
чивая созданием виртуальных моделей
ракет-носителей и космических аппара-
тов.
Перспективные	(2015-2018г.г.)
проекты, в которых участвуют молодые
кандидаты наук, аспиранты, магистран-
ты и студенты:
•	разработка методов обеспечения
эффективности и надежности перспек-
тивных ракет-носителей сверхтяжелого
класса для осуществления пилотируе-
мых полетов к Марсу;
•	проектирование нового поколения
многоразовых космических буксиров;
•	разработка космических инфор-
мационных систем нового поколения;
•разработка проектов многофунк-
циональных МКА дистанционного
зондирования Земли с комплексом
инфракрасной, радиолокационной и
оптико-электронной гиперспектральной
аппаратурами (АИСТ-2ДМ) с увеличен-
ным сроком активного функционирова-
63

ния за счет применения корректирую-
щей ЭРДУ;
•разработка технологий создания
размерно-стабильных конструкций КА
дистанционного зондирования Земли с
радиолокационной и оптико-
электронной гиперспектральной аппара-
турой;
•разработка компьютерных техно-
логий проектирования, конструирования
и наземно-экспериментальной отработки
КА ДЗЗ с увеличенным сроком функци-
онирования;
•	разработка проекта двухступенча-
тых блоков выведения, включающих
химический разгонный блок и электро-
ракетный транспортный модуль, с целью
доставки тяжёлых полезных нагрузок на
геостационарную орбиту PH среднего
класса семейства «Союз-2»;
•	разработка проекта системы
маневрирующих МКА для наблюдения
за потенциально опасными астероидами;
•	разработка проекта MICA
носителя семейства наноспутников
научного назначения для проведения
экспериментов в условиях низкого
уровня микрогравитации;
•	разработка проекта гипернизко-
орбитального космического аппарата,
предназначенного для дистанционного
зондирования Земли с высот менее 200
км и построения высокоточной модели
гравитационного поля;
•	разработка проекта МКА с
солнечным парусом для отработки пер-
спективных технологий создания тонко-
плёночных космических двигательных
систем;
•	разработка проекта марсианского
экспедиционного комплекса на базе
ядерной электроракетной энергодвига-
тельной установки;
•разработка проекта группировки
МКА для решения задач ДЗЗ на основе
технологий передачи потокового видео-
изображения в режиме реального
времени.
MAIN RESULTS AND PROSPECTS OF RESEARCH ON THE MAIN
DIRECTION OF SCIENTIFIC AND EDUCATIONAL ACTIVITIES OF SSAU
"SPACE ENGINEERING"
©2015 A. N. Kirilin2, N.R. Stratilatov2, E.V.Shakhmatov1, V.V. Salmin1, S.L Tkachenko1,
V.L Kurenkov1, O.L. Starinova1, LS. Tkachenko1, V.V. Volotsuev1, K.V. Petrukhina1,
S.L. Safronov1
Samara State Aerospace University (National Research University), Samara
2JSC «SRC «Progress», Samara
The work summarizes the main results and prospects of research on the main direction of scientific and edu-
cational activities of SSAU "Space engineering".
Keywords: rocket and space technology, small satellites, research, development prospects
Информация об авторах:
Кирилин Александр Николаевич, д.т.н., профессор, генеральный директор
АО «РКЦ «Прогресс», 443 009, Россия, Самара, ул. Земеца, 18, 955-13-61,
mail@samspace.ru.
Область научных интересов: методы проектирования и конструирования изделий
ракетно-космической техники; методы штамповки и мехобработки при создании изде-
лий ракетно-космической техники.
Стратилатов Николай Ремирович, к.т.н., главный конструктор - начальник отде-
ления 1100 АО «РКЦ «Прогресс», 443 009, Россия, Самара, ул. Земеца, 18, 955-13-61,
mail@samspace.ru.
64

Область научных интересов: методы проектирования и конструирования изделий
ракетно-космической техники; космические тросовые системы (динамика).
Шахматов Евгений Владимирович, д.т.н., профессор, ректор СГАУ,
shakhm@ssau.ru.
Область научных интересов: авиационные и ракетные двигатели, энергетические
установки, виброакустика, динамика и прочность систем.
Салмин Вадим Викторович, д.т.н., профессор, директор НИИ космического ма-
шиностроения СГАУ, 443 086, Россия, г.Самара, Московское шоссе, 34, 334-86-80,
sputnik@ssau.ru.
Область научных интересов: оптимизация космических перелетов с двигателями
малой тяги (механика полета, управление движением, проектирование КА с ЭРДУ).
Ткаченко Сергей Иванович, д.т.н., профессор кафедры космического машино-
строения СГАУ, 443 086, Россия, г.Самара, Московское шоссе, 34, 267-46-88,
sputnik@ssau.ru.
Область научных интересов: методы экспериментальной отработки изделий ракет-
но-космической техники.
Куренков Владимир Иванович, д.т.н., профессор кафедры космического маши-
ностроения СГАУ, 443 086, Россия, г.Самара, Московское шоссе, 34, 267-46-89,
kvi48@mail.ru.
Область научных интересов: методы проектирования и конструирования изделий
ракетно-космической техники.
Старинова Ольга Леонардовна, д.т.н., профессор кафедры космического маши-
ностроения СГАУ, 443 086, Россия, г.Самара, Московское шоссе, 34, 267-46-89,
solleo@mail.ru.
Область научных интересов: межпланетные перелёты с использованием двигателей
большой и малой тяги (механика полета, управление движением).
Ткаченко Иван Сергеевич, к.т.н., ассистент кафедры космического машиностро-
ения СГАУ, 443 086, Россия, г.Самара, Московское шоссе, 34, 267-48-41,
innovatore @ mail .ru.
Область научных интересов: системный анализ эффективности средств орбиталь-
ной инспекции на базе маневрирующих МКА.
Волоцуев Владимир Валериевич, к.т.н., доцент кафедры космического машино-
строения СГАУ, 443 086, Россия, г.Самара, Московское шоссе, 34, 267-46-92,
volotsuev@mail.ru.
Область научных интересов: анализ эффективности применения двигателей малой
тяги на низкоорбитальных КА.
Петрухина Ксения Вячеславовна, к.т.н., ассистент кафедры космического маши-
ностроения СГАУ, 443 086, Россия, г.Самара, Московское шоссе, 34, 267-46-92,
kseniya 10.05@mail.ru.
Область научных интересов: межорбитальные перелёты с использованием двигате-
лей большой и малой тяги.
Сафронов Сергей Львович, к.т.н., ассистент кафедры космического машиностро-
ения СГАУ, 443 086, Россия, г.Самара, Московское шоссе, 34, 267-46-88,
saf kos@mail.ru.
Область научных интересов: методы проектирования и конструирования изделий
ракетно-космической техники.
Kirilin Alexandr Nikolaevich, professor, doctor of technical sciences, General Director
of JSC «SRC «Progress», 443 009, Russia, Samara, Zemetsa str., 18, 955-13-61,
mail@samspace.ru.
Area of research: methods of design and construction of space-rocketry technics;
methods of forging and machining in the creation of space-rocketry technics.
65

Stratilatov Nikolay Remirovich, candidat of technical sciences, chief designer - head
of Department 1100 of JSC «SRC «Progress», 443 009, Russia, Samara, Zemetsa str., 18,955-
13-61, mail @ samspace.ru.
Area of research: methods of space-rocketry technics designing; space tether systems
(dynamics).
Shakhmatov Evgenii Vladimirovich, Sc.D, professor, rector of SSAU, shakhm@ssau.ru.
Area of scientific interests: aviation and rocket engines and power plants, vibroacoustics,
dynamics and durability of systems, csdb @ samspace.ru
Salmin Vadim Viktorovich, professor, doctor of technical sciences, Deputy head of
Department of space engineering of SSAU, 443 086, Russia, Samara, Moscow highway, 34,
334-86-80, sputnik@ssau.ru.
Area of research: optimization of space flights with low-thrust engines (mechanics of
flight, traffic management, design of SC with electric propulsion engines).
Tkachenko Sergei Ivanovich, professor, doctor of technical sciences, professor of
Department of space engineering of SSAU, 443 086, Russia, Samara, Moscow highway, 34,
267-46-88, sputnik@ssau.ru.
Area of research: methods of experimental development of space-rocketry technics.
Kurenkov Vladimir Ivanovich, professor, doctor of technical sciences, professor of
Department of space engineering of SSAU, 443 086, Russia, Samara, Moscow highway, 34,
267-46-89, kvi48@mail.ru.
Area of research: methods of design and construction of space-rocketry technics.
Starinova Olga Leonardovna, professor, doctor of technical sciences, professor of
Department of space engineering of SSAU, 443 086, Russia, Samara, Moscow highway, 34,
267-46-89, solleo@mail.ru.
Area of research: interplanetary flights using big engines and low-thrust (flight mechan-
ics, motion control).
Tkachenko Ivan Sergeevich, candidat of technical sciences, assistant of Department of
space engineering of SSAU, 443 086, Russia, Samara, Moscow highway, 34, 267-48-41,
innovatore@mail.ru.
Area of research: systematic analysis of the effectiveness of orbital inspection on the
basis of maneuvering SSC.
Volotsuev Vladimir Valerievich, candidat of technical sciences, associate Professor of
Department of space engineering of SSAU, 443 086, Russia, Samara, Moscow highway, 34,
267-46-92, volotsuev@mail.ru.
Area of research: analysis of the effectiveness of the use of thrusters for low earth orbit
SC.
Petrukhina Ksenia Viacheslavovna, candidat of technical sciences, assistant of
Department of space engineering of SSAU, 443 086, Russia, Samara, Moscow highway, 34,
267-46-92, kseniya 10.05@mail.ru.
Area of research: inter-orbital flights using the big engines and low-thrust.
Safronov Sergei Lvovich, candidat of technical sciences, assistant of Department of
space engineering of SSAU, 443 086, Russia, Samara, Moscow highway, 34, 267-46-88,
saf kos@mail.ru.
Area of research: methods of design and construction of space-rocketry technics.
66

IV Всероссийская научно-техническая конференция
«Актуальные проблемы ракетно-космической техники»
(IV Козловские чтения)
Секция 1: Проектирование и производство ракет-
носителей и космических летательных
аппаратов, космические исследования и
проекты
67

УДК 629.78
СЕМЕЙСТВО МОДУЛЬНЫХ РАКЕТ СВЕРХЛЕГКОГО КЛАССА «ТАЙМЫР»
С ДИАПАЗОНОМ ПОЛЕЗНЫХ НАГРУЗОК
ОТ 13 КГ ДО 140 КГ НА НОО
©2015 А.М. Ильин, А.В. Суворов
Общество с ограниченной ответственностью «Лин Индастриал», г. Москва
Проектирование линейки PH сверхлёгкого класса. Носители будут иметь рыночное преимущество за
счёт комплекса технологических решений, таких как: инновационная система управления, композитные ба-
ки и малонапряжённые ракетные двигатели на нетоксичном топливе, которые позволят существенно сни-
зить стоимость запуска и занять нишу носителей для вывода на орбиту спутников, а также суборбитальных
запусков.
Ключевые слова: Сверхлегкая ракета, наноспутник, микроспутник, перекись водорода, частная кос-
монавтика, малые космические аппараты
Необходимость создания сверх-
легкой ракеты.
Последнее десятилетие наблюдает-
ся тенденция к переходу от тяжелых
спутников массой несколько тонн к аппа-
ратам микро- и наноклассов. Развитие
микро- (100-500 кг), мини- (10-100кг) и
наноспутниковых (1-10 кг) платформ
наблюдаются по всему миру. В создании
аппаратов подобных классов участвуют
как частные и государственные компа-
нии, так и учебные заведения.
Российские частные фирмы
«Даурия» и «Спутнике» также создают
микро- и наноспутники. «Спутнике» за-
пустил первый российский частный
спутник «Таблетсат-Аврора» (26 кг),
«Даурия» запустила два аппарата серии
Perseus-M (по 5 кг) и один DX-1 (27 кг).
ОАО «Российские космические системы»
для отработки технологий запустила
ТНС-0 № 1 (5 кг).
Не отстают и вузы. Академия Мо-
жайского запустила несколько спутни-
ков. Например, последний «Можаец-5»
весил 73 кг. МГУ запустило «Татьяну-1»
(32 кг) и «Татьяну-2» (90 кг), Уфимский
государственный авиационный техниче-
ский университет — УГАТУ-САТ (40 кг).
МАИ запустило спутники МАК-1 и
МАК-2 (по 20 кг), а также вместе с
ЮЗГУ участвовало в создании аппаратов
серии «Радиоскаф» (до 100 кг).
Скорее всего, количество создавае-
мых в России нано- и микроспутников
продолжит расти с ускорением. Помимо
продолжающихся работ в вузах (очеред-
ные «Радиоскафы», «Бауманец-2» и т.д.)
вот некоторые проекты частных компа-
ний:
—	научный эксперимент «Кластер-
Т» для регистрации гамма-всплесков
космического и земного происхождения
(«Даурия» + ИКИ РАН) — 3-4 микро-
спутника;
—	микроспутниковая группировка
мониторинга чрезвычайных ситуаций
(«Спутнике» и «Сканэкс» для МЧС РФ)
— 18 микроспутников;
—	всепланетный дешевый интернет
Yaliny — 135 микроспутников + 9 ре-
зервных.
Россия двигается в русле общеми-
ровых тенденций.
Например, на следующих графиках
показано, как растет количество малых
спутников в разных массовых сегментах.
68

250
0
cCV G^ СУ5 G^ с$Ь	"О' 'О' 'С5 *Ф 'Ф *Л *S>
# #	# # # # # # # # # # г° # г° # г°
График 1. Количество запущенных в космос космических аппаратов массой до 500 кг, штук
(исторические данные и прогноз) Источник: O2Consulting
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
График 2. Количество запущенных в космос спутников-кубсатов (1-10 кг), штук. Источник:
Saint Louis University
69

При этом и в России, и в мире пол-
ностью отсутствуют сверхлегкие ракеты
под такие спутники. Грузоподъемность
ракет легкого класса («Союз-2-1 в», «Ро-
кот» и т.д.) и тем более средних и тяже-
лых ракет избыточна для выведения на
орбиту единичных микро- и наноспутни-
ков. Так, самая легкая из действующих
ракет сегодня — Pegasus, которая выво-
приводит к тому, что сроки запуска по-
путных нагрузок срываются. Соблюдение
графика выведения особенно критично
при развертывании орбитальных группи-
ровок, состоящих из нескольких аппара-
тов. Например, срыв графика по запуску
технологических малых космических ап-
паратов приводит к прямым финансовым
потерям, так как задержка в проверке
технологий тормозит создание коммерче-
ских аппаратов на ее базе.
Еще одно неудобство — при попут-
ном пуске орбиту выбирает не заказчик, а
владелец основного груза. Некоторым
аппаратам орбита критически важна. Так,
для фотосъемки Земли обычно выбирают
солнечно-синхронную орбиту (ССО). В
2013 году на ССО не было ни одного за-
пуска, так что попутно туда улететь было
просто невозможно.
И, наконец, третье ограничение по-
путных и кластерных пусков — нельзя
применять	высокоэнергетические
устройства. Поэтому спутник не сможет
использовать химические ракетные дви-
гатели любого вида, пиросредства (из-за
этого, например, ограничена возмож-
ность разворачивания больших по разме-
ру конструкций, низкочастотных антенн)
и баллоны высокого давления.
Все эти проблемы можно решить,
создав ракету специально для запусков
нано- (1-10 кг) и микроспутников (10-100
кг)
Конструкция PH «Таймыр»
Мы предлагаем создать ракету, а
точнее целое семейство модульных ракет
сверхлегкого класса «Таймыр» с диапа-
зоном полезных нагрузок от 13 кг до 140
кг на низкой околоземной орбите.
Они дадут возможность заказчикам
оперативно запускать их микро- и нано-
дит 443 кг на низкую околоземную орби-
ту. Поэтому малые космические аппара-
ты запускают на этих ракетах совместно
с большими (попутный запуск) или круп-
ными партиями (кластерный пуск).
При попутном запуске часто возни-
кает ситуация, когда задержка с создани-
ем основной полезной нагрузки
спутники (в срок до 2 месяцев — против
9 месяцев у ближайшего конкурента) на
любую низкую околоземную (в т.ч. по-
лярную) или солнечно-синхронную орби-
ту без ограничений на конструкцию
спутника.
Система подачи топлива — вытес-
нительная баллонная система, что позво-
ляет предельно упростить конструкцию
ракеты и ее пневмогидравлическую схе-
му, отказаться от сравнительно дорогого
турбонасосного агрегата (ТНА), увели-
чить надежность и снизить стоимость
разработки. К сожалению вытеснитель-
ная система подачи утяжеляет конструк-
цию. Частично эту проблему удается ре-
шить использованием композитных ма-
териалов вместо металлических сплавов.
В ракете будут использоваться пе-
редовые в технологическом плане компо-
зитные материалы — углепластик, угле-
род-углеродный композит, органопла-
стик. Управление — с помощью газовых
сопел и решетчатых воздушных рулей,
без использования качания основной ка-
меры, что также упрощает и удешевляет
проект.
Предполагается использовать мало-
габаритную систему управления соб-
ственной разработки на базе MEMS-
датчиков угловых скоростей и микро-
контроллеров с ядром ARM. Она сможет
обеспечить необходимую точность выве-
дения ракеты с использованием только
коммерчески доступной и недорогой
электроники.
В качестве горючего используется
керосин, а окислителя — концентриро-
ванная перекись водорода (концентрация
85%).
Одна из причин отказа от криоген-
ных топливных компонентов - использо-
вание композитных баков (вызванное
70

применением вытеснительной системы
подачи). Создание композитных баков
выдерживающих сверхнизкие температу-
ры вызывает значительные проблемы.
Кроме того выкипание криогенных ком-
понентов потребует на ракете введения
специальных мер.
У топливной пары перекись - керо-
син максимальная плотность среди всех
топливных пар. Это уменьшает размер
баков - при использовании вытеснитель-
ной подачи это очень важно.
Данному топливу не нужно обору-
дование, выдерживающее сверхнизкие
температуры (как при заправке жидким
кислородом, например), и оно не ядовито
(в отличие от азотной кислоты, тетраок-
сида азота и несиметричного диметил-
гидразина).
В основе проекта — оптимизация
по критерию стоимости разработки и со-
здания, а также по стоимости пуска и
окупаемости ракеты-носителя, а не по
увеличению доли полезной нагрузки, как
это традиционно было принято в отрасли.
Конкуренты
Сейчас есть возможность запуск
малые космические аппараты попутными
и кластерными пусками. Их характери-
стики приведены в табл. 1.
Табл. 1. Характеристики малые космические аппараты.
Ракета (страна)	Цена за 1 кг, $ тыс.	Топливо	Полезная нагрузка, кг
«Рокот» (РФ)	8,7-17,4	Несимметричный диметилгидразин + тетраоксид азота.	2300
«Союз-2-1 в» (РФ)	13,6	Керосин + жидкий кислород	2800
«Днепр» (РФ + Украина)	8,1	Несимметричный диметилгидразин + тетраоксид азота	3700
Minotaur I (США)	25,9	Смесевое твердое топливо	580
Minotaur-C (США)	26,5	Смесевое твердое топливо	1320
Minotaur IV (США)	28,8	Смесевое твердое топливо	1735
Epsilon (Япония)	41,7	Смесевое твердое топливо	1200
Vega (ЕС)	28	Смесевое твердое топливо, несим- метричный диметилгидразин + тет- раоксид азота	1500
Long March 2D (КНР)	7,1	Несимметричный диметилгидразин + тетраоксид азота	3500
Long March 2С (КНР)	6,5	Несимметричный диметилгидразин + тетраоксид азота	3850
Pegasus (США)	41	Смесевое твердое топливо	443
Falcon 9 (США)	4,7	Керосин + жидкий кислород	13150
Цвета: криогенное топливо, экологически опасное топливо. Источники: сообщения СМИ,
сайты производителей PH и пусковых операторов
71

Отдельной строкой надо отметить
такого конкурента как компания
Nanoracks. Она запускает спутники с
Международной космической станции
(МКС) с помощью специального пуско-
вого устройства. Спутники доставляются
на МКС грузовыми кораблями вместе с
водой и питанием для космонавтов. Цена
за 1 кг для американских коммерческих
превышает их возможности, что они
собираются устанавливать на МКС еще
одно пусковое устройство.
Секрет Nanoracks в оперативности
— срок от передачи спутника до его за-
пуска составляет около 9 месяцев, что
очень быстро по меркам космической от-
расли.
Поэтому компания, которая сможет
обеспечить лучшую оперативность за-
пуска с помощью сверхлегкой ракеты
заказчиков — $60 тыс, то есть очень
высока. Орбита запуска совпадает с
орбитой МКС, что далеко не всегда
удобно. Казалось бы, Nanoracks должна
разориться. На самом же деле, примерно
за 1,5 года фирма запустила 61 кубсат.
Спрос настолько превышает их возмож-
ности, что они собираются устанавливать
на МКС еще одно пусковое устройство,
(например, «Таймыр» — до 2 месяцев),
может рассчитывать на то, что заказчики
будут покупать у нее пуски по цене не
меньшей, чем у Nanoracks. Многие биз-
несмены на Западе считают сверхлегкие
ракеты перспективным бизнесом и разра-
батывают их, но пока ни одна введена в
строй. В табл. 2 приведено сравнение
«Таймыра» с потенциальными конкурен-
тами.
Табл. 2. Конкуренты на рынке сверхлегких PH. Источник: сайты компаний
Ракета (компания)	Цена за 1 кг, $ тыс.	Топливо	Полезная нагрузка, кг
«Таймыр» (Lin Industrial)	40-60	Керосин + перекись водорода	13-140
Launcher One (Virgin Galactic)	83,3	Нет данных	120
Neptune (Interorbital Systems)	4-12,5	Спирт + азотная кислота	30-1000
Electron (Rocket Lab)	49	Керосин + жидкий кислород	100
Firefly a (FireFly Space Systems)	22,5	Метан + жидкий кислород	400
Цвета: криогенное топливо, экологически опасное топливо
Техническое описание ракеты
Мы собираемся создать линейку
ракет с различной грузоподъемностью —
от 13 до 140 кг. Различные модификации
ракеты собираются из стандартных бло-
ков. Таких деталей четыре — два унифи-
цированных ракетных блока (УРБ-1 и
УРБ-2), а также еще два собственных
блока, которые могут использоваться в
качестве второй (Б-2) и третьей ступени
(Б-3).
Основные ракеты линейки:
•«Таймыр-1Б» — трехступенчатая
ракета с одним УРБ-1 на первой ступени
(на УРБ-1 установлен один двигатель
тягой 3,5 тонны). В качестве второй и
третьей ступени — Б-2 и Б-3. Стартовая
масса — 2575 кг, полезная нагрузка на
низкую околоземную орбиту — 13 кг.
•	«Таймыр-5» — трехступенчатая
ракета из пяти блоков УРБ-1, четыре из
которых на первой ступени и один на
второй ступени (в модификации с высот-
ным соплом), и УРБ-2 в качестве третьей
ступени. Стартовая масса — 11200 кг,
72

полезная нагрузка на низкую околозем-
ную орбиту — 100 кг.
•	«Таймыр-7» — трехступенчатая
ракета из блоков УРБ-1 (6 на первой и 1
на второй ступени) и УРБ-2 в качестве
третьей ступени. Стартовая масса —
15600 кг, полезная нагрузка на низкую
околоземную орбиту — 140 кг, полезная
нагрузка на солнечно-синхронную
орбиту — 95 кг.
УРБ-1 состоит из промежуточного
отсека, приборного отсека, бака с газом
наддува, межбакового отсека с блоком
рулевых сопел на газе наддува, бака
окислителя, межбакового отсека, бака
горючего и хвостового отсека с марше-
вым двигателем и решетчатыми аэроди-
намическими рулями. Бак для газа надду-
ва, баки горючего и окислителя выполне-
ны методом намотки из композиционных
материалов.
Управление полетом PH, при ис-
пользовании модуля в качестве первой
ступени, осуществляется на начальном
этапе с помощью газовых сопел, далее,
при достижении необходимого скорост-
ного напора — с помощью решетчатых
рулей, затем, по необходимости, снова с
помощью газовых сопел. В случае ис-
пользования модуля в качестве второй
ступени на нем устанавливается вариант
маршевого двигателя с высотным
соплом, и в качестве органов управления
используются только рулевые сопла на
газе наддува.
УРБ-2 включает себя приборный
отсек, баллон с газом наддува, бак окис-
лителя, бак горючего, рулевые сопла на
газе наддува и маршевый двигатель
меньшей тяги. Аналогичную конструк-
цию имеют блоки Б-2 и Б-3.
История проекта и текущее со-
стояние
Компания Lin Industrial приступила
к разработке легкой ракеты «Адлер» в
начале 2014 года. Весной того же года
после встреч с потенциальными инвесто-
рами и экспертами, которые признали
проект слишком дорогим для маленького
стартапа, и с российскими разработчика-
ми нано- и микроспутников, которые
выразили потребность в российском Nano
Launch Vehicle, началась разработка
сверхлегкого «Таймыра», которая в об-
щих чертах была закончена осенью.
Зимой этим проектом заинтересовались
венчурные инвесторы, которые предоста-
вили финансирование для дальнейших
разработок. В апреле 2015 года проект
одобрили эксперты космического класте-
ра «Сколково».
По состоянию на июнь 2015 года
совместно с МАИ идет разработка и под-
готовка к испытаниям прототипа жид-
костного ракетного двигателя. Изготав-
ливается двигатель в инжиниринговом
центра «Арт-Мех». Создана первая вер-
сия аванпроекта космического носителя,
идет доработка. Заключены договоры о
сотрудничестве с российскими произво-
дителями спутников «Спутнике» и
Quazar Space — эти компании выразили
заинтересованность в том, чтобы их
аппараты полетели на «Таймыре».
Ведется разработка системы управ-
ления, изготовлен её прототип.
Первые стендовые испытания дви-
гателя, а также испытания прототипа си-
стемы управления в полете запланирова-
ны на 2015 год. В августе проект будет
представлен на авиасалоне МАКС.
Дорожная карта по разработке
семейства ракет
1.	«Таймыр орбитальный прото-
тип» — двухступенчатая космическая
ракета. Первая ступень — стандартный
УРБ-1, вторая ступень — минимально
необходимой размерности для выхода в
космос с ЖРД. Полезная нагрузка на низ-
кой околоземной орбите — около 4кг,
стартовая масса — 2345 кг. На первой
ступени — 9 двигателей с тягой 400 кг,
на второй ступени — один с тягой 100 кг.
2.	«Таймыр-1 А» — трехступенча-
тая ракета. Первая ступень — УРБ-1 с 9
двигателями тягой по 400 кг. Стартовая
масса — 2583 кг, полезная нагрузка —
11 кг.
3.	«Таймыр-1 Б» — трехступенчатая
ракета. Первая ступень — УРБ-1 с одним
ЖРД на 3,5 тонны тяги. Стартовая масса
— 2575 кг, полезная нагрузка — 13 кг.
73

4.	«Таймыр-5» — трехступенчатая
ракета из блоков УРБ-1 (4 на первой и 1
на второй ступени) и одного УРБ-2.
Стартовая масса — 11200 кг, полезная
нагрузка —100 кг.
5.	«Таймыр-7» — трехступенчатая
ракета из блоков УРБ-1 (6 на первой и 1
на второй ступени) и одного УРБ-2.
Стартовая масса — 15600 кг. Полезная
нагрузка на низкую околоземную орбиту
— 140 кг. ПН на солнечно-синхронную
орбиту — 95 кг.
Первый космический пуск планиру-
ется на I квартал 2020 года («Таймыр ор-
битальный прототип»).
Библиографический список:
1.	Грабин Б.В., Давыдов О.И.,
Основы конструирования ракет-
носителей космических аппаратов-
Москва: Ордена Трудового Красного
Знамени издательство «Машинострое-
ние», 1991.-416 с.
2.	Кобелев В.Н., Милованов А.Г.
Средства выведения космических аппа-
ратов; - Москва: Издательство
«РЕСТАРТ», 2009 - 525 с.
3.	Балабух Л.И., Алфутов Н.А.,
Усюкин В.И. Строительная механика ра-
кет; - Москва: Изд-во «Высшая школа»,
1984.-391 с.
References:
1.	Grabin В.V., Davydov O.I. General
course of space launch vehicle design; —
Moscow: ‘Mashinostroenie’ publishing
house, 1991.-416 p.
2.	Kobelev V.N., Milovanov A.G.
Space launch vehicles; — Moscow: Restart
publishing house, 2009 — 525 p.
3.	Balabuh L.I., Alfutov N.A.,
Usyukin V.I. Structural mechanics of rock-
ets; — Moscow: ‘Higher School’ Publishing
house, 1984 — 391 p.
MODULAR ULTRA-LIGHT ROCKET FAMILY ‘TAYMYR’ FOR 13-140 KG PAY-
LOAD RANGE TO LOW-EARTH ORBIT
©2015 A.M. Ilin1, A.V. Suvorov1
1	Lin Industrial LLC
Modular space launcher family is suited for nano-to-micro payloads range. It will provide operationally re-
sponsive spacelift and lower-cost space launch due to ecofriendly non-cryogenic fuel components reduce operation-
al costs, simple and relatively low-cost pressure-fed fuel system and proprietary innovative vehicle guidance system.
Key words: Ultra-light rocket, nanosatellite, microsatellite, private spaceflight, hydrogen peroxide, small
satellites
Информация об авторах:
Ильин Александр Михайлович, генеральный конструктор ООО «Лин Индастри-
ал», 115035 Россия, Москва, ул. Садовническая, д. 76/71, стр. 1, т. 8-495-220-99-32,
mail@spacelin.ru.
Область научных интересов: сверхлегкие ракеты-носители.
Суворов Андрей Михайлович, главный конструктор систем управления ООО
«Лин Индастриал», 115035 Россия, Москва, ул. Садовническая, д. 76/71, стр. 1,
т. 8-495-220-99-32, mail@spacelin.ru.
Область научных интересов: системы управления PH.
Ilin Aleksandr Mikhaylovich, Lin Industrial CEO, 115035, Russia, Moscow, Sadovnich-
eskaya, 76/71, str. 1, tel. 8-495-220-99-32, mail@spacelin.ru.
Area of research: ultra-light space launchers.
Suvorov Andrey Valerievich, Lead engineer for rocket guidance systems, 115035,
Russia, Moscow, Sadovnicheskaya, 76/71, str. 1, tel. 8-495-220-99-32, mail@spacelin.ru.
Area of research: space launcher guidance systems.
74

УДК 629.76
ТЕХНОЛОГИИ СНИЖЕНИЯ ТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
ПУСКОВ РАКЕТ КОСМИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ НА
ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
©2015 Я.Т. Шатров1, Д.А. Баранов2, В.И. Трушляков3
'Центральный научно-исследовательский институт машиностроения, г. Королёв
2	АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
3	Омский государственный технический университет, г. Омск
Приведены технологии снижения техногенного воздействия пусков ракет космического назначения
(РКН) на окружающую среду на основе снижения площадей районов падения отработанных ступеней (ОС)
путём их управляемого спуска с орбит и траекторий выведения, сжигания в атмосфере створок головного
обтекателя (СГО) и хвостового отсека (ХО). Управляемый спуск ОС осуществляется за счёт активной бор-
товой системы спуска, использующей невыработанные остатки жидкого топлива в баках. Сжигание СГО,
ХО основано на введение в состав их конструкций пиротехнических составов.
Ключевые слова: ракета, снижение, техногенное воздействие, газификация, спуск, пиротехнический
состав
В основу приводимых ниже техно-
логий снижения техногенного воздей-
ствия пусков РКН на окружающую среду
положены основные концепции сниже-
ния техногенного воздействия пусков
РКН, основанные на:
-	прекращение поступления в низ-
коорбитальное околоземное космическое
пространство отработанных орбитальных
ступеней РКН после выполнения ими
своей миссии путём их оперативного и
управляемого спуска в заданные районы
падения на поверхности Земли [1];
-	сокращение количества и площа-
дей районов падения ОС при их спуске с
траекторий выведения [2] за счёт их
управляемого спуска;
-	обеспечение сжигания или мелко-
дисперсного диспергирования отделяю-
щихся частей (СГО, ГО) при их полёте на
траектории спуска до высот 5 км за счёт
добавления в состав конструкций СГО,
ХО пиротехнических смесей [3].
Реализация первых двух направле-
ний основывается на использовании
энергетических ресурсов, находящихся в
невырабатываемых остатках компонен-
тов жидкого ракетного топлива в баках
ОС. Технология извлечения этих ресур-
сов базируется на основе подачи в
топливные баки горячих газов (теплоно-
сителей) и последующее использование
продуктов газификации из каждого бака
(испарившийся компонент топлива + газ
наддува + теплоноситель) в газореактив-
ной системе утилизации (сброс без хими-
ческого взаимодействия или с химиче-
ским взаимодействием, т.е. сжигание в
камере газового ракетного двигателя).
Системы газификации остатков
жидких компонентов топлива с необхо-
димыми запасами газогенерирующих со-
ставов, система утилизации и система
управления составляют активную борто-
вую систему (АБСС) спуска ОС. По
предварительным оценкам масса АБСС
может составлять до 3 -5 % от массы
конструкции «сухой» ОС, при этом масса
АБСС для нижних ОС меньше, чем масса
АБСС орбитальных ОС. Это отличие
обусловлено тем, что для нижних ступе-
ней АБСС решает задачи ориентации и
стабилизации ОС и в какой-то мере сме-
щение координат точки падения ОС. Для
ОС орбитальных ступеней дополнитель-
но возникает задача реализации манёвра
перехода с орбиты выведения на орбиту
спуска и + задачи, решаемые для нижних
ступеней.
Наличие АБСС позволяет обеспе-
чить не только решение приведённых
выше задач по снижению техногенного
75

воздействия пусков РКН, но в ряде
случаев позволяет повысить (до 5 - 7%)
массу выводимой полезной нагрузки за
счёт снятия ограничений по районам па-
дения ОС.
Управляемый спуск нижних ОС с
использованием АБСС позволяет обеспе-
чить точность привода ОС в район паде-
ния с площадью не более 0,5 - 1,0 кв. км
с практически полной выработкой остат-
ков топлива.
С другой стороны, наличие СГО,
ХО требуют выделения значительных
районов падения, превышающих в не-
сколько раз существующие площади для
районов падения ОС. Поэтому встаёт во-
прос о разработки технологий по карди-
нальному решению проблемы районов
ХО, СГО. В качестве решения указанной
проблемы предлагается рассмотрение
возможности их сжигание за счёт подачи
дополнительного тепла и использования
кислорода воздуха [3].
Предварительные оценки по реали-
зации процесса сжигания СГО, ХО, изго-
товленных из сплава АМг, с использова-
нием кислорода атмосферы показывают
возможность подвода необходимого ко-
личества теплоты для начала процесса
горения СГО, ХО путём использования
пиротехнических составов массой до 5 -
6% от массы сжигаемого тела (СГО, ХО).
В качестве пиротехнических составов
рассматривались существующие и вы-
пускаемые отечественной промышленно-
стью составы, в частности, КСЮз+Mg,
| КСЮз +А1, КС1О4 +Ti, КС1О4 +А1, Fe2O31
так и смеси двух порошков металлов
(63% Al+Ti) [3]. Исходя из условия ис-
пользования кислорода атмосферы фор-
мируется схема применения пиротехни-
ческих составов, а именно, на нисходя-
щей части траектории спуска в слоях ат-
мосферы с достаточным содержанием
кислорода.
Предлагаемые технологии сниже-
ния техногенного воздействия пусков
РКН с маршевыми ЖРД основаны на
едином методическом подходе - подаче
необходимого количества теплоты для
обеспечения фазового перехода веще-
ства: испарение жидких остатков топлива
в баках ОС и горение СГО, ХО с исполь-
зованием кислорода атмосферы. В обеих
случая необходимо дополнительное
использование высокоэнергетических
материалов, в первом случае - газогене-
рирующие составы, а во втором - пиро-
технические.
Проведённые исследования по раз-
работке предлагаемых технологий пока-
зывают реальную возможность суще-
ственного снижения техногенного воз-
действия пусков РКН с маршевыми ЖРД
в части прекращения поступления круп-
ногабаритного космического мусора в
низкоорбитальное околоземное космиче-
ское пространство в виде отработанных
орбитальных ступеней РКН и кардиналь-
ного сокращения районов падения на по-
верхности Земли.
Для оценки конечных массовых и
финансовых затрат на реализацию пред-
лагаемых технологий необходимо прове-
дение дополнительных исследований, ко-
торые предлагается провести на базе мо-
дификации РКН «Союз-2.1.в» в рамках
ОКР федеральной космической програм-
мы 2016 - 2025.
Библиографический список:
1.	Шатров Я.Т., Баранов Д.А.,
Трушляков В.И., Куденцов В.Ю. Опреде-
ление направлений разработки методов,
технических решений и средств сниже-
ния техногенного воздействия на окру-
жающую среду для реализации на борту
космических средств выведения/ Вестник
Самарского аэрокосмического универси-
тета- №1 (25), 2011, с. 38-49.
2.	Макаров Ю.Н., Шатров Я.Т.,
Баранов Д.А., Трушляков В.И. Разработ-
ка активной бортовой системы спуска
верхних ступеней ракеты космического
назначения с маршевым ЖРД на кисло-
роде-керосине. Сравнительный анализ с
существующими системами спуска
ступеней РКН/ Труды 64-го Междуна-
родного астронавтического конгресса.
Пекин, 23 - 28 сентября 2013 г. IAC-13.
А6.4.10.
3.	Trushlyakov V., Lempert D., Zarko
V. The use of thermite-incendiary composi-
tions for burning of fairing of space launch
76

vehicle И Использование термитно-
зажигательных смесей для сжигания
обтекателей ракет космического назначе-
ния. 18th International Seminar “New
Trends in Research of Energetic Materials.
2015. v.2. pp. 901-904. Pardubice, Czech
Republic, April 15 - 17, 2015
References:
1.	Shatrov Ya., Baranov D.,
Trushlyakov V., Kudentsov V. Identification
of the development of methods, technical
solutions and technology to reduce the an-
thropogenic impact on the environment for
the implementation of on-board space
launch vehicles / Bulletin of the Samara
Aerospace University - №1 (25), 2011, p.
38-49.
2.	Trushlyakov V., Makarov Yu.,
Shatrov Ya., Baranov D. Development of an
autonomous onboard deorbiting system of
SLV upper stages with LPE on oxygen- ker-
osene. Benchmark analysis with existing
systems of the deorbiting of the upper stag-
es/ Proceedings of the 64th International Astro-
nautical Congress. Beijing, 23 - 28 September
2013 IAC-13. A6.4.10.
3.	Trushlyakov V., Lempert D., Zarko
V. The use of thermite-incendiary composi-
tions for burning of fairing of space launch
vehicle // 18th International Seminar “New
Trends in Research of Energetic Materials.
2015. v.2, pp. 901-904. Pardubice, Czech
Rpublic, April 15-17,2015
TECHNOLOGY OF REDUCE OF TECHNOGENIC IMPACT OF SPACE LAUNCH
VEHICLE ON ENVIRONMENT
©2015 Ya.T. Shatrov1, D.A. Baranov2, V.I. Trushlyakov3
Central Research Institute of Machine Building, Korolev
2JSC «SRC «Progress», Samara
3Omsk State Technical University, Omsk
The technology of reducing the impact of space launch vehicle on the environment through reducing the size
of the area fall spent stages (SS), controlled deorbit and launching trajectories, burning in the atmosphere wings
fairing and the tail section. Controlled deorbit SS carried by active onboard deorbit system using unused remnants
of the liquid propellants in the tanks. Burning wings fairing and the tail section based on the injection of the pyro-
technic compositions of their construction.
Keywords: SLV, reduction, technogenic impact, gasification, descent, pyrotechnic composition
Информация об авторах:
Шатров Яков Тимофеевич, д.т.н., начальник отдела ЦНИИмаш, 141070, Россия,
г. Королёв, Пионерская 4, т. 5134960, ecologrcd@tsniimash.ru.
Область научных интересов: снижение техногенного воздействия пусков ракет
космического назначения (РКН) на окружающую среду.
Баранов Дмитрий Александрович, заместитель генерального конструктора, глав-
ный конструктор по средствам выведения АО РКЦ «Прогресс», 443009, Россия, г. Самара,
ул. Земеца, 18
Область научных интересов: проектирование, конструирование и эксплуатация РКН.
Трушляков Валерий Иванович, д.т.н., проф., профессор кафедры Авиа-и ракето-
строения Омского государственного технического университета, 644050, Россия, г.Омск,
пр. Мира, 11.
Область научных интересов: теория и методы проектирования ракетных средств вы-
ведения.
77

Shatrov Yakov Timofeevich, head of the Department of TsNIImash, 141070, Russia,
Korolev, Pioneer st. 4, 5134960, ecologrcd@tsniimash.ru.
Area of research: reduction of anthropogenic impact launches space launch vehicle (SLV)
on the environment.
Baranov Dmitriy Alexandrovich, deputy general designer, chief designer of launch vehi-
cles of JSC «SRC «Progress», 443009, Russia, Samara, Zemetsa st. 18.
Area of research: design, construction and exploitation SLV.
Trushlyakov Valeriy Ivanovich, professor, doctor of technical sciences, professor of
chair of Avia & rocketbuilding, OmSTU, 644050, Russia, Omsk, Mira pr.,11.
Area of research: theory and methods of design of SLV.
78

УДК 551.466
ЗАДАЧИ ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ НАУКИ В РАЗВИТИИ ОБОРОННОГО
СЕКТОРА РОССИЙСКОЙ КОСМОНАВТИКИ
©2015 В.Ю. Корчак, С.В. Куприянов, Г.И. Леонович
Секция прикладных проблем при Президиуме РАН
На примере Секции прикладных проблем при Президиуме РАН показаны организация и сопровожде-
ние фундаментальных исследований в интересах воздушно-космической обороны.
Ключевые слова: фундаментальная наука,
космическая оборона.
Потенциал фундаментальной науки
выявляется и практически реализуется
посредством организации и проведения
ориентированных фундаментальных,
прогнозных и поисковых исследований
(ФППИ), предшествующих начальным
стадиям жизненного цикла технических
средств и технологий - прикладным
научно-исследовательским и опытно-
конструкторским работам (далее - при-
кладные НИОКР). В сфере ФППИ конку-
рируют научные школы и генерируемые
ими новые научные проекты - инициати-
Секция прикладных проблем, космонавтика, воздушно-
вы «снизу-вверх» - со сравнительно
высоким риском отрицательного резуль-
тата, требующие квалифицированной
экспертной оценки государством и биз-
несом и особого внимания к возможности
получения прорывных (революционных)
результатов. Соотношение количества
ФППИ, прикладных НИОКР и полно-
масштабных разработок, заканчиваю-
щихся созданием финального продукта
составляет по мировому опыту ориенти-
ровочно 100:10:1 (рис. 1).
Рис. 1. Этапы реализации результатов фундаментальных исследований
Роль космического сегмента науки
и технологий является ведущей и опреде-
ляющей прогресс во всех сферах челове-
космонавтике вносят и будут вносить
представители естественнонаучных спе-
ческой деятельности. Необходимо
учитывать, что весомый вклад в развитие
шестого технологического уклада в
циальностей академических институтов и
университетов, активно сотрудничающие
79

с ВПК. Следует отметить, что ведущие
предприятия отечественной промышлен-
ности, одним из которых в Поволжском
регионе является АО "РКЦ "Прогресс",
начали в последние годы быстро реаги-
ровать на вызовы времени и проявлять
интерес как к отечественным, так и к
мировым достижениям в области
прикладной науки и новых прорывных
технологий.
Ключевыми факторами шестого
уклада принято выделять от пяти до два-
дцати наиболее перспективных прорыв-
ных технологий начала XXI века, среди
которых неизменно присутствуют
направления, относящиеся к космиче-
скому сектору:
-	компьютерно-управляемые про-
цессы производства и функционирования
ракетно-космической техники на всех
этапах жизненного цикла;
-	микроминиатюризация и мульти-
функционализация информационно-
коммуникационных, сенсорных и испол-
нительных устройств с высокой степенью
точности;
-	автономные интеллектуальные
модули и космические аппараты (КА), в
том числе мультиагентные системы;
-	альтернативные и комбинирован-
ные источники энергии, способы ее вы-
сокоэффективной транспортировки,
энергосбережение, соблюдение экологи-
ческих норм;
-	биотехнологические разработки в
интересах пилотируемой космонавтики;
-	нанотехнологии широкого спек-
тра применения.
В последние десятилетия бурно
развиваются методы и средства решения
оборонных задач из космоса. Это задачи
наземного, воздушного, подводного и
надводного наблюдения, целеуказания,
навигации и связи, оценки гидрометеооб-
становки. Цель развития отечественных
фундаментальных космических исследо-
ваний - выход российской науки на
ведущие позиции в ключевых направле-
ниях наук о космосе, а в долгосрочной
перспективе - завоевание и удержание
позиций одного из мировых лидеров в
основных научных дисциплинах о космо-
се [1]. В нашей стране исторически
сложилось так, что показатели ФППИ и
обеспечиваемых ими разработок новей-
ших техник и технологий во многом
определяют перспективы и направления
реализации военно-технической полити-
ки государства, в том числе, в области
оборонного сектора российской космо-
навтики. Именно результаты ФППИ
создают научный задел, являющийся
основой прироста военно-технического
потенциала государства, и позволяют не
допустить критического отставания
России в области создания перспектив-
ных образцов вооружения и военной тех-
ники (ВВТ) для воздушно-космической
обороны (ВКО). Научный задел в свою
очередь является фундаментом для
проведения прикладных научных иссле-
дований и технологических разработок
по широкому спектру научно-
технических направлений, а впослед-
ствии и опытно-конструкторских работ
по созданию образцов ВВТ ВКО и их
составных частей [2].
В настоящее время Секция при-
кладных проблем при Президиуме РАН
является основным связующим звеном
между Минобороны России, Российской
академией наук и организациями Высшей
школы. На нее возложено решение
широкого круга задач: мониторинг
результатов фундаментальных исследо-
ваний, проводимых в стране; выявление
важнейших научно-технических и техно-
логических достижений с целью их
использования в интересах разработки
перспективных образцов вооружения и
военной техники, поиска новых форм и
способов вооруженной борьбы; форми-
рование предложений в проекты госу-
дарственной программы вооружения и
государственного оборонного заказа в
части фундаментальных, прогнозных и
поисковых исследований; разработка
долгосрочных прогнозов развития прио-
ритетных направлений науки в интересах
обороны страны; обоснование приори-
тетных направлений ФППИ в интересах
обороны страны и безопасности государ-
ства [2, 3].
80

Последние две задачи выделяются
особенно, поскольку документы, разраба-
тываемые в ходе их решения, входят в
состав единой системы исходных данных
для программно-целевого обеспечения
реализации военно-технической полити-
ки Российской Федерации, представляю-
щей собой взаимоувязанный информаци-
онный массив исходных данных, необхо-
димый и достаточный для проработки
перспектив развития системы вооруже-
ния РФ (в том числе ВВТ ВКО) на пред-
стоящий программный период. Научное
прогнозирование является основным
средством научно-обоснованного управ-
ления развитием науки и техники.
Прогнозирование на долгосрочную пер-
спективу достижимых результатов науч-
ных исследований и технологических
разработок базируется на комплексном
анализе ресурсных возможностей и огра-
ничений (финансовых, материальных,
сырьевых, производственно-технологи-
ческих, кадровых и др.) Это позволяет
определять возможные мировые техноло-
гические прорывы; прогнозировать по-
тенциальные технологические угрозы от-
ставания России от ведущих стран; опре-
делять приоритетные направления разви-
тия науки, технологий и техники; форми-
ровать перечни базовых (критических)
технологий федерального и отраслевого
уровня в интересах обороны и обеспече-
ния безопасности страны, международ-
ного научно-технического и военно-
технического сотрудничества.
В 2013-2015 г.г. Российской акаде-
мией наук при участии Секции приклад-
ных проблем разработан прогноз, кото-
рый позволил оценить потенциал отече-
ственной науки по недопущению крити-
ческих уровней технологического отста-
вания от ведущих стран мира и возмож-
ности парирования возникающих угроз
безопасности, выявить возможность
получения новых научных достижений и
технических решений, направленных на
создание перспективных образцов ВВТ, а
также определить приоритетные направ-
ления развития фундаментальной и при-
кладной науки в интересах обороны
страны и безопасности государства. К
числу приоритетных направлений ФППИ
в интересах обороны и безопасности Рос-
сийской Федерации относятся все крити-
ческие военные технологии [2]. В испол-
нении данного документа на предстоя-
щий программный период самое актив-
ное участие приняли институты РАН,
ВУЗы, научно-исследовательские орга-
низации промышленности и Миноборо-
ны (в том числе ВКО).
Необходимо отметить, что у Секции
сложились плодотворные творческие
контакты с научными школами и пред-
приятиями оборонно-промышленного
кластера Самарского региона, в том чис-
ле связанными с ВКО [4]. Поволжским
отделением Секции, созданным в 1994 г.,
в регионе ведется непрерывный монито-
ринг научных достижений, выявляются и
выдвигаются на конкурс ФППИ перспек-
тивные и прорывные темы исследований,
проводящихся в ИСОИ РАН, СФ ФИАН,
ИПУСС РАН, СГАУ, СамГУ, СамГТУ,
ПГУТИ и в других НИУ региона. За это
время организован и сопровожден ряд
НИР ("Идафис», «Плеск», «Разведение -
М», «Эстафета -Ф» и мн. др.), результаты
которых впоследствии внедрены в ОКР,
выполненных для АО "РКЦ "Прогресс"
по заказам организаций МО РФ и Феде-
рального космического агентства. В
частности, получили дальнейшее разви-
тие математические модели, алгоритмы и
программные комплексы управления
маршрутами космической съемки с учетом
рельефа поверхности Земли. Существен-
ные результаты получены в разработке
теории расчета высоконагруженных
узлов трения, в создании высокоточных
оптико-электронных систем, ракетных
двигателей малой тяги, адаптивных
систем управления ракетами-носителями
и многое другое.
На сегодняшний день перед косми-
ческой отраслью возникают новые вызо-
вы оборонного и экономического харак-
тера, которые наряду с решением ранее
поставленных задач требуют от фунда-
ментальной науки поиска и активизации
катализаторов ускоренного развития
таких направлений, которые позволят в
кратчайшие сроки решить проблему
81

импортозамещения в особо важных узлах
и агрегатах космической техники и аппа-
ратуры с последующим переходом на
практически полную отечественную эле-
ментную базу. И здесь как никогда важна
та закрепленная высочайшими достиже-
ниями тесная связь между наукой, про-
мышленностью и обороной, которая
всегда была, есть и будет неотъемлемым
принципом развития отечественной кос-
монавтики.
Библиографический список:
1.	Путин В.В. Основы государ-
ственной политики Российской Федера-
ции в области космической деятельности
на период до 2030 года и дальнейшую
перспективу, -http://rekod.ru/press/osnov-
GP-1RKD/?PRINT=Y
2.	Буренок В.М., Ивлев А.А.,
Корчак В.Ю. Развитие военных техноло-
гий XXI века: проблемы, планирование,
реализация. Тверь:	Издательство
ООО «КУПОЛ», 2009. - 624 с.
3.	Козланжи В.Г., Корчак В.Ю.,
Лапшов В.С. Влияние технологического
совершенствования вооружения и воен-
ной техники на формы и способы воору-
женной борьбы. / Вестник академии
военных наук, № 1, 2011.
4.	Корчак В.Ю., Леонович Г.И.,
Тужиков Е.З. Концепция регионального
инновационного научно-промышленного
кластера по производству унифици-
рованных базовых модулей и
комплексированию разнопрофильных
автономных мобильных платформ/
Стратегическая стабильность, № 3, 2013.
References:
1.	Putin V.V. Principles of State
Policy of the Russian Federation in the field
of space activities for the period until 2030
and beyond, -http: //rekod.ru/press/osnov-
GP-IRKD/? PRINT = Y
2.	Burenok V.M., Ivlev A.A.,
Korczak V.Y. Development of military
technologies of the XXI century: problems,
planning, implementation. Tver: Izd Ltd.
"dome", 2009. - 624 p.
3.	Kozlanzhi VG, Korczak VY,
noodles VS The impact of technological
improvements in weapons and military
equipment to the forms and methods of war-
fare. / Bulletin of the Academy of Military
Sciences, № 1, 2011.
4.	Korchak V., Leonovich G., Tuzhi-
kov E. The concept of the regional innova-
tive scientific and industrial cluster on pro-
duction of the unified basic modules and
equipment of diversified autonomous mobile
platforms./ Strategic stability, № 3, 2013.
PROBLEMS OF FUNDAMENTAL SCIENCE IN THE DEVELOPMENT OF
DEFENSE SECTOR RUSSIAN COSMONAUTICS
©2015 V.Y. Korczak, S.V. Kupriyanov, G.I. Leonovich
Section of Applied Problems of the Presidium of the Russian Academy of Sciences.
The formation of the organization and support of fundamental research in the interests of the aerospace de-
fense by example Section of Applied Problems of the Presidium of the Russian Academy of Sciences
Key words: fundamental science, Section of Applied Problems RAS, aerospace defense.
82

Информация об авторах:
Корчак Владимир Юрьевич, д.э.н., профессор, Председатель Секции прикладных
проблем при Президиуме РАН, 119333, г. Москва, ул. Губкина, 3, т. (495) 135-02-09,
lak2004@yandex.ru.
Область научных интересов: целевое планирование Вооруженных сил.
Куприянов Сергей Васильевич, к.ф.-м.н., доцент, Главный научный сотрудник
Секции прикладных проблем при Президиуме РАН, 119333, г. Москва, ул. Губкина, 3,
т. (495) 135-72-41, svk321 @vandex.ru.
Область научных интересов: целевое планирование Вооруженных сил.
Леонович Георгий Иванович, д.т.н., профессор, начальник Поволжского отделения
Секции прикладных проблем при Президиуме РАН, 443001, г. Самара, пер. Студенческий,
ЗА, (846) 334-48-10, leogil@mail.ru.
Область научных интересов: целевое планирование Вооруженных сил.
Authors:
Korczak Vladimir Yuryevich, doctor of economics, professor, Chairman of the Section
of Applied Problems of the Presidium RAS, 119333, Moscow, st. Gubkin, 3, tel.:
(495) 135-02-09. lak2004@yandex.ru.
Research interests: target planning of the Armed Forces.
Kupriyanov Sergey Vasilievich, candidate of physical and mathematical sciences, associ-
ate professor, chief scientific officer of the Section of Applied Problems of the Presidium RAS,
119333, Moscow, st. Gubkin, 3, tel.: (495) 135-72-41, svk321 @vandex.ru.
Research interests: target planning of the Armed Forces.
Leonovich Georgy Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, head of the Volga
Department Section of Applied Problems of the Presidium RAS, 443001, Samara, trans.
Studenchesky, ЗА, (846) 334-48-10, leogil@mail.ru.
Research interests: target planning of the Armed Forces.
83

УДК 531.3
МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ ПРОБЛЕМНО-
ОРИЕНТИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ВЫБОРА ОСНОВНЫХ ПРОЕКТНЫХ
ПАРАМЕТРОВ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
© 2015 Стратилатов Н.Р.1, Куренков В. И.2, Кучеров А.С.2, Якищик А.А.2
'АО «РКЦ «Прогресс»
2 Самарский государственный аэрокосмический университет
имени академика С. П.Королёва (национальный исследовательский университет)
Изложены методические основы разработки автоматизированной системы, позволяющей в интерак-
тивном режиме изменять постановки проектных задач, проводить уточнения проектных параметров и опе-
ративно получать необходимые результаты для формирования проектного облика космических аппаратов
дистанционного зондирования Земли. Приведены иллюстрирующие примеры.
Космический аппарат, постановки проектных задач, заимствуемые элементы, входные и выходные
параметры, многовариантность, формализация, автоматизация проектирования, проблемно-
ориентированная система, теория графов.
В процессе начального этапа проек-
тирования космических аппаратов (КА)
дистанционного зондирования Земли
(ДЗЗ) возникает множество вопросов,
связанных с уточнением и увязкой про-
ектных параметров, которые должны
обеспечивать выполнение основных це-
левых задач КА. Это связано с изменени-
ем характеристик каких-либо элементов
бортовых систем применительно к проек-
тируемому КА, с необходимостью разра-
ботки новых элементов или использова-
нию заимствованных, возвратов к преж-
ним проектным решениям и др.
Проектные характеристики различ-
ных составных частей КА, как правило,
связаны между собой множеством урав-
нений различного типа в явной и неявной
форме, в виде алгоритмов и др. При тра-
диционном подходе делается постановка
задачи проектирования (что дано и что
определить), пишется соответствующий
алгоритм решения и разрабатывается
программное обеспечение. Однако, при
изменении постановок задач (например,
принято решение об использовании на
проектируемом КА солнечной батареи с
другого типа КА), алгоритм решения за-
дачи и программное обеспечение должны
меняться, что требует дополнительных
затрат.
В данной статье показана возмож-
ность автоматизированной постановки и
решения проектных задач по выбору
основных проектных характеристик КА
ДЗЗ. Одним из перспективных путей
решения подобного рода задач является
разработка специального инструмента-
рия, называемой проблемно-
ориентированной системой (ПОС) авто-
матизированного проектирования. Изло-
жение материала сопровождается про-
стыми примерами.
К числу преимуществ такой систе-
мы относятся:
реализация автоматической
проверки корректности, разрешимости
рассматриваемой проектной задачи и
нахождения последовательности её
решения;
обеспечение согласования
(«увязки») массогабаритных, энергетиче-
ских, ресурсных, и других характеристик
целевой аппаратуры, бортовых обеспечи-
вающих систем и КА в целом без прове-
дения множества итераций;
-	возможность получения значений
массогабаритных, инерционных, энерге-
тических и других проектных параметров
КА, обеспечивающих получение задан-
ных целевых характеристик, т.е. оптими-
зации основных проектных характери-
стик КА в неявной форме;
обеспечение многовариантной
постановки и решения задач проектиро-
84

вания на заданном множестве парамет-
ров;
-	возможность использования в
процессе проектирования КА заимствуе-
мых систем и элементов, т.е. реализации
методов синтеза на основе улучшения
характеристик прототипов и на основе
использования готовых платформ с уста-
новкой целевой аппаратуры;
-	осуществление связи ПОС с
системами твердотельного моделирова-
ния и специализированными программа-
ми, моделирующими процесс
функционирования КА. Это позволяет
выполнять автоматизированное
формирование проектного облика КА, а
также оценку различных характеристик
КА, таких как периодичность, оператив-
ность и т.п.
Процесс постановки и решения за-
дачи в ПОС автоматизированного проек-
тирования включает следующие этапы:
1)	задание параметров, характери-
зующих объект проектирования, и зави-
симостей между ними;
2)	постановка проектной задачи;
3)	проверка корректности задачи;
4)	определение для каждой пере-
менной уравнения, из которого она мо-
жет быть найдена;
5)	разбиение математической моде-
ли на отдельные частные модели;
6)	поиск последовательности реше-
ния задачи;
7)	получение численных значений
выходных параметров.
Реализацию этапов будем иллю-
стрировать простейшими примерами.
1.Задание параметров, характери-
зующих объект проектирования, и за-
висимостей между ними.
При этом могут рассматриваться
различные проектные задачи, определён-
ные на одном и том же множестве основ-
ных параметров, характеризующих лета-
тельный аппарат КА, но различающиеся
своей постановкой. В качестве примера
рассмотрим следующие две альтернатив-
ные задачи.
Задача 1. Определить параметры
комплексной двигательной установки
(КДУ), предназначенной для придания
заданной полезной нагрузке необходимой
характеристической скорости.
Задача 2. Определить массу полез-
ной нагрузки, которой с помощью суще-
ствующей КДУ может быть сообщена
необходимая	характеристическая
скорость.
Обе рассматриваемые задачи харак-
теризуются единым множеством пара-
метров:
тклу ~ масса КДУ, заправленной
компонентами топлива;
nij. - масса топлива, заправленного
в КДУ;
тк - масса конструкции КДУ;
-	стартовая масса КА;
тпи - масса полезной нагрузки (за
нее принят КА без КДУ);
-	удельный импульс топлива и
двигателя;
5 - конструктивная характеристика
КДУ (рассматриваемой как ракетный
блок);
Vx - потребная характеристическая
скорость для проведения манёвров;
z - число Циолковского;
р - отношение стартовой массы КА
к массе полезной нагрузки.
Параметры являются элементами
множества
U :U = {т0,тпи,игь,тТ,тк,ДУ,w,z,s,р}
Зависимости, связывающие указан-
ные параметры, для последующей фор-
мализации постановки задачи в терминах
ПОС, обозначим буквами vc числовыми
индексами:
(аП
v, : z = ехр - ;
w J
5-1
v2-p = z—;
s-z
V3-mKA =тпнР',
У4:тКДУ=тК/1-т1111;	(•)
5-1
v5:mr=-------т
s
vb-mK=mKjiy~mT
85

Указанные зависимости в теории
проблемно-ориентированных систем
принято называть отношениями. В дан-
ном случае имеется множество отноше-
ний V = {v,,z = 1,б}
Совокупность множеств U и V
образует математическую модель КДУ.
Связь между элементами модели показа-
на на схеме, приведенной на рис. 1.
Под вершины нижнего ряда схемы
приведены соответствующие им зависи-
мости (1).
z = ехр (Kr/Лд) р = z (2 -1)/ (s - z) ткл- тпнр
ткду - ткл - тпн тт ~ ткду (-S -1) / s	тк - ткду - т?
Рис. 1. Схема связей между параметрами и отношениями математической модели
2.	Постановка проектной задачи.
Постановка задачи осуществляется
путём выделения из множества парамет-
ров U подмножества входных парамет-
ров Uex (заданных величин) и множества
выходных параметров Ueblx (искомых
величин).
В задаче 1 даны:	- масса
полезной нагрузки; Ууд - удельный
импульс топлива и двигателя; 5 - кон-
структивная характеристика КДУ; Vx-
потребная характеристическая скорость
для проведения манёвров.
Необходимо определить: /иаду -
массу заправленной КДУ; тг - массу
топлива, заправленного в КДУ; шк- мас-
су конструкции КДУ; тКА - стартовую
массу КА.
Таким образом,
U ex =	Jуд’	} ’
^вЫх={'«едУ’/иг»^,^}-
В задаче 2 даны значения таду, тг,
тк, Vx, Jyff; необходимо определить
значения tnK/i, mm, s.
Следовательно, здесь
Uвх = {тКДУ ’ тТ > тК ’	’ ^УД } ’
ивЫх={тКА^ПН^}.
3.	Проверка корректности задачи.
Как известно [1], задача поставлена
корректно, если число уравнений в
составленной математической модели не
превышает числа переменных.
Входные параметры являются кон-
стантами, и после подстановки их значе-
ний в уравнения математической модели
в этих уравнениях останутся только обо-
значения параметров-переменных
(выходных параметров и результатов
промежуточных вычислений). Поэтому
удаление из модели обозначений вход-
ных параметров позволяет проверить её
корректность.
На рис. 2 и 3 приведены схемы свя-
зей между переменными и отношениями
моделей для задачи 1 и задачи 2. Они
получены из схемы, представленной на
рис. 1, в результате исключения из неё
вершин, соответствующих входным
параметрам. Для задачи 2 исключена
также вершина v6, соответствующая
шестому уравнению, которое при данной
постановке задачи превратилось в тожде-
ство. Заливкой на рис. 2 и 3 выделены
выходные параметры.
86

Рис. 2. Схема связей между переменными и отношениями для задачи 1
z = exp (Ух/Jy^) p=z(s-V)/(s- z)
гпка = тпнр
тпкду — Мкл - тпн тт ~ ткду ($ -1) / 5
Рис. 3. Схема связей между переменными и отношениями для задачи 2
Можно видеть, что для обеих рас-
сматриваемых задач число переменных
равно числу отношений (1), следователь-
но, задачи поставлены корректно.
4.	Определение для каждой пере-
менной уравнения, из которого она
может быть найдена.
Каждая переменная, используемая в
задаче, может фигурировать в нескольких
уравнениях. Но, при данном наборе ис-
ходных данных, найдена она может быть
только из одного уравнения или системы
уравнений. В корректной задаче суще-
ствует хотя бы один полный набор пар
типа «уравнение-переменная», ставящий
в соответствие каждой переменной урав-
нение (систему уравнений), из которых
она может быть выражена [1].
Указанный набор пар для задачи 1
приведен на рис. 3, где утолщёнными ли-
ниями показаны связи в каждой паре.
Рис.4. Набор пар «уравнение-переменная» для задачи 1
При этом в задаче 1 существует
только один вариант полного набора; при
любом другом варианте получаются не-
используемые уравнения и переменные,
не связанные ни с одним из уравнений.
Так, для варианта, приведенного на
рис. 5, переменная тк не связана ни с
одним из уравнений модели и не может
быть найдена, а первое из уравнений не
связано ни с одной переменой, т.е. не
87

определено, какая переменная из него
может быть получена.
Рис.5. Некорректный набор пар «уравнение-переменная» для задачи 1
Для задачи 2 существуют два вари-
наборов пар «уравнение-
переменная», представленные
и 7.
на рис. 6
анта полных
Рис.6. Набор пар «уравнение-переменная» для задачи 1 (вариант 1)
Можно видеть, что пары z------>ц,
р----->t>2 и 5--->v5 определены одно-
значно, но пары -------------->v3 и
ры --------->vA и тпн----->t>3 ; при этом
набор пар по-прежнему останется пол-
ным.
Рис.7. Набор пар «уравнение-переменная» для задачи 1 (вариант 2)
88

На практике поиск полного набора
пар осуществляется с помощью методов
теории графов, рассмотренных ниже.
5.	Разбиение математической мо-
дели на отдельные частные модели.
Математическая модель объекта
проектирования может включать десятки
и сотни уравнений, поэтому для решения
проектной задачи необходимо опреде-
лить, какие из уравнений, входящих в ма-
тематическую модель (общую систему
уравнений), образуют подсистемы урав-
нений и, следовательно, должны решать-
ся совместно, а какие являются отдель-
ными уравнениями.
Выделить подсистемы уравнений
можно, сравнив все возможные варианты
полных наборов пар «уравнение-
переменная». Подсистемы образуются
теми подгруппами пар, в которых связи
между уравнениями и переменными от
набора к набору изменяются.
В задаче 1, для которой существует
единственный полный набор пар, все
уравнения являются независимыми, что
касается задачи 2, то в ней имеется под-
система уравнений, которая на рис. 8 вы-
делена прямоугольником.
Рис.8. Подсистема уравнений в задаче 2
6.	Поиск последовательности
решения задачи.
После разделения математической
модели на подсистемы уравнений и неза-
висимые уравнения необходимо опреде-
лить последовательность их решения.
Будем обобщенно называть каждую под-
систему или одиночное уравнение бло-
ком; уравнения, образующие каждый та-
кой блок, решаются независимо от дру-
гих. Задача данного этапа состоит в том,
чтобы упорядочить набор выделенных
блоков таким образом, чтобы, переходя
последовательно от одного из них к дру-
гому, можно было найти решение для
каждого блока.
Последовательности решения задач
1 и 2 приведены на рис. 9 и 10 соответ-
ственно, где каждый блок выделен пря-
моугольником. Стрелка, исходящая из
вершины, соответствующей каждому
уравнению, обозначен тот факт, что при
решении данного уравнения будет полу-
чено значение переменной, в которую эта
стрелка входит. Стрелка же, исходящая
из вершины соответствующей той или
иной переменной, показано, что найден-
ное значение этой переменной использу-
ется в уравнении, в вершину которого
стрелка входит.
89

Рис.9. Последовательность решения задачи 1
Рис. 10. Последовательность решения задачи 2
Можно видеть, что для первой
задачи уравнения должны решаться
последовательно, в порядке их записи в
системе (1). Для решения же второй зада-
чи вначале решаются первое и пятое
уравнения, полученные значения пере-
менных z и s подставляются во второе
уравнение, а затем решается система,
состоящая из третьего и четвертого урав-
нений, для чего используется найденное
значение р .
Для поиска полного набора пар
также эффективно использование
методов теории графов.
7.	Получение численных значе-
ний выходных параметров.
Данный этап реализуется с помо-
щью численных методов решения урав-
нений.
Описанная выше методика разра-
ботки ПОС автоматизированного проек-
тирования может быть реализована с
использованием методов теории мно-
жеств и теории графов [1,2], что позволя-
ет в дальнейшем автоматизировать
процесс решения проектных задач.
Рассмотрим методы теории графов,
используемые для решения задачи, со
ссылкой на описанные этапы решения.
Построение двудольного графа
(этап 3). В терминах теории графов,
схема связей между параметрами и
отношениями математической модели
объекта проектирования, приведенная на
рис. 1, представляет собой двудольный
граф G = (J7, И, Е). Множество рёбер Е
этого графа обладает тем свойством, что
одна из вершин каждого ребра принад-
лежит множеству U (далее - м-вершина),
а другая - множеству V (v-вершина).
После удаления из графа G вершин,
соответствующих входным параметрам, в
нём остаются остаются только и-
вершины, принадлежащие подмножеству
U' = U\Uex, и v-вершины, принадлежа-
щие подмножеству V'={ v: U(v) с U'},
где U(у)- множество переменных, свя-
занных отношением v, а также соответ-
90

ствующие ребра Е' с Е . Проверка кор-
ректности поставленной задачи выполня-
ется на полученном графе
Построение паросочетания
(этап 4). Построение рассмотренного
выше набора пар «переменная-
отношение» выполняется в результате
решения задачи о паросочетании. Паро-
сочетанием называется такое подмноже-
ство М ребер графа, в котором никакие
два ребра не имеют общей вершины.
Паросочетание, имеющее наибольшее
число ребер, называется максимальным, а
паросочетание, содержащее наибольшее
возможное число рёбер графа - полным.
Доказано, что класс задач АГ = ((/’, Г')
корректно определен тогда и только то-
гда, когда в его графе существует полное
паросочетание Л/; такое паросочетание
соответствует полному набору пар
«переменная-отношение».
Задача о построении максимального
паросочетания может быть сведена к
задаче о нахождении максимального
потока в транспортной сети. Для опреде-
ления такой сети к множеству вершин
двудольного графа G' = (£/',К',Е')необ-
ходимо добавить две фиктивные верши-
ны, 5 (источник) и t (сток), задать на
рёбрах графа направления от 5 к t
(рис. 11,12) и присвоить каждому из рё-
бер единичный вес. Максимальный поток
полученной транспортной сети из вер-
шины 5 в вершину t может быть найден с
помощью известных методов - например,
метода Форда-Фалкерсона [3].
Совокупность рёбер, обеспечиваю-
щая протекание максимального потока,
образует максимальное паросочетание.
На рис. 11 и 12 представлены транспорт-
ные сети и максимальное паросочетание
для проектных задач 1 и 2 соответствен-
но. Рёбра максимального паросочетания
изображены утолщёнными линиями.
Рис. 11. Транспортная сеть и максимальное паросочетание для задачи 1
91

Рис. 12. Транспортная сеть и максимальное паросочетание для задачи 2
Можно видеть, что полученные па-
росочетания соответствуют полным
наборам пар, показанным соответственно
на рис. 4 и 6.
Нахождение сильносвязных ком-
понент графа (этап 5). Нахождение не-
зависимых подсистем уравнений выпол-
няется в результате определения так
называемых сильносвязных компонент
графа, которые соответствуют ранее рас-
смотренным блокам. Поиск сильносвяз-
ных компонент графа может быть выпол-
нен с помощью алгоритма Косарайю [4].
Рассмотренный укрупнённый алго-
ритм решения проектной задачи с
использованием проблемно-ориентиро-
ванной системы был реализован в
программном комплексе, разработанном
на языке программирования Java. Ком-
плекс позволяет ставить и решать
проектные задачи, в которых фигурируют
сотни параметров и уравнений; в
перспективе возможности комплекса
ограничиваются только вычислительны-
ми возможностями компьютера.
Комплекс даёт возможность рассчиты-
вать проектные параметры как отдельных
систем, так и КА в целом.
Для иллюстрации результатов его
работы на рис. 13 показано диалоговое
окно, в котором приведен результат
расчёта массогабаритных характеристик
КА ДЗЗ.
Программный комплекс позволяет
вести обмен данными с системами
твердотельного моделирования и специа-
лизированными программами расчёта
целевых показателей КА.
Выводы.
1.	Предложены методические осно-
вы разработки автоматизированной
системы, позволяющей в интерактивном
режиме изменять постановки проектных
задач, проводить уточнения проектных
параметров и оперативно получать необ-
ходимые результаты для формирования
проектного облика космических аппара-
тов дистанционного зондирования Земли.
2.	Рассмотренная методика решения
проектной задачи с использованием про-
блемно-ориентированной системы реали-
зована в программном комплексе, разра-
ботанном на языке программирования
Java.
3.	Использование проблемно-
ориентированной системы позволяет, по
сути дела, реализовать при выборе ос-
новных проектных параметров КА так
называемую концепцию точного попада-
ния без составления целевых функций и
решения задач математического
программирования.
92

Рис. 13. Результат расчёта характеристик КА ДЗЗ
Библиографический список:
1.	Друшляков Ю.И. Теоретические
основы программирования: учебное
пособие [Текст] / Ю.И. Друшляков,
И.В. Ежова. - М.: МАИ, 1986. - 60 с.
2.	Оре О. Теория графов. - М.:
Наука, 1968.-358 с.
3.	Кормен, Томас X. и др. Алгорит-
мы: построение и анализ, 3-е изд. / Кор-
мен, Томас X. и др. - М.: ООО «И.Д. Ви-
льямс», 2013. - 1328 с.
4.	Седжвик Р. Фундаментальные ал-
горитмы на C++. Часть 5: Алгоритмы на
графах: Пер. с англ. / Роберт Седжвик. —
СПб.: ДиаСофтЮП, 2002. — 496 с.
5.	Alexander S. Kucherov, Vladimir I.
Kurenkov, Artem A. Yakishik. Spacecraft
Designing with the Aid of Problem-Oriented
System Integrated with 3D Design Sys-
tem//Proceedings of 6th International
Conference on Recent Advantages in Space
Technologies. June 12-14, 2013, Istanbul,
Turkey. - P. 523-526.
References:
1.	Drushlyakov U. I. Teoreticheskie
osnovi programmirovania: uchebnoe
posobie / U. I.Drushlyakov, LV.Ezova. - M.:
MAI, 1986. - 60 s. [Drushlyakov U. I.
Theoretic foundations of computer
programming / U. I.Drushlyakov, LV.Ezova.
- M.: MAI, 1986.-60 p.]
2.	Ore O. Teoriya graphov - M.:
Nauka, 1968. - 358 s. [Ore O. Graph theory
M.: Nauka, 1968.-358 p.]
3.	Kormen D., Nomas H. i dr. Algo-
ritmy: postroenie i analis, 3-e izd.-M.: ООО
“I.D. Wilyams”, 2013.-1328 s. [Kormen D.,
Nomas H. et al. Algorithms: composition
and analysis, 3-d ed. ,-M.: PubL House “I.D.
Wilyams”, 2013.-1328 p.
4.	Sedgewick R. Algorithms in C++,
Third Edition.- PubL House “DiaSoft”,
2001.-496 p.
5.	Alexander S. Kucherov, Vladimir I.
Kurenkov, Artem A. Yakishik. Spacecraft
Designing with the Aid of Problem-Oriented
System Integrated with 3D Design Sys-
tem//Proceedings of 6th International Con-
ference on Recent Advantages in Space
Technologies. June 12-14, 2013, Istanbul,
Turkey. - P. 523-526.
93

METODOLOGICAL BASIS OF ENGINEERING OF SPACECRAFT
AUTOMATED DESIGN PROBLEM-ORIENTED SYSTEM
© 2015 N.R. Stratilatov1, V.I. Kurenkov2, A.S. Kucherov2, A.A. Yakishik2
*JSC «SRC «Progress», Samara
2 Samara State Aerospace University, Samara
The subject is methodological basis of the automated design system engineering. The system provides inter-
active variation of the design tasks setting, detailing of design parameters, and on-line determination of results nec-
essary for formation of land-remote satellites conceptual design. Illustrative examples are provided.
Spacecraft, design tasks setting, borrowed elements, input and output parameters, multivariance, formaliza-
tion, problem-oriented system.
Информация об авторах:
Стратилатов Николай Ремирович, кандидат технических наук, главный конструк-
тор, начальник отделения АО «РКЦ «Прогресс», e-mail: mail@samspace.ru.
Область научных интересов: проектирование, моделирование целевого функциони-
рования, надежность ракет-носителей и космических аппаратов наблюдения.
Куренков Владимир Иванович, доктор технических наук, профессор, профессор
кафедры летательных аппаратов Самарского государственного аэрокосмического универ-
ситета, e-mail: kvi.48@mail.ru.
Область научных интересов: проектирование, моделирование целевого функциони-
рования, надежность ракет-носителей и космических аппаратов наблюдения.
Кучеров Александр Степанович, кандидат технических наук, доцент, начальник
учебного отдела Самарского государственного аэрокосмического университета, e-mail:
ask@ssau.ru.
Область научных интересов: проектирование, моделирование целевого
функционирования и надежность космических аппаратов наблюдения, исследование
операций.
Якищик Артём Андреевич, аспирант кафедры летательных аппаратов Самарского
государственного аэрокосмического университета, e-mail: vakischik@mail.ru.
Область научных интересов: проектирование, моделирование целевого функциони-
рования ракет-носителей и космических аппаратов наблюдения.
Stratilatov Nikolay Remirovich, candidate of technical sciences, chief designer, head of
design division of JSC SRC Progress, e-mail: mail@samspace.ru.
Area of research: design, modeling the target operation and reliability of spacecraft,
operational research.
Kucherov Alexander Stepanovich, candidate of technical sciences, associate professor,
head of academic division, Samara State Aerospace University, e-mail: ask@ssau.ru.
Area of research: design, modeling the target operation and reliability of spacecraft,
operational research.
Kurenkov Vladimir Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, professor of the
spacecraft department of Samara State Aerospace University, e-mail: kvi.48@mail.ru.
Area of research: design, modeling the target operation, reliability of carrier rockets and
observation spacecraft.
Yakischik Artyom Andreevich, postgraduate of the spacecraft department of Samara
State Aerospace University, e-mail: vakischik@mail.ru.
Area of research: design, modeling the target operation of carrier rockets and observation
spacecraft.
94

УДК 629.7
ОЦЕНКА ПЕРСПЕКТИВ РЕАЛИЗАЦИИ НА ПРАКТИКЕ
ПРОМЫШЛЕННОГО КОСМИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА
©2015 О.Ф. Садыков2, А.И. Шулепов*
'Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика
С.П. Королёва (Национальный исследовательский университет), г. Самара
2АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Разработан проект промышленного космического комплекса по производству изделий в услови-
ях космического пространства. На основе промышленного комплекса и космической транспортной си-
стемы рассмотрена космическая система.
Ключевые слова: Авиационно-космический комплекс, межорбитальный буксир, ядерная энерге-
тическая установка, промышленный модуль
С начала космической эры человек
искал возможность практического ис-
пользования свойств космического про-
странства во благо себе. Это и невесо-
мость, и глубокий вакуум, и низкие тем-
пературы. Использование этих свойств
позволит изготовить продукцию с замеча-
тельными характеристиками, превыша-
ющие характеристики земных аналогов.
Космическая система (КС) - мно-
гофункциональная космическая система,
в которой и орбитальные средства, и
средства выведения многократного ис-
пользования. Структурная схема КС
представлена на рис. 1.
Многофункциональность КС скла-
дывается из функций систем, составляю-
щих её. Каждая система КС спроектиро-
вана для решения своих задач независимо
от задач, которые поставлены перед КС в
целом.
Основные принципы, используе-
мые при проектировании КС.
1.	Промышленный принцип. Пере-
ход с экспериментальной и опытной
аппаратуры на многоразовую и многоце-
левую промышленную аппаратуру
серийного образца, используемую на
Земле и в космосе.
2.	Финансовый принцип. Экономи-
ческая целесообразность, высокая рента-
бельность и быстрая окупаемость для
частных инвесторов. Данный принцип
используется при проектировании КС в
целом и её систем по отдельности.
3.	Принцип безопасности. Полное
обеспечение экологической безопасности
и безопасности персонала при работе с
ядерными элементами на Земле, на орби-
тах ближнего и дальнего космоса.
4.	Принцип законности. Государ-
ство подготавливает перечень законов,
обязательных условий и правил работы в
данной сфере деятельности и является
гарантом их соблюдения. Перечень зако-
нов, условий и правил работы обязателен
для исполнения всеми сторонами.
Состав КС:
1.	Промышленный Космический
Комплекс;
2.	Космическая Транспортная Си-
стема;
3.	Центр Управления Полетом.
95

Рис. 1 Структурная схема КС
(Двухсторонние стрелки показывают взаимосвязь составных частей КС)
Рис. 2 ПКК
Рис. 3 МБ
Рис. 4 АКК
96

Промышленный	Космический
Комплекс.
Промышленный	Космический
Комплекс (ПКК) - многофункциональ-
ный многоразовый космический ком-
плекс по производству разнообразной
продукции в условиях космического про-
странства, изготовление которой на Зем-
ле не возможно или не целесообразно.
Компоновочная схема ПКК показана на
рис. 2.
Состав ПКК.
1. Промышленно-Энергетический
Орбитальный Комплекс (ПЭОК-3-01);
2. Единая Система Контроля (ЕСК)
(входит в состав ЦУП КС).
Промышленно-Энергетический Ор-
битальный Комплекс (ПЭОК-3-01) - мо-
дульное орбитальное средство, выпол-
ненное из набора промышленного и энер-
гетического модулей и несущих кон-
струкций с коммуникациями, узлами
крепления и стыковки, обеспечивающи-
ми его функционирование, целостность
конструкции, возможность соединения и
разделения модулей, их замену при тех-
ническом обслуживании и ремонте.
Единая Система Контроля (ЕСК) -
совокупность взаимосвязанных техниче-
ских и программных средств, обеспечи-
вающих реализацию автоматизирован-
ных процессов контроля состояния бор-
товой аппаратуры и целевого оборудова-
ния на ПЭОК-3-01, и управления их
функционированием, а также для приема
всей информации с орбитального ком-
плекса, ее регистрации, полной обработ-
ки, хранения и представления потребите-
лям.
Промышленное производство на
ПЭОК состоит из 3 направлений:
1.	Космическая металлургия;
2.	Полупроводниковые материалы;
3.	Медико-биологические препара-
ты.
Состав Промышленно-Энергети-
ческого Орбитального Комплекса
(ПЭОК-3-01).
1.	Промышленный Модуль (ПМ);
2.	Энергетический Модуль (ЭМ);
3.	Единый Бортовой Комплекс
Управления Промышленно-Энергети-
ческим Орбитальным Комплексом (ЕБКУ
ПЭ ОК-3-01) (входит в состав ЕСК).
Промышленный Модуль (ПМ) -
Модуль орбитального комплекса ПЭОК-
3-01, где совокупность взаимосвязанных
технических и программных средств,
обеспечивают реализацию автоматизиро-
ванных процессов производства, кон-
троля и складирования продукции со-
гласно целевой аппаратуре.
ПМ состоит из логистического
(ЛМ), производственного (ПМ) и обеспе-
чивающего (ОМ) модулей. С помощью
комплекса транспортного оборудования с
программным обеспечением ЛМ произ-
водится перенос материалов с ОМ в раз-
личные производственные модули. В
производственном модуле комплекс це-
левого оборудования с программным
обеспечением проводит технологическую
операцию, согласно целевому оборудова-
нию. По окончанию технологической
операции, оборудование ЛМ транспорти-
рует материал либо в следующий произ-
водственный модуль согласно техноло-
гическому маршруту, либо в ОМ.
По плану работы ПМ или по коман-
де от внешнего источника с ОМ происхо-
дит выгрузку готового материала в гру-
зовой отсек орбитального самолета АКК.
Энергетический Модуль (ЭМ) -
Модуль орбитального комплекса ПЭОК-
3-01, предназначенный для генерирова-
ния и накопления энергии, ее преобразо-
вания, стабилизации и обеспечивающий
коммуникацию с потребителями энергии.
Основой ЭМ является ядерная энергети-
ческая установка. На сегодняшний день
рассматриваются два класса ЯЭУ для
применения в космосе: первый класс -
создание космической платформы с ЯЭУ,
основанной на турбомашинном принципе
выработки энергии. Данную платформу
проектируют и изготавливают Центр
Келдыша в кооперации с предприятиями
госкорпорации “Росатом” для проекта
“Транспортно-Энергетический Модуль” с
ЯЭУ электрической мощности от 500 до
1000 кВт. Второй класс - космические
платформы с ЯЭУ термоэлектрического и
термоэмиссионного типа. КБ “Арсенал”
проектирует и изготавливает данный вид
97

платформы, в ОАО “Красная Звезда” раз-
работан и испытан в части ключевых
технологий параметрический ряд тер-
моэмиссионных ЯЭУ второго поколения
с значениями полезной электрической
мощности от 30 до 500 кВт.
Космическая транспортная система.
Космическая транспортная система
(КТС) - многоразовая космическая си-
стема, предназначенная для выполнения
транспортных функций.
Многократность использования
КТС заключается в повторном примене-
нии основных узлов подсистем КТС по-
сле комплекса испытаний и проверок
(при необходимости).
Многофункциональность КТС за-
ключается в исполнении большого круга
транспортных функций, а именно:
1.	Доставка ПГ с поверхности Зем-
ли на опорную орбиту в 200 км.;
2.	Доставка ПГ с опорной орбиты на
другие орбиты;
3.	Доставка ПГ на орбитальное
средство;
4.	Доставка ПГ на планеты Солнеч-
ной системы;
(в	п. 1-4 подразумевается возвраще-
ние средств выведения и средств достав-
ки в исходные точки отправки).
7.	Спасение космонавтов в экстрен-
ных случаях.
Состав КТС:
1.	Многоцелевая	Авиационно-
Космическая Система (МАКС);
2.	Орбитальная	Группировка
Межорбитальных Буксиров (ОГМБ);
3.	ЦУП КТС (входит в состав ЦУП
КС).
МАКС и ОГМБ могут работать и в
единой системе, дополняя друг друга, и
по отдельности, решая частные задачи.
Многоцелевая	Авиационно-
Космическая Система.
Многоцелевая	Авиационно-
Космическая Система (МАКС) - косми-
ческая система, предназначенная для
транспортировки полезного груза с по-
верхности Земли на орбиту высотой 200
км (опорная орбита).
Состав МАКС:
1.	Авиационно-Космический Ком-
плекс (АКК);
2.	Наземный Комплекс Управления
ОГМБ (НКУ ОГМБ) (входит в состав
ЦУП КТС);
3.	Наземный Специальный Ком-
плекс ОГМБ (НСК ОГМБ) (входит в со-
став ЦУП КТС).
Авиационный космический ком-
плекс (АКК) - космический комплекс, в
котором средством выведения и старто-
вым комплексом орбитальных техниче-
ских средств является самолет. АКК
принципиально новый вариант вывода
полезной нагрузки на орбиту Земли.
Принципиальная схема работы АКК сле-
дующая. Самолет-носитель (СН) с раке-
той космического назначения на своём
борту взлетает на высоту 10-12 км. На
данной высоте происходит разделение
РКН с СН. На РКН включаются РД и
РКН выводят ПГ на заданную орбиту. СН
после разделения с РКН совершает по-
садку на аэродром для следующего за-
пуска. Данная схема двухступенчатая:
СН - 1 ступень, РКН с ПГ - 2 ступень.
Состав АКК.
1.	Самолет - носитель;
2.	Внешний топливный бак;
3.	Орбитальный самолет.
Первая ступень АКК - тяжелый
транспортный реактивный самолет - но-
ситель (СН) грузоподъёмностью 200
тонн. Вторая ступень - внешний топлив-
ный бак и беспилотный орбитальный са-
молет. Компоновочная схема АКК пока-
зана на рис. 4.
Орбитальная Группировка Межор-
битальных Буксиров.
Орбитальная Группировка Межор-
битальных Буксиров (ОГМБ) - космиче-
ский комплекс, предназначенный для
транспортировки полезного груза на вы-
сокие орбиты с опорной орбиты.
Состав ОГМБ.
1.	Группировка Межорбитальных
Буксиров, количеством от 1 до N (N - це-
лое число);
2.	Наземный Комплекс Управления
ОГМБ (НКУ ОГМБ) (входит в состав
ЦУП КТС);
98

3.	Наземный Специальный Ком-
плекс ОГМБ (НСК ОГМБ) (входит в со-
став ЦУП КТС).
Межорбитальный буксир (МБ) -
транспортное орбитальное средство,
предназначенное для буксировки полез-
ных грузов. МБ выполнено из набора мо-
дулей и несущих конструкций с комму-
никациями, узлами крепления и стыков-
ки, обеспечивающими его функциониро-
вание, целостность конструкции, воз-
можность соединения и разделения мо-
дулей, их замену при техническом об-
служивании и ремонте. Компоновочная
схема МБ показана на рис. 3.
МБ имеет две модификации, разли-
чающиеся по классу ракетных двигате-
лей. Первая модификация - МБ с жид-
костным РД, вторая модификация - МБ с
плазменными РД.
Источник электроэнергии на борту
МБ - ядерная энергетическая установка,
соответствующая требуемой мощности.
Приборно-агрегатный модуль - мо-
дуль МБ, предназначенный для размеще-
ния аппаратуры и элементов системы
управления, телеметрической и обеспе-
чивающей аппаратуры и агрегатов. Кон-
структивно-компоновочная схема при-
борно-агрегатного модуля не зависит от
модификации МБ.
Объединенная двигательная уста-
новка и система коррекции МБ устанав-
ливаются в соответствии с модификаци-
ей.
План работа космической системы.
1.	Подготовка АКК и старт. Вывод
ОС с ПГ на опорную орбиту (200 км.).
2.	На данной орбите находится (или
в ближайшее время подойдет) межорби-
тальный буксир. Модификация межорби-
тального буксира будет зависеть от вре-
мени доставки ПГ на орбиту назначения.
На опорной орбите происходит стыковка
ОС с МБ.
3.	Транспортировка ОС на орбиту
назначения с помощью средств МБ.
4.	На орбите назначения происхо-
дит стыковка ОС с обеспечивающим мо-
дулем ПКК. Загрузка ПГ на борт про-
мышленного модуля и выгрузка готовой
продукции из ПМ на борт ОС.
5.	Расстыковка ОС с ОМ ПКК.
6.1 Плановая работа ПКК.
6.2 Транспортировка ОС на опор-
ную орбиту с помощью средств МБ.
7. Расстыковка ОС с МБ.
8.1 Посадка ОС с ПГ на поверх-
ность Земли в автоматическом режиме.
8.2 Дальнейшие передвижения МБ
будет зависеть либо от заложенной в
ЦЭВМ МБ программы передвижения,
либо от команд, передаваемых от внеш-
них источников.
9. Доставка готовой продукции за-
казчику/потребителю.
Библиографический список:
1.	Лозино-Лозинский Г.Е.,
Братухин А.Г. "Авиационно-космические
системы". - М.: Изд-во МАИ, 1997. -
419 с.: ил.;
2.	Гущин В.Н. “Основы устройства
космических аппаратов”, “Машинострое-
ние”, 2003 г.;
3.	Сердюк В.К. “Проектирование
средств выведения космических аппара-
тов”, “Машиностроение”, 2009 г.;
4.	Дмитриев В.Г., Каргопольцев
В.А., Маврицкий В.И., Вермель В.Д. и др.
"Проблемы создания перспективной
авиационно-космической техники".
М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005 г.
References:
1.	Lozino-Lozinski G.E.,
Bratukhin A.G. "Aerospace Systems". - M .:
Publishing House of the MAI, 1997. -
419 p.: ill.;
2.	Guschin V. N. "the Basis of the
device of space vehicles”, "Engineering",
2003;
3.	Serdjuk V. К “Designing of means
of the ascent of space vehicles”, "Engineer-
ing", 2009;
4.	Dmitriev V. G., Kargopoltsev V. A.,
Mavritsky V. И, Vermel V. D., etc. "Prob-
lems of creation of perspective aerospace
engineering." - M: PHYSMATHEMLIT,
2005.
99

ESTIMATION OF PROSPECTS OF REALIZATION IN PRACTICE OF THE INDUS-
TRIAL SPACE COMPLEX
©2015 O.F. Sadykov2, A.I. Shulepov1
’Samara State Aerospace University
2 JSC «SRC «Progress», Samara
The project of an orbital complex is developed for manufacture of materials, half-finished products and fin-
ished articles in the conditions of space: a high vacuum, weightlessness, low temperatures. Also versions transport
and a power system are considered.
Key words: The aerospace complex, interorbital tug, nuclear power plant, industrial unit
Информация об авторах:
Садыков Олег Фирдависович, инженер-конструктор 3 категории АО «РКЦ
«Прогресс», аспирант кафедры Летательных Аппаратов, СГАУ, 443086, Россия, г. Самара,
Московское ш. 34, т. 8-927-704-9427, oleg sadykov@bk.ru.
Область научных интересов: авиационно-космические системы, космические энер-
гетические системы, космическое производство.
Шулепов Александр Иванович, доцент, доцент кафедры Летательных Аппаратов,
СГАУ, 443086, Россия, г. Самара, Московское ш. 34, т. 267-46-88.
Область научных интересов: авиационно-космические системы, ракетные двигатели
малой тяги.
Sadykov Oleg Firdavisovich, design engineer 3 categories, JSC "SRC" Progress", gradu-
ate student Flight Vehicles, SSAU, 443086, Russia, Samara, Moscow highway, 34,
tel.: 8-927-704-9427,oleg sadykov@bk.ru.
Area of research: Aerospace systems, power systems, processing of materials in space.
Shulepov Alexander Ivanovich, senior lecturer, senior lecturer of chairs of flight vehicles,
SSAU, 443086, Russia, Samara, Moscow highway, 34, tel.: 267-46-88.
Area of scientific interests: aerospace systems, rocket engines of small thrust.
100

УДК 778.533(088.8)
ПРОЕКТИРОВАНИЕ АДАПТИВНОГО К ДЕЙСТВИЮ
ГРАДИЕНТОВ ТЕМПЕРАТУР РАЗМЕРОСТАБИЛЬНОГО
КОРПУСА КОСМИЧЕСКОГО ТЕЛЕСКОПА
©2015 Р.Н. Ахметов, Н.Р. Стратилатов, А.Н. Шайда, А.С. Нонин, А.С.Ткаченко
АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Изложен метод проектирования размеростабильных корпусов космических телескопов, позволяющий
получить простые и надежные корпуса космических телескопов адаптивные к действию градиентов темпе-
ратур.
Ключевые слова: размеростабильный корпус, телескоп
В современной космической техни-
ке при проектировании и создании кос-
мических телескопов (КТ), работающих
при различных температурах, возникает
термооптическая аберрация увеличения и
расфокусировки оптической системы, за
счет изменения размеров силового кор-
пуса, связывающей оптическую систему.
Особенно актуальна эта задача при
разработке ферм силовых космических
телескопов КА дистанционного зондиро-
вания Земли.
Одним из путей уменьшения изме-
нения размеров корпусов КТ, обуслов-
ленных воздействием неравномерного
поля температур, является использование
конструктивных элементов, выполнен-
ных из материалов с низким коэффици-
ентом линейного расширения, типа ИН-
ВАР, а=0,8-10‘6 1/°С, у=8,2 г/см3, высоко
термостабильный композиционный мате-
риал на основе углепластиков типа
КМУ-4Л, а=110'6 1/°С, 7=1,6 г/см3.
Уменьшить температурные дефор-
мации можно также за счёт создания тре-
буемого теплового режима, обеспечива-
ющего снижение перепадов температур
на корпус телескопа, за счёт применения
активных и пассивных средств обеспече-
ния теплового режима [1].
Однако указанные способы умень-
шения изменения размеров приводят к
усложнению конструкции, снижению её
надёжности и, как правило, к увеличению
массы. Применение неметаллических ма-
териалов на основе углепластиков не
позволяет в полной мере обеспечить до-
статочную геометрическую стабильность
корпуса конструкции телескопа по таким
параметрам как длина и ширина, по-
скольку эти характеристики напрямую
зависят от значения коэффициентов ли-
нейного расширения применяемого по-
лимерного композитного материала, ко-
торые являются нестабильными, хотя и
имеет малую величину.
Таким образом, существует потреб-
ность в простом и надёжном способе
обеспечения размерной стабильности
корпусов КТ.
Задача решается путем снижения
веса, упрощения технологии изготовле-
ния, уменьшения стоимости изготовле-
ния с обеспечением стабильности про-
дольных и поперечных линейных разме-
ров фермы силовой КТ в неравномерном
поле температур без увеличения дефоку-
сировки КТ. Предлагаемая ферма силовая
КТ состоит из продольных, поперечных и
диагональных цилиндрических размеро-
стабильных при действии температур
стержней, соединенных между собой в
узлах пересечения, при этом продольные,
поперечные и диагональные стержни вы-
полнены составными, соединенными
между собой торовой эллиптической
оболочкой по большей оси, при этом то-
ровая эллиптическая оболочка заполнена
термометрической жидкостью, причем
геометрические размеры каждого из со-
ставных цилиндрических стержней, то-
ровой эллиптической оболочки, характе-
ристики применяемых материалов и фи-
101

зические свойства термометрической
жидкости связаны соотношением:
4,26 • Ь(р - ЗаД(0,06а4 + R[  5?)
11	а2(1
где L - суммарная длина любого из со-
ставных стержней; Ь, а - малая и большая
полуоси поперечного сечения торовой
эллиптической оболочки; R/ - радиус
срединной поверхности торовой эллип-
тической оболочки; 3/ - толщина торовой
эллиптической оболочки; об, аг - коэф-
фициенты линейного расширения мате-
риала торовой эллиптической оболочки и
стержня соответственно; ft - коэффициент
объемного расширения термометриче-
ской жидкости; р - коэффициент Пуассо-
на материала торовой эллиптической
оболочки; г] - коэффициент, учитываю-
щий упругость торовой оболочки в ме-
стах ее соединения с цилиндрическими
стержнями.
Библиографический список:
1.	Фомин Г.Е. Проектирование
адаптивных к действию градиентов тем-
ператур размеростабильных силовых
конструкций летательных аппаратов
[Текст]/ Фомин Г.Е., Шайда А.Н.,
Байкин В.Д./ Полет,- 2000,- №06,- С.
42-45.
2.	Биткин В.Е. Особенности проек-
тирования стержневых размеростабиль-
ных крупногабаритных космических кон-
струкций [Текст] / Биткин В.Е., Сальни-
ков И.В., Шайда А.Н./ Сборник научно-
технических статей по ракетно-
космической тематике,- 1991,- С. 43-49.
3.	Фомин Г.Е. Проектирование раз-
мерностабильных стержневых конструк-
ций рефлекторов антенн, адаптивных к
действию градиентов температур [Текст]
/ Фомин Г.Е., Шайда А.Н./ Сборник
научно-технических статей по ракетно-
космической тематике.- 1991.- С. 61-64.
References:
1.	Fomin G.E. Designing of dimen-
sionstable spacecraft load-bearing units
adapted to temperature gradient effect. /
Fomin G.E., Shayda A.N., Baykin
V.D./Polet.-2000.-N6.-P.42-45.
2.	Bitkin V.E. Designing characteris-
tics of rod, dimensionstable and bulky space
constructions. /Bitkin V.E., Salnikov I.V.,
Shaida A.N. /Collected scientific and tech-
nical papers on space-rocket subject.-1991.-
P.43-49.
3.	Fomin G.E. Designing of dimen-
sionstable rod reflector-type parasitics con-
structions, adapted to temperature gradient
effect. /Fomin G.E., Shayda A.N. / Collected
scientific and technical papers on space-
rocket subject.-1991 .-P.61 -64.
DEVELOPMENT OF LOAD-BEARING FRAMES OF SPACE TELESCOPES WITH
INVARIABLE DIMENSIONS ADAPTIVE TO TEMPERATURE GRADIENTS
©2015 R.N. Ahmetov, N.R. Stratilatov, A.N. Shayda, A.S. Nonin, A.S. Tkachenko
JSC «SRC «Progress», Samara
The article describes a method used to design dimensionstable frames of space telescopes. The mentioned
method allows to have simple and robust frames of space telescopes, which may be adapted to temperature gradients
impact.
Key words: dimensionstable frame, telescope
102

Информация об авторах:
Ахметов Равиль Нургалиевич, д.т.н., первый заместитель генерального директора
- генеральный конструктор АО «РКЦ «Прогресс».
Стратилатов Николай Ремирович, к.т.н., главный конструктор - начальник отде-
ления проектных и научно-исследовательских разработок КК и КА АО «РКЦ «Прогресс».
Шайда Анатолий Николаевич, ведущий инженер-конструктор АО «РКЦ
«Прогресс», т. 228-91-52
Область научных интересов: проектирование адаптивных к действию градиентов
температур и анизотропных конструкций.
Нонин Александр Сергеевич, заместитель начальника отдела АО «РКЦ
«Прогресс», аспирант кафедры автоматических систем энергетических установок, СГАУ,
443086, Россия, г. Самара, Московское ш. 34, т. 8-927-701-63-51, aleksandr-nonin@mail.ru.
Область научных интересов: проектирование перспективных конструкций ракетно-
космической техники.
Ткаченко Александр Сергеевич, ведущий инженер-конструктор АО «РКЦ «Про-
гресс», т. 8-927-655-01-44, tkachenko-as@bk.ru.
Область научных интересов: проектирование перспективных конструкций ракетно-
космической техники.
Ahmetov Ravil Nurgalievich, doctor of technical sciences, the first deputy of the general
director - general designer.
Stratilatov Nikolay Remirovich, candidate of technical sciences, chief designer - head of
space systems and satellites design and research division, JSC SRC ’’Progress”.
Shayda Anatoly Nikolaevich, leading design engineer, JSC SRC ’’Progress”.
Area of search: designing of adapted to temperature gradient effect and anisotropic con-
structions.
Nonin Alexander Sergeevich, deputy chief of department, graduate student of Automatic
systems of energy devices of Samara State Aerospace University, aleksandr-nonin@mail.ru,
tel. 8-927-701-6351.
Area of search: designing of perspective space-rocket equipment constructions.
Tkachenko Alexander Sergeevich, leading design engineer, JSC SRC “Progress”,
tkachenko-as@bk.ru, tel. 8-927-655-0144.
Area of search: designing of perspective space-rocket equipment constructions.
103

УДК 629.78
МЕТОДИКА РАЗМЕЩЕНИЯ ВНЕШНИХ УСТРОЙСТВ КОСМИЧЕСКИХ
АППАРАТОВ ДЗЗ С УЧЁТОМ ЦЕЛЕВОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
©2015 Р.Н. Ахметов1 , Л. Б. Шилов1 , В.И. Куренков2, А.А.Якищик2
'АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
2Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика
С.П.Королёва (национальный исследовательский университет), г. Самара
В работе представлена методика, позволяющая проводить выбор мест и углов установки внешних
устройств космических аппаратов (КА) дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Оценка критериальных
параметров при размещении внешних устройств КА осуществляется с помощью программного обеспечения,
построенного на основе моделирования целевого функционирования КА с учётом программных и
стохастических разворотов.
Ключевые слова: космический аппарат, дистанционное зондирование Земли, целевые характеристики,
проектные характеристики, внешние устройства, критериальные параметры, моделирование, целевое
функционирование, программное обеспечение
Современные космические аппара-
ты (КА) детального оперативного ди-
станционного зондирования Земли (ДЗЗ)
характеризуются наличием большого ко-
личества внешних устройств. К таким
элементам относятся солнечные батареи,
радиаторы охлаждении, звёздные датчи-
ки, антенны высокоскоростной радиоли-
нии, передающие устройства межспутни-
ковой лазерной системы передачи ин-
формации, антенны системы спутнико-
вой навигации и др.
Одной из важных задач на началь-
ных этапах проектирования является
размещение внешних устройств на кор-
пусе КА, оказывающих существенное
влияние на проектный облик КА и целе-
вые характеристики космической систе-
мы (КС) (производительность съёмки,
оперативность доставки видеоинформа-
ции на Землю, точность привязки коор-
динат снимка и др.), а также на частные
показатели эффективности бортовых си-
стем (среднесуточная мощность солнеч-
ной батареи, мощность системы терморе-
гулирования и др.).
Решение задачи размещения внеш-
них устройств на КА зависит от множе-
ства факторов, в т.ч. от особенностей це-
левого функционирования КА. Особен-
ности задачи заключаются в сложном
программном угловом движении КА во-
круг центра масс в процессе орбитально-
го полёта, поскольку снимаемые участки
земной поверхности произвольным обра-
зом расположены относительно трассы
полёта КА в полосе обзора. В результате
в процессе полёта стохастически меняет-
ся положение ВУ относительно внешних
объектов (ВО) как астрофизических
(Солнце, звезды), так и искусственных
(спутник-ретранслятор, навигационные
спутники). Соответственно изменяется
эффективность функционирования внеш-
них устройств в течение орбитального
полета КА. Для солнечных батарей (СБ)
и радиаторов охлаждения (РО) изменяет-
ся освещенность Солнцем, для антенных
устройств (АУ) - зона радиовидимости,
для звездных датчиков (БОКЗ) - зона об-
зора звездного неба. Таким образом, воз-
никают задачи выбора мест установки
ВУ на КА с учетом их функционирования
в условиях переменного положения при
работе КА.
Аналитическим путем решить та-
кую задачу практически не удается, по-
этому на начальных этапах проектирова-
ния, как правило, используется эмпири-
ческий подход. Отметим, что известны
аналитические модели для выбора опти-
мального угла установки неориентируе-
мых солнечных батарей КА [1], однако
эти модели пригодны только для солнеч-
104

но-синхронных орбит и не учитывают
стохастический характер разворотов КА
при целевом функционировании.
В целом, существующие методики
решения данной задачи имеют ограниче-
ния по номенклатуре рассматриваемых
внешних устройств КА, по количеству
учитываемых факторов, не позволяют
проводить оценку критериальных пара-
метров в динамике, в том числе не позво-
ляют учитывать стохастический характер
разворотов КА в процессе целевого
функционирования. Предлагаемый алго-
ритмический подход к размещению
внешних устройств на низкоорбитальных
КА наблюдения в литературе не встреча-
ется.
Целью работы является создание
методического и программного обеспе-
чения для выбора на начальных этапах
проектирования мест установки и про-
странственной ориентации внешних
устройств на КА ДЗЗ на основе модели-
рования орбитального движения и разво-
ротов КА по целевому функционирова-
нию с учётом назначения каждого от-
дельного устройства, взаимного экрани-
рования и критериев выбора.
В качестве критериев использова-
лись:
максимальное среднесуточное
значение косинуса угла между нормалью
к плоскости панели СБ и направлением
на Солнце (cos а —> max).
максимальное среднесуточное
значение относительного времени
нахождения антенны ВРЛ в зоне радио-
видимости с НППИ (7^”/ —> max );
-	максимальное значение среднесу-
точное значение относительного времени
нахождения оптических головок МЛСПИ
в зоне радиовидимости со спутником-
ретранслятором (Тм™сПИ —> max).
-	максимальное значение среднесу-
точного относительного времени попада-
ния звёздного неба в поле зрения оптиче-
ского блока звёздного координатора
(С^тах);
-	максимальное значение среднесу-
точного относительного времени види-
мости с борта КА не менее заданного (к)
количества навигационных спутников
(Т>к max ).
В работе использованы методы
имитационного моделирования орби-
тального движения, оценки условий це-
левого функционирования, программных
и случайных разворотов КА ДЗЗ, взаимо-
действия с другими объектами орбиталь-
ной группировки. Для решения частных
задач использовались методы твёрдо-
тельного моделирования, методы объект-
но-ориентированного программирования,
аналитические и статистические методы
моделирования.
Ниже представлены сведения о не-
которых разработанных моделях для вы-
бора мест и углов установки внешних
устройств КА ДЗЗ.
1.	Математические модели и ал-
горитм для оценки среднесуточного
косинуса угла (альфа) между направле-
нием на Солнце и нормалью к плоско-
сти панели солнечных батарей (СБ).
Разработаны модели для неподвиж-
ных панелей СБ, расположенных произ-
вольно на корпусе КА, в том числе и мо-
дели для неориентированного полёта.
Расчётные схемы представлены на рис. 1.
На этом рис. введены следующие обозна-
чения: п - единичный вектор (вектора)
нормали к плоскости панели СБ; S -
единичный вектор направления на Солн-
це; гУ и у - углы тангажа и крена КА; уи
- угол поворота панели по крену;
ОБхБуБгБ - базовая система координат
КА. Оптическая ось телескопа совпадает
с осью О, А'..
b о
В качестве базовых были выбраны
известные модели, которые усовершен-
ствованы, во-первых, с точки зрения при-
вязки к конкретным конструктивным
схемам и базовым координатам КА и, во-
вторых, с точки зрения осуществления
расчёта среднего косинуса угла альфа в
базовой системе координат КА, а не в не-
подвижной геоцентрической (что требует
меньшего количества пересчёта коорди-
нат точек конструкции КА), в-третьих, в
разработке самостоятельных алгоритмов,
105

Рис. 1. Схемы для расчёта среднесуточного угла альфа
Рис. 2. Расчётные схемы КА с радиатором охлаждения
106

применимых в задачах имитационного
моделирования.
2.	Математические модели и ал-
горитмы для оценки критериального
параметра при выборе предпочти-
тельных мест установки радиаторов
охлаждения.
Расчётные схемы КА с радиатором
охлаждения показаны на рис. 2.
На каждом шаге имитационного
моделирования орбитального полёта и
программных разворотов КА в базовой
системе координат определяются косину-
сы углов £ между единичным вектором
направления на Солнце 5 и векторами
пи. В конце оценивается относительное
время воздействия Солнца на РО (со
средним косинусом угла £ в каждый
момент времени) за время (t) имитации
полёта КА
7'ro"(/)=-E(A,cosr«<)=77^E д,ЁЕл,сох<,
4=0	* • <*ро /=() \ /1 /О	J
3.	Модели и алгоритмы для оцен-
ки критериального параметра при вы-
боре мест установки устройств высо-
коскоростной радиолинии (ВРЛ).
Расчётные схемы КА с ВРЛ и ви-
димости наземных пунктов приёма ин-
формации (НППИ) показаны на рис. 3.
Рис. 3. Расчётные схемы КА с ВРЛ и видимости НППИ
107

В базовой системе координат КА
строится единичный вектор а к плоско-
ния направленной антенны КА наблюде-
ния и НППИ в условиях взаимной види-
сти полупространства, в котором антен- мости Тр™ =tPB/t.
ны не затенены элементами конструкции
КА. В каждый момент времени имитации
орбитального движения рассчитываются
координаты единичного вектора у
направления луча от КА ДЗЗ к НППИ и
проверяется условие их взаимной види-
мости с учётом степени затенения антенн
корпусом КА и его элементами. Рассчи-
тывается относительное время нахожде-
< >рбмга КА
Рис. 4. Расчётная схема КА с МЛСПИ и схема орбитального движения СР
В базовой системе координат КА
строятся единичные вектора а к плоско-
сти полупространства, в котором головки
МЛСПИ не затенены элементами кон-
струкции КА. Если условие взаимной ви-
димости выполняется, то определяются
координаты СР и КА ДЗЗ в геоцентриче-
ской гринвичской системе координат и
рассчитываются координаты единичного
вектора F направления луча от КА ДЗЗ к
СР. Определяется относительное время
4.	Модели и алгоритмы для оцен-
ки относительного времени взаимной
видимости передающих устройств
МЛСПИ и спутника-ретранслятора.
Расчётная схема КА с оптическими
головками МЛСПИ и схема орбитального
движения спутника-ретранслятора (СР)
показаны на рис. 4.
радиовидимости КА ДЗЗ и СР
Тот" -1 It
'ср 1ср/1 •
5.	Модели и алгоритмы для оцен-
ки критериального параметра при вы-
боре мест и углов установки звёздных
координаторов (БОКЗ).
Расчётная схема КА с БОКЗ и схема
для оценки попадания Земли в апертуру
звёздного датчика показаны на рис. 5.
108

Рис. 5. Расчётная схема КА с БОКЗ и схема затенения звёздного датчика
Рассчитывается относительное вре-
мя попадания звёздного неба в поле зре-
ния БОКЗ
пОтн
БОКЗ
t	t
/=<)<=0
t
где Д/(.; и Д/.(. соответственно шаги рас-
чёта по времени, когда солнечные лучи и
Земля попадали в поле зрения БОКЗ.
Расчёт производится с учётом воз-
можности попадания Солнца и Земли в
поле зрения БОКЗ (с помощью расчётов
координат вектора направления оптиче-
ской оси датчика <т и единичного векто-
ра направления на Солнце (X).
6.	Модели и алгоритм для оценки
критериального параметра при выборе
предпочтительных мест установки
антенн системы спутниковой навига-
ции (ССН).
Расчётная схема КА с антеннами
ССН и схема для оценки видимости
навигационных спутников (НС) показаны
на рис. 6.
109

Рис. 6. Расчётная схема КА с антеннами ССН и видимости СР
Построены модели для оценки фак-
та взаимной видимости антенн ССН КА и
НС. Рассчитывается относительное время
видимости с антенных устройств КА
наблюдения не менее к НС:
Г>* =(X^Z>*)A ’ где ’ приращение
только тех шагов расчёта по времени, в
которых выполнялось условие видимости
более заданного количества НС.
Для использования моделей, приве-
дённых выше, проведено совершенство-
вание методического обеспечения моде-
лирования целевого функционирования
космических аппаратов ДЗЗ. Некоторые
их таких моделей приведены ниже.
Модели для определения факта
нахождения КА в световом пятне.
Ранее использовалась модель, в ко-
торой для определения границ светового
пятна следовало проводить массу допол-
нительных расчётов.
На рис. 7 слева представлена схема для
построения более экономичной модели.
Область поверхности Земли, находящей-
ся в световом пятне, располагается внут-
ри подвижного конуса с вершиной в цен-
тре Земли и образующими, направлен-
ными на границу светового пятна. Полу-
чено условие нахождения точки D на по-
верхности Земли с координатами (pD и
/lD в световом пятне с углом полураство-
ра, равным центральному углу Земли
асп 
|arccos[sin(^z ) sin(^, ) + cos(^z ) cos(^n J -cos^, — zlz)j| < acu ’
где (p7 и - координаты центра свето-
вого пятна.
110

Рис. 7. Схемы для оценки нахождения КА в световом пятне и в тени
Модель для определения факта
нахождения КА в тени Земли.
Расчётная схема представлена на
рис. 7 справа. Учитывая, что центр свето-
вого пятна (точка Z) и центр области тени
(точка 7) находятся на диаметрально про-
тивоположных сторонах поверхности
Земли, получаем условие нахождение КА
в тени
|arccos[sin (р,.)  sin (<рк,) + cos (<р,)  cos( <рк) • cos (Лк, - Я,. )]| < аТ
Модели и алгоритмы для оценки
взаимной видимости КА.
Здесь представлены математические
модели и алгоритмы для оценки взаим-
ной видимости КА, в которых не требу-
ется определять пространственные коор-
динаты спутника-ретранслятора и решать
трансцендентные уравнения. Такие моде-
ли относительно просты и применимы в
составе комплекса для имитационного
моделирования орбитального полета и
целевого функционирования космиче-
ских аппаратов.
Построены следующие модели и
алгоритмы для оценки:
-	взаимной видимости КА ДЗЗ и
навигационного спутника (НС);
видимости спутника-
ретранслятора с низкоорбитального
КА ДЗЗ;
-	взаимной видимости двух КА на
основе трассировки луча видимости.
Расчётные схемы приведены на
рис. 8.
111

Рис. 8. Расчётные схемы для оценки взаимной видимости КА
Разработано программное обеспе-
чение (ПО) для расчёта критериальных
параметров при размещении внешних
устройств КА ДЗЗ. В качестве базового
использовано программное обеспечение
[2], разработанное для оценки целевых
показателей эффективности КА ДЗЗ.
Программа разработана в среде програм-
мирования Delphi ХЕ2 с использованием
объектно-ориентированного подхода,
может быть использована только в опе-
рационной среде Windows. Для трехмер-
ной визуализации использовалась плат-
форма создания приложений FireMonkey.
С помощью данного ПО можно
проводить оценки критериальных пара-
метров для установки СБ, РО и внешних
устройств ВРЛ, МЛСПИ, БОКЗ и ССН и
количества навигационных спутников,
видимых с борта КА ДЗЗ. ПО предусмат-
ривает возможность построения твёрдо-
тельных моделей КА и внешних
устройств, визуализацию процесса полё-
та, программных и разворотов КА, име-
ющих стохастический характер. Резуль-
таты расчёта представляются в окнах
программы в виде интегральных значе-
ний критериальных параметров и в виде
графиков в зависимости от времени ими-
тации орбитального полёта и целевого
функционирования КА ДЗЗ, в том числе
в виде математического ожидания, дис-
персии, функций распределения и плот-
ности распределения, а также в виде ди-
намически изменяющихся диаграмм. На
рис. 9 приведены окно редактора для со-
здания упрощенной твёрдотельной моде-
ли КА и окно задания параметров орбит
КА, СР и НС.
112

Рис. 9. Окна редактора модели КА и задания параметров орбит
Проведено тестирование программ-
ного обеспечения. Показана адекватность
используемых моделей на основе:
-	проверок совпадения результатов
расчёта с помощью разработанных про-
грамм и вручную для многих частных
расчётных случаев;
-	визуализации трёхмерных моделей
КА, орбитального полёта и целевых раз-
воротов:
-	проверок непротиворечивости ре-
зультатов при отслеживании изменения
результатов при смещении исходных
данных.
Приведены результаты апробации
предлагаемой методики.
На рис. 10 в качестве примера при-
ведены твёрдотельные упрощенные мо-
дели КА ДЗЗ с различной ориентацией
панелей СБ. Схемы поворотов панелей
солнечной батареи КА изображены на
рис. И. Углы установки плоскости пане-
лей СБ равны 0 (рис. И, а), +30°
(рис. 11, б) и -30° (рис. 11, в).
Рис. 10. Схемы расположения панелей СБ на КА
113

Табл. 1. Значения среднего косинуса угла альфа
Q,°	Вид съёмки	Среднесуточное значение cos а		
		Yu =-30"	Г//=0"	/„-+30"
30	На восходящем витке после полудня	0.220	0.371	0.429
210	На нисходящем витке после полудня	0.224	0.360	0.424
0	На восходящем витке в полдень	0.324	0.388	0.349
180	На нисходящем витке в полдень	0.309	0.386	0.343
-30	На восходящем витке до полудня	0.425	0.380	0.256
150	На нисходящем витке до полудня	0.428	0.368	0.249
Анализируя результаты, приходим к
выводу, что лучший угол установки па-
нелей СБ зависит от параметров орбит.
Например, при долготе восходящего узла
орбиты 30° лучший угол установки пане-
лей СБ равен +30°.
Выводы
1.	Разработаны новые математиче-
ские модели и алгоритмы для оценки
критериальных параметров при выборе
предпочтительных мест установки и ори-
ентации внешних устройств КА ДЗЗ с
учётом назначения каждого отдельного
устройства, его геометрии, экранирова-
ния корпусом и другими внешними
устройствами КА.
2.	Усовершенствованы существую-
щие и разработаны новые модели целево-
го функционирования космических аппа-
ратов ДЗЗ в части оценки условий функ-
ционирования КА при имитационном
моделировании орбитального движения и
разворотов КА ДЗЗ в процессе съёмки, в
том числе и разворотов, имеющих стоха-
стический характер.
3.	Разработано новое программное
обеспечение для оценки критериальных
параметров при выборе предпочтитель-
ных мест установки и ориентации внеш-
них устройств КА ДЗЗ с учётом имита-
ции орбитального движения и разворотов
КА по целевому функционированию.
Проведена проверка адекватности разра-
ботанных моделей.
4.	Разработана методика выбора
мест установки и ориентации внешних
устройств космических аппаратов ДЗЗ.
Достоверность результатов подтвержда-
ется результатами внедрения разработан-
ного методического и программного
обеспечения в практику проектирования
АО «РКЦ «Прогресс».
Библиографический список:
1. Дмитриев, Г.А. Выбор опти-
мального угла установки неориентиру-
емых солнечных батарей КА, находя-
щегося на круговой солнечно-
синхронной орбите [Текст] / Дмитриев
Г.А. - Москва: Институт космических
исследований РАН. // Материалы вто-
рой Всероссийской конференции «Со-
временные проблемы дистанционного
зондирования Земли из космоса»
(Москва, 16-18 ноября 2004 г.). С 91.
2. Куренков, В.И. Основы устрой-
ства и моделирования целевого функ-
ционирования космических аппаратов
наблюдения [Текст]: учеб, пособие
/ В. И. Куренков, В. В. Салмин, Б. А.
Абрамов. - Самара: Изд-вл СГАУ,
2007, - 296 с.
References:
1. Dmitriev, G.A. Selection of the
optimum installation angle of the non-
orientable solar panels of the spacecraft,
located in a circular sun-synchronous orbit
[Text] / Dmitriev G.A. - Moscow: Space
Research Institute of Russian Academy of
Sciences. // Proceedings of the second
Russian conference “Modem problems of
remote sensing of the Earth from space”
(Moscow, 16-18 November 2004). P.91.
2. Kurenkov, V.L Basics of the device
and modeling of target functioning of
observation spacecraft [Text] / manual /
V.I.Kurenkov, V.V.Salmin, B.A.Abramov. -
Samara: Publishing company SSAU, 2007, -
296p.
114

THE METHOD OF PLACEMENT OF EXTERNAL DEVICES OF SPACECRAFTS
REMOTE SENSING THE EARTH WITH CONSIDERATION TAKING INTO
ACCOUNTTARGET FUNCTIONING
©2015 R.N. Ahmetov1, L.B. Shilov1, V.I. Kurenkov2, A.A. Yakishchik2
1 JSC «SRC «Progress»,Samara
2Samara State Aerospace University named after academician
S.P. Korolev (National Research University), Samara
The paper presents a methodology that allows to choose locations and installation angles of the external
devices of spacecrafts remote sensing the Earth. Evaluation of the criteria parameters at the location of external
devices of spacecrafts is carried out using software based on simulation of target functioning of spacecraft taking
into account program and stochastic reversals.
Key words: spacecraft, remote sensing of the Earth, target characteristics, design characteristics, external
devices, criteria parameters, simulation, target Junctioning, software
Информация об авторах:
Ахметов Равиль Нургалиевич - доктор технических наук, Первый заместитель
Генерального директора - Генеральный конструктор АО «РКЦ «Прогресс» (г. Самара),
E-mail: csdb@samtel.ru.
Область научных интересов: проектирование, конструирование, отработка и
эксплуатация ракетно-космической техники.
Шилов Лев Борисович - заместитель главного конструктора - заместитель
начальника отделения АО «РКЦ «Прогресс» (г. Самара), E-mail: shillev58@vandex.ru.
Область научных интересов: проектирование космических аппаратов
дистанционного зондирования Земли.
Куренков Владимир Иванович, доктор технических наук, профессор, профессор
кафедры космического машиностроения Самарского государственного аэрокосмического
университета, e-mail: kvi.48@mail.ru.
Область научных интересов: проектирование, моделирование целевого
функционирования, надежность ракет-носителей и космических аппаратов наблюдения.
Якищик Артём Андреевич, аспирант кафедры космического машиностроения
Самарского государственного аэрокосмического университета, e-mail: vakischik@mail.ru.
Область научных интересов: моделирование целевого функционирования
космических аппаратов наблюдения.
Ahmetov Ravil Nurgalievich - doctor of technical Sciences, First Deputy of General
Director - General designer JSC “SRC “Progress”, (Samara), e-mail: csdb@samtel.ru.
Research interests: designing, engineering, development and operation of rocket and space
technology.
Shilov Lev Borisovich - Deputy of chief designer, Deputy of head of Department JSC
“SRC “Progress”, (Samara), e-mail: shillev58@vandex.ru.
Research interests: designing of spacecraft remote sensing the Earth/
Kurenkov Vladimir Ivanovich, doctor of technical Sciences, Professor, Professor of
space engineering at Samara State Aerospace University, e-mail: kvi.48@mail.ru.
Research interests: designind, simulation of target functioning, the reliability of boosters
and observation spacecrafts.
Yakishchik Artem Andreevich, postgraduate student of the Department of space
engineering at Samara State Aerospace University, e-mail: vakischik@mail.ru.
Research interests: modeling of target functioning of observation spacecrafts.
115

УДК 621.396.6:629.78
ПРОБЛЕМНЫЕ ВОПРОСЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ СБОЕУСТОЙЧИВОСТИ И
ОТКАЗОУСТОЙЧИВОСТИ ИЗДЕЛИЙ РАЗРАБОТКИ АО «РКЦ «ПРОГРЕСС»
ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ТЗЧ И ВЭП КП
©2015 Е.А. Буренина, А.С. Дементьев, Е.В. Чурилин, А.А. Брагин
АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Приведены результаты решения и проблемные вопросы задачи обеспечения сбоеустойчивости и от-
казоустойчивости изделий разработки АО «РКЦ «Прогресс и их бортовой аппаратуры, а также программно-
го обеспечения вычислительных средств бортовых систем.
Ключевые слова: тяжелые заряженные частицы и высокоэнергетичные протоны космического про-
странства, сбоеустойчивость, отказоустойчивость, программное обеспечение
Представлены основные результаты
работ, выполненных специалистами АО
«РКЦ «Прогресс» в обеспечение сбое- и
отказоустойчивости изделий и их БА при
воздействии тяжелых заряженных частиц
(ТЗЧ) и высокоэнергетичных протонов
(ВЭП) космического пространства (КП).
Совместная работа специалистов
АО «РКЦ «Прогресс» с ведущими специ-
алистами организаций промышленности
и МО РФ, а также испытательных цен-
тров позволила обеспечить отказоустой-
чивость БА и изделий разработки АО
«РКЦ «Прогресс» в целом к наиболее ча-
сто встречающимся видам одиночных
эффектов, а именно «тиристорным» эф-
фектам в КМОП ИС и пробоям подза-
творного диэлектрика в МДП - структу-
рах.
Продолжаются работы в части
обеспечения отказоустойчивости ЭКБ к
другим видам одиночных эффектов при
воздействии ТЗЧ и ВЭП КП.
Проводятся работы по обеспечению
сбоеустойчивости и отказоустойчивости
в условиях воздействия ТЗЧ и ВЭП КП
программного обеспечения, размещаемо-
го во встроенных вычислительных сред-
ствах бортовых систем изделий разработ-
ки АО «РКЦ «Прогресс». Представлены
результаты работ по обеспечению сбое-
устойчивости и отказоустойчивости мо-
дулей памяти БА разработки АО «НИИ
ТП».
PROBLEMS OF PROVIDING FAULT TOLERANCE OF PRODUCTS DEVELOPED
BY JSC SRC PROGRESS UNDER EXPOSURE OF HEAVY CHARGED PARTICLES
AND HIGH-ENERGY PROTONS IN SPACE
©2015 E.A. Burenina, A.S. Dement’ev, E.V. Churilin, A.A. Bragin
JSC «SRC «Progress», Samara
The article describes problems of providing fault tolerance of products developed by JSC SRC Progrecc and
their onboard equipment as well as software of onboard systems computing devices, and results of solving those
problems..
Keywords- heavy charged particles and heavy charged particles of space, fault tolerance, software
Информация об авторах:
Буренина Екатерина Андреевна, к.ф.-м.н., ведущий инженер-конструктор,
АО «РКЦ «Прогресс», 443009 Россия, г. Самара, ул. Земеца, 18 тел. 276-11-84,
csdb@samspace.ru.
116

Дементьев Александр Сергеевич, зам. начальника отдела, АО «РКЦ «Прогресс»,
443009 Россия, г. Самара, ул. Земеца, 18 тел. 276-11-84, csdb@samspace.ru.
Чурилин Евгений Валерьевич, начальник отдела, АО «РКЦ «Прогресс», 443009
Россия, г. Самара, ул. Земеца, 18 тел. 228-52-53, csdb@samspace.ru.
Брагин Алексей Александрович, инженер-конструктор 2 категории,
АО «РКЦ «Прогресс», 443009 Россия, г. Самара, ул. Земеца, 18 тел. 276-11-84,
csdb@samspace.ru.
Burenina, Ekaterina Andreevna, Cand. Sci. Phys.-Math., leading design-engineer,
JSC «SRC «Progress», 443009 Russia, Samara, ul. Zemetsa, 18, tel. 276-11-84,
csdb@samspace.ru.
Dement’ev, Aleksandr Cergeevich, deputy head of department, JSC «SRC «Progress»,
443009 Russia, Samara, ul. Zemetsa, 18, tel. 276-11-84, csdb@samspace.ru.
Churilin, Evgenii Valer’evich, head of department, JSC «SRC «Progress», 443009
Russia, Samara, ul. Zemetsa, 18, tel. 228-52-53, csdb@samspace.ru.
Bragin, Aleksei Aleksandrovich, design-engineer of the 2nd category,
JSC SRC Progress, 443009 Russia, Samara, ul. Zemetsa, 18, tel. 276-11-84,
csdb@samsnace.ru.
117

УДК 629.78
АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОМБИНИРОВАННЫХ БЛОКОВ ВЫВЕДЕНИЯ,
ВКЛЮЧАЮЩИХ ХИМИЧЕСКИЙ РАЗГОННЫЙ БЛОК И ЭЛЕКТРОРЕАКТИВ-
НЫЙ ТРАНСПОРТНЫЙ МОДУЛЬ, В ЗАДАЧАХ ТРАНСПОРТИРОВКИ ПОЛЕЗ-
НЫХ НАГРУЗОК НА ГЕОСТАЦИОНАРНУЮ ОРБИТУ
© 2015 В.В. Салмин, К.В. Петрухина, А.С. Русских, А.А. Кветкин
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего
образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени
академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)", г. Самара
Рассмотрены комбинированные схемы выведения полезных нагрузок на геостационарную орбиту.
Проведен анализ проектно-баллистических параметров схем выведения космического аппарата на целевую
орбиту с помощью ракет-носителей легкого, среднего и тяжелого классов. Разработана трехмерная модель
комбинированного блока выведения и проверены условия его размещения с полезной нагрузкой под голов-
ным обтекателем ракеты-носителя.
Ключевые слова: космический аппарат, комбинированная двигательная установка, химический раз-
гонный блок, электрореактивный транспортный модуль, геостационарная орбита
Актуальной проблемой космиче-
ской техники является увеличение масс
полезных нагрузок, выводимых на рабо-
чую орбиту с помощью блока выведения,
входящего в состав космической транс-
портной системы.
Использование на космическом ап-
парате (КА) комбинации двигателей
большой и малой тяги обеспечивает воз-
можность доставки на целевые орбиты
КА со значительно большей массой по-
лезной нагрузки (ПН), чем при использо-
вании традиционных средств выведения.
Анализ показывает, что существен-
ный выигрыш в массе полезной нагрузки
достигается в такой области параметров
космического маневра, где химический
разгонный блок и электрореактивный
транспортный модуль доставляют на ра-
бочую орбиту примерно одинаковые по-
лезные нагрузки. Применительно к раз-
личным типам космических маневров по-
казано, что повышение эффективности
космической транспортной системы за
счет использования комбинированных
схем выведения значительно для переле-
тов на геостационарную орбиту (ГСО),
причем при существенной разнице в
наклонениях орбит выведения и геоста-
ционарной.
Проводилась сравнительная оценка
общей продолжительности перелёта и
массы полезной нагрузки, выводимой на
ГСО с использованием только двигателя
малой тяги, только двигателя большой
тяги и их комбинации (рис. 1).
При перелётеКА на ГСО с двигате-
лем большой использовался разгонный
блок «Бриз-М» (относительная масса по-
лезной нагрузки на целевой орбите со-
ставляет 0,15 за время около 3-х суток) и
разгонный блок «Фрегат» (относительная
масса полезной нагрузки на целевой ор-
бите составляет 0,11 за время около 3-х
суток).
Из рисунка 1 видно, что в диапазоне
времён от 50 до 90 суток применение
комбинированной схемы перелёта явля-
ется более предпочтительным по сравне-
нию с использованием двигателей боль-
шой и малой тяги по отдельности (отно-
сительная масса полезной нагрузки уве-
личивается до 0,25...0,30).
118

Рис. 1 - Зависимость относительной массы ПН, выводимой на ГСО, с использованием только
двигателя большой тяги - ДБТ (1 - разгонный блок «Бриз-М», 2 - разгонный блок «Фрегат»),
только двигателя малой тяги - ДМТ) и их комбинации - КДУ
Проведены расчеты проектно-
баллистических параметров при перелете
КА с КДУ на ГСО с помощью ракет-
носителей легкого, среднего и тяжелого
классов.
В качестве ракеты-носителя тяже-
лого класса рассматривалась PH
«Протон» (рис. 2) и разгонный блок
«Бриз».
Рис. 2 - PH «Протон»
В табл. 1 приведены тактико-технические характеристики PH «Протон-М».
Табл. 1 - Тактико-технические характе]	ристики PH «Протон-М» [1]
Характеристика	«Протон-М»
Состав PH	3 ступени
Стартовая масса РКН, т	~ 702
Масса ПН: на опорной орбите (Нкр=200 км, i=51,6°) на ГПО (коммерческие КА) на ГСО (федеральные КА)	~ 22 т свыше 6,0 (с РБ «Бриз-М»); 6,6 т (с КВРБ) до 3,7 т (с РБ «Бриз-М»); до 4,0 т (с КВРБ)
Основные технико-экономические характеристики РБ «Бриз-М» в составе
PH	«Протон-М»	приведены	в	табл.	2.
119

Табл. 2 - Основные технико-экономические характеристики РБ «Бриз-М» [1]
N п/п	Характеристики	РБ «Бриз-М»
1	Стартовая масса, т	21,706
2	Конечная масса, т	2,087
3	Сухая масса полностью собранного блока, т	2,316
	- в т.ч.нижний сбрасываемый отсек	0,4
	- ДТБ	0,916
4	Масса полезного груза, выводимого на ГСО, т	
	по 7-часовой схеме выведения	2,97
	по 10-часовой схеме выведения	3,18
5	Компоненты топлива (окисл./горючее)	АТ/НДМГ
6	Масса заправляемого топлива, т	19,79
7	Длина/диаметр, м	3,159/4,0
8	Индекс двигателя	С5.98
9	Тяга ДУ в вакууме, т	2,0
10	Удельный импульс ДУ в вакууме, с	325,5
11	Максимальное количество запусков ДУ	до 8
12	Продолжительность функционирования в космиче- ском пространстве, час	до 48
В качестве ракеты-носителя среднего класса рассматривалась PH «Союз-2.1а»
(рис. 3) с разгонным блоком «Фрегат».
Рис. 3 - PH «Союз-2.1а»
1 - космический аппарат; 2 - обтекатель; 3 - устройство стыковки;
4, 12, 15 - баки горючего; 5 - отсек системы управления и телеметрической системы; 6, 10, 13 - баки окис-
лителя; 7 - корпус PH; 8 - межступеннаяпроставка; 9 - отсек оборудования; 11, 14 - межбаковый отсек; 16,
19 - баки с водородом; 17 - корпус; 18 - бак с азотом; 20 - аэродинамический руль; 21 - рулевой механизм;
22 - маршевый двигатель.
Технические характеристики ракеты-носителя «Союз-2.1а» приведены в табл. 3.
120

Табл. 3 - Технические характеристики PH «Союз-2.1а»
№п/п	Характеристики	PH Союз-2.1а
1	Количество ступеней	3
2	Стартовая масса, т	307,2
3	Начальная масса, т	
	I ступени	171,85
	II ступени	96,7
	III ступени	25,4
4	Мпн, выводимая на орбиту, т Нп/На=224/262км, i=62,8 град. Нп/На=204/280 км, i=81,4 град. Нп/На=510/40000км, i=62,8 град. ГСО (оценка)	7,95 7,57 2,48(с РБ «Фрегат») 0,7
5	Масса конструкции, т	24,32
6	Длина PH, м	46,3
7	Максимальный поперечный размер, м	10,3
Внешний вид разгонного блока «Фрегат» представлен на рис. 4.
Рис. 4 - Внешний вид разгонного блока «Фрегат»
Основные массогабаритные характеристики РБ «Фрегат» приведены в табл. 4.
Табл. 4 - Основные массогабаритные характеристики РБ «Фрегат» [2]___
Характеристика	Величина
1. Начальная масса при максимальной заправке, кг	-6385
2. Конечная масса РБ, кг	-950
3. Габаритные размеры, м •	высота •	диаметр (описанный)	-1,5 -3,35
качестве ракеты-носителя легкого класса рассматривалась РЬ	«Днепр» (рис. 5).
Технические характеристики PH «Днепр» приведены в табл. 5 [3].
Табл. 5 - Технические характеристики PH «Днепр»
Характеристика	Величина
Стартовая масса, т	211
Компоненты топлива	амил + гептил
Количество ступеней	3
Диаметр PH, м	3
Длина PH, м	34
Полетная надежность	0,97
121

Головной
 -текатепь
Газодинамически
--------ЗЯРан
Пе е*однси
----*—отсек
Ад штер с КА
3-я ступень
2-я ступень
Рис. 5 - PH «Днепр»
1-я ступень
Существенно увеличить энергети-
ческие возможности PH «Днепр» позво-
ляет разгонный блок - автономный кос-
мический буксир (АКБ).
Принцип построения АКБ модуль-
ный наращиваемый с целью создания оп-
тимальной конфигурации АКБ в зависи-
мости от решаемых задач.
АКБ имеет три основные конфигу-
рации:
•	АКБ-3 - с двигательной установ-
кой на основе ЖРД (рис. 6);
•	АКБ-1 - это АКБ-3 дополненный
отделяемой твердотопливной двигатель-
ной установкой (ТДУ) (рис. 6);
•	АКБ-2 - переходная конфигура-
ция, включает ТДУ и элементы ДУ
АКБ-3.
\KK-3
\КЬ-1
Рис. 6 - Автономный космический буксир и космическая головная часть PH «Днепр» с АКБ
122

Основные характеристики АКБ приведены в табл. 6.
Табл. 6- Основные характеристики АКБ
Наименование характеристик	АКБ-1		АКБ-2	АКБ-3
Орбиты (траектории) вы- ведения	Высокоэллиптические, геопереходные, гео- стационарная, от- летные траектории к Луне, Марсу, точкам либрации		Высокоэллиптические	Круговые высотой до 2000км и эллиптические с высотой апоцентра до 15000км. Для группы КА предусмотренавоз- мож-ность расстановки
Масса сухая, кг	790		720	450
Габариты, мм: • диаметр • высота	1950 2880		1950 2880	1950 910
ДУ:				
Маршевый двигатель:				
• тип;	РДТТ	ЖРД	РДТТ	ЖРД
• тяга, Н	112000	4500	112000	4500
• удельный им- пульс, с	310	322,5	310	322,5
• система подачи топлива		Пневмона- сосная + вытесни- трпьиаа		Пневмонасосная + вытеснительная
• топливо	ОПАЛ	АТИН+Н лмг	ОПАЛ	АТИН+НДМГ
• заправка	2000-2400	150-500	2000-2400	150-500
• число включений	1	до 10	1	до 10
Двигатели ориентации и стабилизации				
• тип	ЖРД		ЖРД	ЖРД
• количество	8		8	8
• тяга, Н	111		111	111
• удельный им- пульс (пост/имп)	243/180		243/180	243/180
• система подачи	вытеснительная		вытеснительная	вытеснительная
• топливо	АТИН+НДМГ		АТИН+НДМГ	АТИН+НДМГ
• число включений	до 10 000		до 10 000	до 10 000
Время автоном- ного полета, сут.	ДО 10		до 10	до 10
Система управления	•Бесплатформенная инерциальная навигационная; •8 ЖРД малой тяги		•Бесплатформенная инерциальная навигационная; •	8 ЖРД малой тяги	•Бесплатформенная инерциальная навигаци- онная; •8 ЖРД малой тяги
Телеметрическая система	Выбирается		Выбирается	«Сириус» на первых пусках
БРК	на базе БРК «Парус- 028»		на базе БРК «Парус- 028»	на базе БРК «Парус- 028» (на первых запус- ках БРК не предусмот- рен)
123

В табл. 7 приведены результаты
расчетов проектно-баллистических пара-
метров при перелете КА с КДУ на ГСО с
помощью ракет-носителей легкого, сред-
него и тяжелого классов. КДУ включает в
себя химический разгонный блок и элек-
трореакгивный транспортный модуль
(ЭРТМ).
Основными элементами ЭРТМ яв-
ляются блок электроракетных двигате-
лей, система хранения и подачи топлива,
двигательная установка системы ориен-
тации и стабилизации, солнечные батареи
и их панели, корпус. Именно эти элемен-
ты ЭРТМ и определяют его проектный
облик и габаритно-массовые характери-
стики. Их выбор осуществлялся из суще-
ствующих и хорошо зарекомендовавших
себя в ходе эксплуатации узлов и агрега-
тов.
В качестве двигателей ЭРТМ вы-
браны стационарные плазменные двига-
тели СПД-140 разработки ОКБ «Факел»,
рабочим телом которых служит ксенон.
Для его хранения использованы баллоны
производства ФГУП «НИИмаш». Для
обеспечения блока выведения необходи-
мой электроэнергией устанавливаются
наиболее эффективные солнечные бата-
реи на основе арсенида галлия, произво-
димые ОАО «Сатурн».
Анализ результатов расчета пока-
зал, что использование комбинированно-
го блока выведения позволяет доставить
ракетой-носителем среднего класса «Со-
юз-2.б» на геостационарную орбиту по-
лезную нагрузку массой до 2400 кг,
например, КА на базе универсальной
космической платформы «Экспресс-
1000» и «Экспресс-1000Н».
По полученным данным была раз-
работана трехмерная модель комбиниро-
ванного блока выведения (рисунки 7-9) и
проверены условия его размещения с по-
лезной нагрузкой под головным обтека-
телем ракеты-носителя (рис. 10).Для ди-
намических, параметрических расчетов и
3D моделирования использовались со-
временные программные комплексы и
пакеты разработки, такие как
PRO/ENGINEER и другие.
Рис. 7 - Компоновка ЭРТМ и разгонного блока «Фрегат»
124

Рис. 8 - Конструкция ЭРТМ и солнечные батареи
Рис. 9 - ЭРТМ со сложенными солнечными батареями
Рис. 10 - Окончательная сборка космической головной части под обтекателем ракеты-носителя «Союз-
2.16» диаметром 4.11 м и длиной 11,433 м.
125

126
Таблица 7 - Проектно-баллистические параметры выведения КАна ГСО с помощью ракет-носителей разных классов
	PH тяжелого класса «Протон»+ЭРТМ-1	PH среднего класса «Союз— 2.1а» (грузоподъемностью 6900 кг)+ЭРТМ-2	PH легкого класса «Днепр»+ЭРТМ-3
Стартовая масса КА, кг	21706	6900	3700
Тяга одного ЭРД (СПД-140), мН	280	280	280
Удельный импульс ЭРД, с	2600	2600	2600
Потребляемая мощность одного ЭРД, кВт	6	6	6
Количество рабочих ЭРД	26	8	4
Площадь солнечных батарей (Ga-As), м*	565,2	173,9	87,0
Высота начальной орбиты, км	350	350	350
Наклонение начальной орбиты, град.	51,5	51,5	51,5
Большая полуось промежуточной орбиты, км	30000	28000	28000
Эксцентриситет промежуточной орбиты	0,2	0,5	0,5
Долгота восходящего узла промежуточной орбиты, град.	60	60	60
Результаты расчета			
Время перелета, сут.	63,185	51,550	43,054
Начальное ускорение, мм/с2	0,769	0,999	1,112
Время пребывания КА в радиационных поясах Земли, сут.	18,211	13,325	18,60
Время пребывания в тени Земли, сут.	0	0	0
Характеристическая скорость (для ЭРД), км/с	4,587	4,890	5,048
Масса КА на промежуточной орбите, кг	9467,118	2242,001	1007
Масса энергоустановки, кг	1560	480	240
Масса ЭРДУ, кг	46,800	14,400	7,200
Масса системы подачи и хранения рабочего тела ЭРДУ, кг	109,073	27,381	12,657
Масса полезной нагрузки, кг	4773	993	415

Табл. 8 - Проектно-баллистические параметры выведения КАна ГСО с помощью PH
«Союз-2-16» (с грузоподъемностью 8250 кг)
Исходные данные
Двигатель	СПД-140	СПД-140Д
Начальная масса КА, кг	8250	
Масса рабочего запаса ХРБ, кг	3164	
Конечная (сухая масса) ХРБ, кг	980	
Тяга двигателя ХРБ, Н	20000	
Удельная тяга двигателя ХРБ, с	328	
Тяга одного ЭРД, мН	290	180
Удельный импульс ЭРД, с	1170	2750
Потребляемая мощность одного ЭРД, кВт	4,5	4,8
Масса одного ЭРД, кг	8,5	8,5
Количество рабочих ЭРД	8	
Коэффициент резервирования ЭРД	1,5	
Удельная масса энергоустановки, кг/кВт	10	
Удельная масса системы подачи и хранения рабочего тела	0,02	
Относительная масса конструкции КА (после отделения ХРБ)	0,1	
Высота начальной орбиты, км	200	
Наклонение начальной орбиты, град.	51,5	
Большая полуось промежуточной орбиты, км	12000	
Эксцентриситет промежуточной орбиты	0,3	
Баллистические параметры перелета		
Время перелета, сут.	108,7	186,1
Моторное время, сут.	108,7	186,1
Количество витков	267	445
Характеристическая скорость (для ЭРД), км/с	3,152	6,153
Проектные параметры перелета		
Масса КА на промежуточной орбите, кг	4207	
Масса энергоустановки, кг	360	384
Масса ЭРДУ, кг	102	102
Масса системы подачи и хранения рабочего тела ЭРДУ, кг	25,1	17,2
Масса рабочего тела ЭРДУ, кг	1255	858
Масса конструкции, кг	421	
Масса полезной нагрузки, кг	2044	2425
Полная тяга, мН	2320	1440
Начальное ускорение, мм/с2	0,551	0,342
Время пребывания КА в радиационных поясах Земли, сут.	18,211	13,325
Площадь солнечных батарей, м2	130	139
127

Исходя из результатов, представ-
ленных в табл.х7 и 8, можно сделать вы-
воды:
•	При использовании PH тяжелого
класса «Протон» только с РБ «Бриз-М»
масса полезной нагрузки, доставляемой
на геостационарную орбиту, при реали-
зации трехимпульсной схемы выведения
составляет порядка 3000 кг. В случае же
использования ЭРТМ-1 на этапе довыве-
дения КА с промежуточной орбиты на
целевую массу полезной нагрузки можно
увеличить до 3500-4500 кг при средней
продолжительности перелета 50-60 суток,
или даже до 6000 кг за время порядка 100
суток.
•	При использовании PH среднего
класса «Союз-2.1а» только с РБ «Фрегат»
масса полезной нагрузки, доставляемой
на геостационарную орбиту, составляет
около 700 кг. В случае же использования
ЭРТМ-2 на этапе довыведения КА с про-
межуточной орбиты на целевую массу
полезной нагрузки можно увеличить до
800 кг при средней продолжительности
перелета 50 суток, или даже до 1700 кг за
время порядка 90 суток.
•	При использовании PH легкого
класса «Днепр» только с АКБ доставить
полезный груз на геостационарную орби-
ту невозможно. В случае же использова-
ния ЭРТМ-3 на этапе довыведения КА с
промежуточной орбиты на целевую масса
полезной нагрузки может составлять по-
рядка 250 кг при средней продолжитель-
ности перелета 35 суток, или до 1100 кг
за время порядка 130 суток.
•	При выводе ПН на PH «Союз-
2.1 б»(табл. 8) существует возможность
вывода 2425 кг на ГСО, что соответству-
ет двум спутникам связи на платформе
«Экспресс 1000К» (по 1200 кг) или одно-
го «Экспресс 1000SH» (2200 кг).
Библиографический список:
1.	http://www.federalspace.ru/465/
2.	http://ffegat-bav.narod.ru/Fregat.htm
3.	http://www.kosmotras.ru/rn dnepr/
References:
1.	http://www.federalspace.ru/465/
2.	http://fregat-bav.narod.ru/Fregat.htm
3.	http://www.kosmotras.ru/rn dnepr/
ANALYSIS OF THE EFFECTIVENESS OF THE COMBINED BUSTERS, INCLUDING
CHEMICAL UPPER STAGE AND THE ELECTRO-TRANSPORT MODULE, THE
TASK OF TRANSPORTING PAYLOADS INTO GEOSTATIONARY ORBIT
© 2015 V.V. Salmin, K.V. Petrukhina, A.S. Russkikh, A.A. Kvetkin
Samara State Aerospace University, Samara
Considered combined scheme launch payloads into geostationary orbit. The analysis of design-ballistic cir-
cuit parameters of spacecraft to the target orbit by launch vehicles light, medium and heavy classes. The developed
three-dimensional model of the combined busters and checked the conditions of his placement with payload under
nose fairing of a rocket.
Key words: the spacecraft, combined propulsion system chemical upper stage, the electro-transport module,
the geostationary orbit
Информация об авторах:
Салмин Вадим Викторович, д.т.н., профессор, заместитель заведующего кафедрой
космического машиностроения СГАУ, 443 086, Россия, г. Самара, Московское ш. 34, т. 8
(846) 267-46-88, sputnik@ssau.ru.
Область научных интересов: полеты с малой тягой, электрореактивные двигатели,
теория оптимального управления, синтез сложных технических систем.
Петрухина Ксения Вячеславовна, к.т.н., доцент кафедры космического машино-
строения СГАУ, 443 086, Россия, г. Самара, Московское ш. 34, т. 8 (846) 267-46-92,
kseniya 10.05@mail.ru,
128

Область научных интересов: полеты с малой тягой, электрореактивные двигатели,
теория оптимального управления.
Русских Антон Сергеевич, инженер кафедры космического машиностроения
СГАУ, 443 086, Россия, г. Самара, Московское ш. 34, т. 8 (846) 267-46-92,
toher007@mail.ru.
Область научных интересов: полеты с малой тягой, электрореактивные двигатели,
проектирование космических аппаратов.
Кветкин Александр Александрович , инженер кафедры космического машино-
строения СГАУ, 443 086, Россия, г. Самара, Московское ш. 34, т. 8 (846) 267-46-92,
emancipee 163 @yandex.ru.
Область научных интересов: полеты с малой тягой, электрореактивные двигатели,
проектирование космических аппаратов
Salmin Vadim Viktorovich, doctor of technical Sciences, Professor, Deputy head of the
Department of space engineering SSAU, 443 086, Russia, Samara, Moskovskoe sh. 34,
t. 8 (846) 267-46-88, sputnik@ssau.ru.
Research interests: flying low-thrust, electric propulsion, optimal control theory, the syn-
thesis of complex technical systems.
Petrukhina Ksenia Vyacheslavovna, Ph. D., associate Professor of space engineering
SSAU, 443 086, Russia, Samara, Moskovskoe sh. 34, T. 8 (846) 267-46-92,
kseniya 10.05@mail.ru.
Research interests: flying low-thrust, electric propulsion, optimal control theor.
Russkikh Anton Sergeevich, engineer of the Department of space engineering SSAU, 443
086, Russia, Samara, Moskovskoe sh. 34, T. 8 (846) 267-46-92, toher007@mail.ru.
Research interests: flying low-thrust, electric propulsion, spacecraft design.
Kotkin Alexander Alexandrovich, engineer of the Department of space engineering
SSAU, 443 086, Russia, Samara, Moskovskoe sh. 34, T. 8 (846) 267-46-92,
emancipee 163 @yandex.ru.
Research interests: flying low-thrust, electric propulsion, spacecraft design.
129

УДК 778.533(088.8)
ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ РАЗМЕРОСТАБИЛЬНОГО
КОРПУСА КОСМИЧЕСКОГО ТЕЛЕСКОПА ПРИ ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
© 2015 Ю.В. Потапова, А.Н. Шайда
АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Изложен метод проектирования корпусов космических телескопов, позволяющий получить простые и
надёжные силовые фермы, адаптивные к действию градиентов температур.
Ключевые слова: Рсимеростабильная ферма, телескоп
В современной космической техни-
ке при проектировании и создании сило-
вых конструкций корпусов космических
телескопов серьёзной проблемой, наряду
с сохранением прочности и обеспечением
жёсткости, является обеспечение их раз-
мерной стабильности в заданном направ-
лении в условиях воздействия значитель-
ных перепадов температур и механиче-
ских нагрузок.
Одним из путей уменьшения де-
формаций ферменных конструкций кор-
пусов космических телескопов в задан-
ном направлении, обусловленных воз-
действием неравномерного поля темпе-
ратур, является использование конструк-
тивных элементов, выполненных из ма-
териалов с низким коэффициентом ли-
нейного расширения (типа ИНВАР,
а=1-10'6 1/°С, у=8,2 г/см3) [1,4].
Уменьшить температурные дефор-
мации можно также за счёт создания тре-
буемого теплового режима, обеспечива-
ющего снижение перепадов температур
на конструкцию фермы телескопа, за счёт
применения активных и пассивных
средств обеспечения теплового режима
[3].
Однако указанные способы обеспе-
чения размерной стабильности приводят
к усложнению конструкции, снижению
её надёжности и, как правило, к увеличе-
нию её массы. Применение неметалличе-
ских материалов на основе углепластиков
не позволяет в полной мере обеспечить
достаточную геометрическую стабиль-
ность силовой конструкции телескопа,
поскольку эта характеристика напрямую
зависит от значения коэффициента ли-
нейного расширения применяемого по-
лимерного композитного материала, ко-
торый имеет конечную, хотя и малую,
величину.
Таким образом, существует потреб-
ность в простом и надёжном способе
обеспечения размерной стабильности
корпусов космических телескопов.
Рассматриваемый в настоящей ста-
тье метод проектирования адаптивных к
действию градиентов температур сило-
вой фермы апробирован в конструкциях
КА ДЗЗ, разрабатываемых ОАО «РКЦ
«Прогресс».
На рис. 1 изображён общий вид
фермы космического телескопа с высо-
кой геометрической стабильностью по
длине В и диаметру D при действии не-
равномерного поля температур.
130

Силовая ферма выполнена из про-
дольных, поперечных и диагональных
составных цилиндрических стержней,
соединенных между собой в узлах пере-
сечения.
На рис. 2 изображен общий вид со-
ставного размеростабильного стержня
силовой фермы.
Составной силовой стержень состо-
ит из цилиндрических стержней 1,2 дли-
ной /|, /2, толщиной 8], 82 и радиусами
срединной поверхности г\, гг. Цилиндри-
ческие стержни соединены между собой
биметаллическим кольцом с толщиной
слоев Н\, Нг и внутренним и наружным
диаметрами а, Ь.
При действии перепада температур
&=Т-То на составной стержень, цилин-
дрические стержни длиной Л, /2, удлиня-
ются (укорачиваются) на величины Д/i,
Д/г, а биметаллическое кольцо провора-
чивается на угол (р, перемещает свои края
на величину ДА в направлении противо-
положном сумме удлинений Д/= Д/| + Д/г.
На рисунках 3,4,5 изображен про-
цесс деформирования размеростабиль-
ных стержней от действия положитель-
ного и отрицательного перепадов темпе-
ратур соответственно.
Рис. 3
Исходя из рисунков 3,4,5:
ДА = т]  с • sin (р » т]  с  <р,
где с=Ь-а.
т] - коэффициент, учитывающий упру-
гость стержней в местах их соединения с
биметаллическим кольцом.
Для определения ДА, считаем фор-
му кольца неизменной, тогда и сечение
кольца можно считать недеформирую-
щимся.
Возьмем точку О (рис. 5), располо-
женную на внутреннем радиусе а в сече-
нии колец. Тогда полное перемещение
сечения кольца может быть представлено
в виде последовательных перемещений
точки О вдоль оси симметрии, перпенди-
131

кулярно к ней и поворота на угол (р около
точки О.
Перемещение кольца вдоль оси
симметрии соответствует его перемеще-
нию как жесткого целого и не вызывает
его деформаций. Поэтому это перемеще-
ние не рассматриваем. Составляющую
перемещения перпендикулярную оси
симметрии обозначим через Д и переме-
щения вследствие поворота сечения во-
круг точки О - Д<р.
Д<р = у • (р.
Радиальное перемещение точки А
равно
Д 4- у • ср, а,
Окружное относительное удлине-
ние
Д 4- у • (р
е =---------
а 4- х
Окружное напряжение для первого
кольца равно
(к + у(р \
ог = I---------ДС)	(0 < у
1	\а+х 1 /
<HJ
для второго кольца
(Ь + у(р \
<т2 = Е2 а *— a2&tj (—Н2 < у
<0)
Если разрезать кольцо осевой диа-
метральной плоскостью и рассмотреть
равновесие половины кольца, то очевид-
но, что в сечениях кольца (рис. 6) изги-
бающий момент М и нормальная сила N.
Следовательно
N= Iq Iq1 ai' dxdy +
f^°_H2O2-dxdy = 0, О"Ч-
ydxdy 4- f0C {°Hz a2  ydxdy = 0
Рис. 6
Подставляя в выражения N и М зна-
чения выражений и и, исключая Д,
определяем

^тах ”
1п-
а
(Е}Н~-Е2Н2)2
ЕсЕ2Н{Н2(Нх+Н2)
+ 4(Н,+Н2)
Очевидно, что ср будет наибольшим если
ЕгН1 = Е2Н$
Тогда С ЗД/(а, -о,)
’’"“'l/ 2(//,+//2)
а
Подставляя в выражение для ДК
значение фтах, определяем
ДК = г) • с • <ртах
при действии перепада температур Д/,
суммарные значения удлинения (укоро-
чения) цилиндрических стержней равно
Д£ =	• ас  kt + 12  ас  At) =	4- /2)асДС
где LiA-z - длины цилиндрических
стержней
аст - коэффициент линейного расшире-
ния материала стержней.
Приравниваем значения выражений
ДА = ДК
Определяем соотношение геомет-
рических размеров стержней, биметалли-
ческого кольца и физико-механических
характеристик применяемых материалов.
.	. с2 3At(a.-aA
(I, +1АаЫ = тр—----———
,п* 2(Я,+Н2)
а
и, введя обозначение 1г 4-12 = L, получа-
ем окончательное выражение для опреде-
ления потребной длины составного
стержня, размеростабильного от действия
температуры.
, Зс2
£ = /?——
lnb 2a.(Hl+HA
а
Учитывая, что силовая ферма со-
стоит из множества размеростабильных
от действия температуры составных
стержней, то и в целом она будет разме-
ростабильной по длине и по диаметру.
(ц, -уА
132

Предложенный метод проектирова-
ния позволяет создать размеростабиль-
ную адаптивную к действию температур
силовую ферму, обеспечивающую мини-
мальную дефокусировку телескопа при
действии температур.
Применение в силовой ферме кос-
мического телескопа составных стержней
позволяет уменьшить массу конструкции
и повысить термическую стабильность до
трех раз и более.
Область применения предлагаемой
конструкции не исчерпывается космиче-
ской техникой. Простота, надёжность,
технологичность и низкая стоимость поз-
воляют предположить, что данная кон-
струкция может найти широкое примене-
ние во всех случаях, когда нужно создать
размеростабильную в условиях воздей-
ствия неравномерного поля температур
конструкцию.
Библиографический список:
1.	Ахметов Р.Н. Проектирование,
адаптивный к действию градиентов тем-
ператур размеростабильной силовой
фермы космического телескопа [Текст] /
Ахметов Р.Н., Стратилатов Н.Р.,
Шайда А.Н., Максимов С.В. / Научно-
технический сборник статей - 2012. -
Выпуск 1. Космическая техника и воору-
жение. Днепропетровск: ГП «КБ
«Южное».
2.	Фомин Г.Е. Проектирование
адаптивных к действию градиентов тем-
ператур размеростабильных силовых
конструкций летательных аппаратов
[Текст]/ Фомин Г.Е., Шайда А.Н.,
Байкин В.Д./ Полет,- 2000.- №06.- С.
42-45.
3.	Биткин В.Е. Особенности про-
ектирования стержневых размероста-
бильных крупногабаритных космических
конструкций [Текст]/ Биткин В.Е., Саль-
ников И.В., Шайда А.Н./ Сборник науч-
но-технических статей по ракетно-
космической тематике.- 1991,- С. 43-49.
4.	Фомин Г.Е. Проектирование
размеростабильных	стержневых
конструкций рефлекторов антенн, адап-
тивных к действию градиентов темпера-
тур [Текст]/ Фомин Г.Е., Шайда А.Н./
Сборник научно-технических статей по
ракетно-космической тематике.- 1991,- С.
61-64.
References:
1.	R.N.Akhmetov, Design of tele-
scope force frame with stable dimensions
adaptive to temperature gradient [Text] /
R.N.Akhmetov,	N.R.Stratilatov,
A.N.Shaida, S.V.Maksimov/ Scientific and
technical collection of articles- 2012. -
Edition 1. Space technology and armaments.
Dnepropetrovsk: GP «КВ «Yuzhnoe».
2.	G.E.Fomin Design of spacecraft
load-bearing structures with stable dimen-
sions adaptive to temperature gradient
[Text]/ G.E. Fomin, A.N. Shaida,
V.D. Baikin/ Flight.- 2000,- №06,- 42-45p.
3.	V.E. Bitkin Design features of
spacecraft large-size frame structures with
stable dimensions [Text]/ V.E. Bitkin,
I.V. Salnikov, A.N. Shaida/ Scientific and
technical collection of space rocket articles.-
1991,- 43-49p.
4.	G.E.Fomin Design of reflector-
type antennas frame structures with stable
dimensions adaptive to temperature gradient
[Text]/ G.E.Fomin, A.N.Shaida/ Scientific
and technical collection of space rocket arti-
cles.- 1991,-61-64p.
THE CHOICE OF PARAMETERS OF THE CONSTRUCTIVE SCHEME
OF THE DIMENSIONALLY STABLE ENCLOSURE SPACE TELESCOPE
AT A THERMAL EFFECT
© 2015 Y.V. Potapova, A.N. Shaida
JSC «SRC «Progress», Samara
133

Design method of space telescope body with stable dimensions is considered which allows getting simple
and reliable power dimensions adaptive to temperature gradients.
Key words: Body with stable dimensions, telescope
Информация об авторах:
Потапова Юлия Валерьевна: Инженер - конструктор 2 категории АО «РКЦ «Про-
гресс», аспирант кафедры теплотехники и тепловых двигателей, СГАУ, 443 086, Россия, г.
Самара, Московское ш. 34, т. 8-927-706-32-07, Finkal987@mail.ru.
Область научных интересов: проектирование адаптивных к действию градиентов
температур и конструкций.
Шайда Анатолий Николаевич: Ведущий инженер - конструктор АО «РКЦ «Про-
гресс».
Область научных интересов: проектирование адаптивных к действию градиентов
температур и конструкций.
Authors details:
Yulia Valerjevna Potapova: Design Engineer, JSC «SRC «Progress», postgraduate stu-
dent of the Department of thermal engineering and heat engines of Samara State Aerospace Uni-
versity, 443 086, Russia, Samara, Moscow highway, 34, 8-927-706-32-07, Finka 1987@mail.ru.
Area of research: designing of structures adaptive to temperature gradients.
Anatoly Nikolaevich Shaida: principle engineer, JSC «SRC «Progress».
Area of research: designing of structures adaptive to temperature gradients.
134

УДК 629.7.08
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БУКСИРА С ЭЛЕКТРОРАКЕТНОЙ
ДВИГАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКОЙ МЕГАВАТТНОГО КЛАССА ДЛЯ
ГРУЗОСНАБЖЕНИЯ ЛУНЫ С КОСМОДРОМА «ВОСТОЧНЫЙ».
МЕТОДИКА ВЫБОРА ЕГО ПРОЕКТНЫХ ПАРАМЕТРОВ.
© 2015 Д.А. Горопаев
Федеральное государственное унитарное предприятие «Центральный научно-
исследовательский институт машиностроения», г. Королев, Московская область
Приведены основные данные по перспективе использования многоразового межорбитального букси-
ра с электроракетной двигательной установкой мегаваттного класса и приведена методика выбора его про-
ектных параметров.
Ключевые слова: многоразовый межорбитальный буксир, электроракетная двигательная установка,
космодром «Восточный».
Для реализации перспективных
программ по исследованию и освоению
космического пространства необходимо
создание нового поколения космических
межорбитальных и межпланетных
средств с более эффективными энерго-
двигательными установками по сравне-
нию с существующими жидкостными ра-
кетными двигателями [2,3,4]. Одним из
наиболее перспективных путей решения
данной задачи является создание и внед-
рение в космическую технику межорби-
тальных и межпланетных буксиров
(ММБ) с электроракетными двигатель-
ными установками (ЭРДУ) для доставки
тяжелых полезных грузов на высокоэнер-
гетические орбиты, включая геостацио-
нарную орбиту (ГСО), орбиту искус-
ственного спутника Луны (ОИСЛ) и об-
ратно на орбиту искусственного спутника
Земли (ОИСЗ), Марсу при запусках с но-
вого космодрома «Восточный», а также
для реализации возможных других пер-
спективных космических проектов на
долгосрочный период (до 2050 года),
включая очистку околоземного космиче-
ского пространства от космического му-
сора, удаление с ГСО пассивных косми-
ческих аппаратов (КА), защиту Земли от
астероидной опасности, первый пилоти-
руемый полет к Марсу и др. [1,4]. Все эти
перспективные проекты не осуществимы
без мощной энергетики в космосе и соот-
ветствующей инфраструктуры на земле.
Создание первых форпостов и баз
на Луне до 2030 года предъявляют требо-
вания к средствам выведения России,
требующих разработки ракет носителей
(PH) с грузоподъемностью не менее 70 т,
ММБ с ЭРДУ и лунных взлетно-
посадочных комплексов.
К настоящему времени опублико-
вано несколько зарубежных проектов,
предполагающих использование ядерных
энергетических установок (ЯЭУ) с ЭРДУ
большой мощности в составе космиче-
ских транспортных средств [3], следует
также отметить, что перспективные ММБ
с СЭУ и ЭРДУ являются приоритетными
в перечне технологий NASA, необходи-
мых для осуществления продолжитель-
ных пилотируемых полетов в дальний
космос [2]. Предлагаются варианты ММБ
с СЭУ и ЭРДУ большой мощности для
поиска астероидов и операций по их от-
клонению с начальной траектории дви-
жения, даются оценки их высокой эффек-
тивности и низкой стоимости по сравне-
нию с использованием традиционных
средств выведения [5].
Библиографический список:
1.	Гришин С.Д., Вахниченко В.В.,
Мухамеджанов М.Ж. Перспективы раз-
вития средств межорбитальной транспор-
тировки грузов. В трудах семнадцатых
чтений К.Э. Циолковского. М.: ИИЕТ АН
СССР, 1983.
2.	Киселев А.И., Медведев А.А.,
Меньшиков В.А. Космонавтика на рубе-
135

же тысячелетий итоги и перспективы. М.:
Машиностроение, 2001.
3.	Легостаев В.П., Лопота В.А. и др.
Луна - шаг к технологиям освоения Сол-
нечной системы. М.: ООО Айвори групп,
2011.
4.	Черток Б.Е., Батурин Ю.М., Рай-
кунов Г. Г. и др. Космонавтика XXI века,
попытка прогноза развития до 2101 года.
М.: РТСофт, 2010.
5.	Andrew V. Ilin. VASIMR Solar
Powered Missions for NEA Retrieval and
NEA Deflection, IEPC-2013-336.
References:
1.	Grishin S, Vakhnichenko V., Mu-
hamedzhanov M. Perspectives of develop-
ment means for cargo interorbital transporta-
tion. 17th symposium K.E. Tciolkovsky.
Moscow, 1983.
2.	Kiselev A, Medvedev A., Men-
shykov V. Cosmonautics at the turn of the
millennium result and prospects. Moscow:
Mashinostroenie, 2001.
3.	Legostaev V., Lopota V. Moon -
step to technology exploitation Solar system.
M.: Avory group, 2011.
4.	Chertok B., Baturin Y., Raykunov
G. Cosmonautics XXI century, attempt de-
velopment forecast till 2101 year. M.:
RTSoft, 2010.
5.	Andrew V. Ilin. VASIMR Solar
Powered Missions for NEA Retrieval and
NEA Deflection,	IEPC-2013-336.
PERSPECTIVES OF USAGE SPACE TUG WITH ELECTRIC ENGINE PROPULSION
SYSTEM OF MEGAWATT CLASS FOR MOON CARGO SUPPLY FROM COSMO-
DROME «VOSTOCHNY». METODIC OF CHOOSE ITS DESIGN OBJECTIVES.
© 2015 D.A. Goropaev
Federal State Unitary Enterprise TsNIIMash, Korolev
Present a main data for perspective usage space tug with electric engine propulsion system of megawatt class
for Moon cargo supply from cosmodrome “Vostochny” and present metodic of choose its design objectives.
Key words: reusable interorbital tug, electric engine propulsion system, «Vostochny» cosmodrome, design
objectives.
Информация об авторах:
Горопаев Дмитрий Александрович, начальник сектора отдела 1201 ФГУП
ЦНИИмаш, 141070, Россия, г. Королев, ул. Пионерская, д.4, т. 8(495) 513-54-84,
goropaev@yandex.ru.
Область научных интересов: проектно-поисковые и системные исследования пер-
спектив развития средств выведения.
Goropaev Dmitry Alexandrovitch, head of sector of department Federal State Unitary
Enterprise TsNIIMash, 141070, Russia, Korolev, Pionerskaya str., 4, t. 8(495) 513-54-84,
goropaev@yandex.ru.
Area of research: design-search and system researches of prospects of development of
means for space transportation
136

УДК 629.7.08
АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ СХЕМЫ ПОЛЕТА СТУПЕНИ С
РАКЕТНО-ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМОЙ СПАСЕНИЯ НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВУХСТУПЕНЧАТОЙ PH СРЕДНЕГО КЛАССА
© 2015 Д.С. Украинцев, Ю.Л. Кузнецов
Федеральное государственное унитарное предприятие «Центральный научно-
исследовательский институт машиностроения», г. Королев, Московская область
Рассмотрены возможные схемы полета отделяющейся части первой ступени, оснащенной ракетно-
динамической системой спасения. Приводятся результаты оценки изменения массы ПН, выводимой PH на
низкую околоземную орбиту и предельных значений аэродинамических и тепловых нагрузок ступени на
участке спасения в зависимости от схемы полета.
Ключевые слова: многоразовая ракета-носитель, система спасения, ракетный блок первой ступени,
ракетно-динамический маневр, Falcon-9
Одним из наиболее важных эксплу-
атационных показателей ракеты-носителя
(PH) как транспортного средства является
удельная стоимость выведения полезной
нагрузки (ПН) на целевую орбиту,
напрямую зависящая от затрат на изго-
товление PH. несмотря на большое коли-
чество попыток снизить стоимость запус-
ка PH, уровень цен на транспортные кос-
мические услуги продолжает оставаться
достаточно высоким, что существенно
тормозит темпы развития космичекой де-
ятельности. Одним из путей решения
данной проблемы является создание ра-
кетно-космических систем с элементами
многоразовости (многоразовых ракетно-
космических систем - МРКС), являю-
щихся предсказуемым этапом эволюции
ракетно-космической техники. Теорети-
чески многоразовые PH должны обладать
эксплуатационными преимуществами пе-
ред одноразовыми PH за счет сокращения
удельной стоимости выведения, обеспе-
чиваемой повторным использованием
матчасти.
В настоящее время большого про-
гресса в создании частично многоразо-
вых ракет-носителей достигла американ-
ская компания «SpaceX». Разработанная
ей концепция PH «Falcon-9» со спасаемой
первой ступенью предполагает примене-
ния ракетно-динамическй схемы спасе-
ния, включающей управляемый вход в
атмосферу и вертикальную посадку на
морскую платформу с помощью повтор-
ного включения части двигателей марше-
вой ДУ. В перспективе рассматривается
также возможность непосредственной
посадки первой ступени в районе старта
путем совершения ступенью после отде-
ления от PH маневра в вертикальной
плоскости с использованием маршевой
ДУ и части рабочего запаса топлива.
Очевидно, что установка ракетно-
динамической системы спасения первой
ступени, как и любой другой, приведет к
снижению энергетических возможностей
PH, в том числе и из-за обеспечения при-
емлемых условий (параметров движения
ступени на момент отделения от PH), не-
обходимых для ее безаварийного функ-
ционирования на участке спасения. С
этой точки зрения возникает необходи-
мость оценки энергетических затрат на
совершение различных вариантов ракет-
но-динамического маневра, в том числе и
с непосредственным возвращением и по-
садкой в район старта, с точки зрения
нагружения конструкции на участке спа-
сения, а также потерь в энергетике PH.
Последняя определяется массой ПН, вы-
водимой на опорную орбиту, например,
низкую околоземную орбиту (НОО) вы-
сотой 200 км при запуске с космодрома
мыс Канаверал.
В качестве сравниваемых выбраны
следующие типы посадки:
-	№1 - спасаемая первая ступень без
отработки тормозного импульса при вхо-
де в атмосферу;
137

-	№2 - спасаемая первая ступень с
отработкой тормозного импульса при
входе в атмосферу;
-	№3 - спасаемая первая ступень с
возвратом в район старта.
В качестве эталона использовалась
скомпонованная по результатам балли-
стического проектирования типовая од-
норазовая кислородно-керосиновая двух-
ступенчатая PH среднего класса.
В результате расчета получены сле-
дующие результаты:
-	Вариант №1 с минимальным ко-
личеством повторных включений ДУ.
Схема спасения предусматривает пассив-
ный полет первой ступени по баллисти-
ческой траектории после отделения от
PH, в процессе которого РСУ стабилизи-
рует ступень под углом атаки =180°, ди-
намическое торможение в атмосфере с
постоянным углом атаки и приземление
с помощью одного, центрально располо-
женного, ЖРД с регулируемой тягой,
обеспечивающего обнуление вертикаль-
ной скорости снижения. Посадочное
торможение начинается на высоте ~ 2 км
и относительной скорости 220 м/с, в
процессе которого расходуется 4.4 т топ-
лива. Раскрытие посадочных опор произ-
водится непосредственно перед посад-
кой. Таким образом, суммарная масса си-
стемы спасения, включающая расходуе-
мые запасы топлива и газов, составляет
7.45 т или 32 % от массы конструкции
одноразовой ступени. Установка системы
спасения уменьшает массу ПН, выводи-
мой на НОО на 8.6 %. Вход в атмосферу
отделившейся части первой ступени,
ориентированной в положение мини-
мального лобового сопротивления, а
также увеличение - на 1/3 ее массы при-
водит к более чем двукратному возраста-
нию аэротермодинамических нагрузок по
сравнению с одноразовой ступенью. Уве-
личение конвективных тепловых пото-
ков, действующих на конструкцию сопла
ЖРД ставит проблему их снижения с це-
лью сохранения работоспособности ДУ.
Что может быть в принципе обеспечено
установкой специальных защитных
устройств.
Для снижения аэротермодинамиче-
ских нагрузок целесообразно применение
схемы посадки №2, предусматривающий
применение тормозного импульса 840 м/с
при входе в атмосферу. Именно такой
схемой посадки обладает первая ступень
PH «Falcon-9». Благодаря применение
тормозного импульса конвективные теп-
ловые потоки снижаются более чем в 4
раза до 22 ккал/м2, а максимальное зна-
чение скоростного напора - с 18460 до
8560 кг/м2. Для совершения данного ма-
невра расходуется около 13 т топлива,
что снижает массу полезного груза до
23% относительно варианта с неспасае-
мой первой ступенью. При этом масса
ступени относительно одноразового ва-
рианта увеличивается на 88%.
Вариант посадки №3 является
наиболее совершенным вариантом с экс-
плуатационной точки зрения, поскольку
он не предполагает наличие выделенных
районов для посадки отработавшей сту-
пени. Тем не менее, при такой схеме по-
садки энергетические затраты будут су-
щественны и сопоставимы с потерями,
возникающими у многоразовых систем с
системой спасения самолетного типа.
Масса ступени увеличивается на 159%
относительно варианта с неспасаемой
ступенью, а масса полезного груза сни-
жается на 39%. При этом конструкция из
за больших углов входа в атмосферу ис-
пытывает большие скоростные напоры,
сопоставимые со значениями скоростно-
го напора, возникающего при посадке по
схеме №1, предусматривающей спуск по
баллистической траектории.
Библиографический список:
1.	«Математическое моделирова-
ние многоразовых систем», В.В. Малы-
шев, Ю.Л. Кузнецов, К.А. Карп. Изда-
тельство МАИ, 2004 г.
2.	« Основы проектирования ЛА.
Транспортные системы.» Под ред. Ми-
шина В.П., М., Машиностроение, 1985.
3.	Дипломный проект Украинцева
Дмитрия Сергеевича «Создание многора-
зовой ракеты-носителя», МАИ каф. 601,
2015 г.
4.	www.spacex.com - официаль-
ный сайт компании SpaceX.
138

References:
1	«Mathematical modeling of reusable
systems», V.V. Malishev, U.L. Kuznetsov,
K.A. Karp, MAI, 2004.
2.	«Basics of aircraft designing.
Transportation systems.» V.P. Mishin edi-
tion,M., Mashinostroenie, 1985.
3.	Degree project «Creation of reusa-
ble launch vehicle», Ukraintsev Dmitry,
MAI dept. 601,2015.
4.	www.spacex.com - «SpaceX» offi-
cial website.
ANALIZING FIRST STAGE WITH REACTIVE LANDING SYSTEM FLIGHT
SCHEME INFLUENCE ON ENERGETICAL CHARACTERISTICS OF TWO-STAGE
MEDIUM CLASS LAUNCH VEHICLE.
© 2015 D.S. Ukraintsev, U.L. Kuznetsov
Federal State Unitary Enterprise TsNIIMash, Korolev
In this paper reviewed several possible flight schemes of separated part of the first stage, equipped with the
reactive saving system. Given estimates of transferring on low earth orbit payload mass changing and max aerody-
namic and heat loads of the first stage at the phase of saving depending on the flight scheme
Key words: reusable launch vehicle, saving system, first stage, reactive maneuver, Falcon-9.
Информация об авторах:
Кузнецов Юрий Леонидович, д.т.н., с.н.с., ведущий научный сотрудник отдела
1201 ФГУП ЦНИИмаш, 141070, Россия, г. Королев, ул. Пионерская, д.4,
т. 8(495)513-54-83.
Область научных интересов: проектно-поисковые и системные исследования средств
выведения.
Украинцев Дмитрий Сергеевич, инженер ФГУП ЦНИИмаш, 141070, Россия,
г. Королев, ул. Пионерская, д.4, т. 8(495) 513-54-84, Ukraintsev.dima@gmail.com.
Область научных интересов: проектно-поисковые и системные исследования средств
выведения.
Kuznetsov Uriy Leonidovich, doctor of technical sciences, senior research associate, head
science specialist of department 1201 of Federal State Unitary Enterprise TsNIIMash, 141070,
Russia, Korolev, Pionerskaya str., 4, t. 8(495) 513-54-84.
Area of research: design-search and system researches of space transportation systems.
Ukraintsev Dmitry Sergeevich, engineer of department 1201 of Federal State Unitary
Enterprise TsNIIMash, 141070, Russia, Korolev, Pionerskaya str., 4, t. 8(495)513-54-84,
ukraintsev.dima@gmail.com.
Area of research: design-search and system researches of space transportation systems.
139

УДК 629.7.08
ПУТИ РАЗВИТИЯ СРЕДСТВ ВЫВЕДЕНИЯ СВЕРХТЯЖЕЛОГО КЛАССА
© 2015 В.В. Смирнов
Федеральное государственное унитарное предприятие «Центральный научно-
исследовательский институт машиностроения», г. Королев, Московская область
Приведены основные данные по перспективе использования ракеты-носителя сверхтяжёлого класса
и альтернативных средств выведения для запуска сверхтяжелых грузов и пилотируемых кораблей нового
поколения на высокоэнергетические орбиты, в том числе на низкую полярную орбиту Луны.
Ключевые слова: многоразовое средство выведения, космодром «Восточный», электроракетная
двигательная установка.
ВВЕДЕНИЕ
Решение проблемы надежной, без-
опасной и дешевой доставки сверхтяже-
лых автоматических и пилотируемых КА
на высокоэнергетические орбиты, в том
числе и низкую полярную орбиту Луны,
является одним из важнейших направле-
ний развития космической отрасли Рос-
сии, США и других стран.
Возможны следующие схемы опе-
ративной доставки грузов и ПТК на Лу-
ну:
1.	Прямая схема, требующая разра-
ботки и содержания PH СТК, в за-
висимости от грузо-подъемности
PH разделяется на два вида:
а.	«Аполлоновская» схема с пря-
мой посадкой на Луну, требу-
ющая PH с грузоподъемностью
130-150т на НОО;
Ь.	Схема со стыковкой на орбите
Луны ПТК и ВПК, требующая
PH с грузоподъемностью 80-85т
на НОО;
2.	схема со стыковкой заправленных
разгонных блоков тяжелого класса
на НОО с последующим переле-
том на Луну;
3.	схема с выводом не заправленного
МБ СТК в качестве третьей PH ТК
с последующей заправкой на ОЗК.
Также возможна схема с ММБ, обору-
дованным маршевой ЯЭРДУ, это снизит
себестоимость доставки, но не обеспечит
оперативности.
ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ
•	Доставка сверхтяжелых грузов на
140
высокие энергетические орбиты, в
том числе на геостационарную орби-
ту и к точкам либрации системы Лу-
на-Земля;
•	пилотируемые миссии на Луну по
однопусковой или многопусковой
схемам;
•	формирование на низкой околозем-
ной орбите сверхтяжелого комплекса
массой 400-600 т для пилотируемых
миссий на Марс.
ЭТАПЫ ЗАДАЧ СВЕРХТЯЖЕЛЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Первый этап
Основными задачами 1 этапа явля-
ются выведение пилотируемого корабля
для облета Луны и на орбиту искусствен-
ного спутника Луны, а также обеспече-
ние экспедиций к 2030 году на поверх-
ность Луны (по двух пусковой схеме со
стыковкой пилотируемого корабля и
лунного взлётного-посадочного корабля
на орбите Луны) с использованием PH
СТК грузоподъемностью 80-85 т на низ-
кой околоземной орбите.
Второй этап
Основными задачами 2 этапа после
2030 года являются реализация экспеди-
ций на поверхность Луны по однопуско-
вой схеме и экспедиции к Марсу к 2045
году со сборкой экспедиционного ком-
плекса на низкой орбите массой 400-600 т
по многопусковой схеме с использовани-
ем PH СТК грузоподъемностью 130-150
т. На низкой околоземной орбите

ВОЗМОЖНЫЕ СХЕМЫ
ПРЯМАЯ СХЕМА
Прямые схемы выведения на ОИСЛ с
использование PH сверхтяжелого
класса:
1. двухпусковая схема выведения к
Луне с использованием PH СТК
грузоподъемностью на низкой ор-
бите 80-85 т со стыковкой ПТК
(масса 20 т) и ЛПВК (масса 30 т)
на низкую полярную орбиту ИСЛ;
2. однопусковая схема выведения
ПТК+ЛПВК массой 50 т на ОИСЛ
с использованием PH грузоподъ-
емностью на низкой орбите 130-
150 т.
Схемы с формированием сверхтяже-
лого разгонного комплекса на низкой
орбите по многопусковой схеме с ис-
пользованием PH тяжелого класса
грузоподъемностью 25-30 т (с авто-
матической стыковкой выведенных
кислородно-водородных МОБ на
околоземную орбиту):
1. двухпусковая схема выведения на
ОИСЛ ПТК и ЛПВК с последую-
щей стыковкой на этой орбите.
Для осуществления такой схемы
потребуется 2 разгонных комплек-
са из 3 состыкованных МОБ с об-
щей массой 60-65 т каждый;
2. однопусковая схема выведения на
ОИСЛ со стыковкой ПТК с ЛПВК
и разгонным комплексом на око-
лоземной орбите и общим переле-
том на ОИСЛ. Для осуществления
такой схемы потребуется форми-
рование разгонного комплекса из
6 состыкованных МОБ с общей
массой 120 т.
Схема с выводом кислородно-
водородного межорбитального бук-
сира сверхтяжелого класса в каче-
стве верхней ступени PH тяжелого
класса на НОО с последующей за-
правкой на ОЗК.
Использование многоразового
межорбитального буксира с электро-
ракетной двигательной установки с
высоким удельным импульсом 5000 -
7000 с
Сейчас рассматривается двух этап-
ный путь развития России в создании PH
СВТК для оперативной доставки грузов
на ОИСЛ и поверхность Луны:
1	этап - 80-85 т. Основными задача-
ми 1 этапа являются выведение пилоти-
руемого корабля для облета Луны и на
орбиту искусственного спутника Луны, а
также обеспечение экспедиций на по-
верхность Луны (по двухпусковой схеме
со стыковкой пилотируемого корабля и
лунного взлётного-посадочного корабля
на орбите Луны);
2	этап - 130-180 т. Основными зада-
чами 2 этапа являются реализация экспе-
диций на поверхность Луны по однопус-
ковой схеме и экспедиции к Марсу по
многопусковой схеме.
Экономический анализ показывает,
что стоимость пилотируемой миссии на
поверхность Луны с помощью PH СВТК
находится на уровне 30 млрд, рублей.
В СССР для реализации этих про-
грамм была создана PH сверхтяжелого
класса «Энергия», она состояла из цен-
трального кислород-водородного блока и
боковых кислород-керосиновых, количе-
ство которых менялось в зависимости от
необходимой энергетики. КБ «Южное»
во главе с генеральным конструктором
Уткиным Владимиром Фёдоровичем
обеспечили задел для создания PH СВТК
«Энергия», боковые блоки которой были
построены на базе PH «Зенит». Энерге-
тические возможности PH «Энергия»
обеспечивали грузоподъемность на НОО
- 105 т. и на ГСО (с использованием
КВРБ) - 18 т. Далее путём наращивания
количества боковых блоков энергетика
была увеличена до грузоподъемности на
НОО 200 т., ракета получила название
«Вулкан». Реализация этих программ
позволяла совершать полёты на Луну по
однопусковой схеме, что обеспечивало
максимальную безопасность пилотам и
необходимый уровень надежности до-
ставки автоматических грузов. Из-за не-
достаточного финансирования работы в
этом направлении были прекращены.
141

СХЕМА СО СТЫКОВКОЙ ЗАПРАВ-
ЛЕННЫХ РАЗГОННЫХ БЛОКОВ
ТЯЖЕЛОГО КЛАССА НА HOP С
ПОСЛЕДУЮЩИМ ПЕРЕЛЕТОМ НА
ЛУНУ
На НОО с помощью PH ТК выво-
дятся кислород-водородные разгонные
блоки с последующей общей стыковкой
на орбите, далее к ним стыкуется грузо-
вой или пилотируемый корабль с взлет-
но-посадочным комплексом. Общей
энергетики разгонных блоков хватит для
доставки ПГ на орбиту Луны.
Такая схема выгодна тем, что нет
необходимости в содержании дорогой PH
СВТК. С другой стороны такая схема
имеет негативные аспекты: ограниченное
количество стыковок РБ на НОО в силу
резкого уменьшения надежности, что не-
допустимо при пилотируемых экспеди-
циях, сложность в фазировании при по-
лете на полярную орбиту Луны:
•	Вывод на околоземную орбиту
межорбитальных одноразовых бук-
сиров с последующей стыковкой и
формированием сверхтяжелого раз-
гонного комплекса массой 70-75т.
Вывод МОБ на орбиту осуществля-
ется с помощью PH ТК типа
Ангара-А5.
•	Потребуется 6 пусков PH ТК с за-
правленными тяжелыми МБ, которые
смогут обеспечить выведение на ор-
биту Луны ПТК (20т) и ЛПВК (30т).
•	На целевой орбите производится раз-
деление ПТК и ЛПВК и отработав-
шего сверхтяжелого разгонного ком-
плекса, с уводом на орбиту захороне-
ния.
СХЕМА С ВЫВОДОМ МБ СВТК В КА-
ЧЕСТВЕ ТРЕТЕЙ СТУПЕНИ PH ТК С
ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ЕГО ЗАПРАВКОЙ
НА ОЗК.
На НОО формируется орбитальный
заправочный комплекс ОЗК. В качестве
верхней ступени PH ТК на орбиту выво-
дится сухой МБ с последующей заправ-
кой на ОЗК. Состав ОЗК для заправки
МБ, доставляющего грузы на Луну, мо-
жет быть реализован двумя вариантами
облика специализированных одноразо-
вых танкеров-заправщиков:
-	доставки криогенных компонентов
топлива с Земли на борт ОЗК, используя
средства обеспечения перекачки крио-
генных компонентов в условиях невесо-
мости. Предполагается оснащение танке-
ра-заправщика необходимыми стыковоч-
ными узлами, системой хранения и сред-
ствами перекачки топлива в ОЗК.
-	доставки и перекачки воды в усло-
виях невесомости в ОЗК для последую-
щего его расщепления и сжижения на
компоненты топлива (кислород-водород).
При такой схеме с одной стороны упро-
щается конструкция одноразового танке-
ра-заправщика, а с другой стороны
усложняется конструкция ОЗК. Добав-
ляются системы: разложения воды на
кислород и водород, сжижения, термо-
статирования. Анализ энергозатрат пока-
зывает, что для реализации подобных си-
стем потребуются десятки киловатт элек-
тричества.
1.	Вывод на орбиту базирования
(400км) орбитального заправоч-
ного комплекса топлива массой ~
45-50 т. Доставка топлива осу-
ществляется по многопусковой
схеме с использованием одоно-
разовых танкеров-заправщиков.
2.	Потребуется 2-3 пуска PH ТК для
вывода необходимой массы топ-
лива на орбиту ОЗК с помощью
танкеров-заправщиков. Осу-
ществляется перекачка компо-
нентов из танкера-заправщика на
борт орбитального заправочного
комплекса. Для перекачки КРТ
предполагается оснащение тан-
кера-заправщика необходимыми
стыковочными узлами, системой
сближения «Курс», системой
хранения и перекачки криоген-
ных компонентов топлива.
3.	В плоскость орбиты ОЗК выво-
дится верхняя ступень PH ТК
совместно с КА. Верхняя ступень
PH ТК представляет собой МБ,
задачей которого является работа
на участке выведения на опор-
ную орбиту ОЗК в качестве
верхней ступени, после выведе-
142

ния стыковка с ОЗК, перекачка
компонентов на борт МБ, отсты-
ковка МБ от ОЗК, проверка си-
стем МБ, следующий этапом МБ
осуществляет стыковки с ПТК
или ЛПВК.
4.	Двумя пусками МБ происходит
доставка на ОИСЛ ПТК и ЛПВК,
с последующей стыковкой.
5.	На целевой орбите производится
разделение ПТК или ЛПВК от
МБ, увод отработавшего МБ на
орбиту захоронения.
Существенным критерием, по кото-
рому можно сделать выбор в пользу схе-
мы с ОЗК, являются экономия значитель-
ных средств, необходимых для создания
и эксплуатации PH СВТК.
Но с другой стороны требуются
значительные средства для создания и
эксплуатации ОЗК на низкой орбите, не
обеспечивается однопусковая схема вы-
ведения пилотируемых кораблей к Луне
(только со стыковкой ПКК с МБ на низ-
кой орбите ИСЗ, так как по условиям
безопасности ПКК с космонавтами на
борту не могут находиться на ОЗК при
заправке МБ), сложность фазирования с
полярной орбитой Луны.
При большом грузопотоке на Луну,
не требующего оперативности доставки,
возможна многопусковая схема с исполь-
зованием КА с электродвигательной
установкой. На первом этапе эксплуата-
ции ММБ с электродвигательной уста-
новкой пополнение запасов рабочего
топлива возможно путем замены топлив-
ных баков ММБ. На втором этапе экс-
плуатации считается целесообразным ре-
ализация возможности дозаправки с бор-
та ОЗК топливом многоразовые межор-
битальные буксиры с электроракетной
двигательной установкой. В этом случае
потребуется на порядок меньше топлива,
чем при заправке межорбитальных бук-
сиров с ЖРД.
ВЫВОДЫ
	Достоинства	Недостатки
Прямая схема	Обеспечение требуемого уровня без- опасности и надежности, относитель- ная простота фазирования при полете на полярную орбиту Луны	Высокая цена создания и содер- жания комплекса с PH СТК
Схемы со стыковками МОБ	Возможность отказаться от создания и эксплуатации наземного сверхтяжелого комплекса	Низкая надежность, безопасность и оперативность выполнения транспортной операции по срав- нению с прямой схемой выведе- ния с использованием РКН сверх- тяжелого класса.
Схема с ОЗК	Возможность отказаться от создания и эксплуатации наземного сверхтяжелого комплекса	Нерешенные вопросы хранения и перекачки криогенных компонен- тов в космосе для варианта с ОЗК, а также значительные затраты на реализацию самого ОЗК
Схема с бук- сиром с ЯЭР- ДУ	Низкая удельная стоимость выведения грузов на ОИСЛ	В полной мере не решены вопро- сы создания ЭУ и ЭРД больших мощностей, наземной отработки элементов ММБ. Низкая опера- тивность выведения
143

Библиографический список:
1.	Гришин С.Д., Вахниченко В.В.,
Мухамеджанов М.Ж. Перспективы раз-
вития средств межорбитальной транспор-
тировки грузов. В трудах семнадцатых
чтений К.Э. Циолковского. М.: ИИЕТ АН
СССР, 1983.
2.	Киселев А.И., Медведев А.А.,
Меньшиков В.А. Космонавтика на рубе-
же тысячелетий итоги и перспек-тивы.
М.: Машиностроение, 2001.
3.	Легостаев В.П., Лопота В.А. и др.
Луна - шаг к технологиям освоения Сол-
нечной системы. М.: ООО Айвори групп,
2011.
4.	Кобелев В.Н., Милованов А.Г.
Средства выведения космических аппа-
ратов
5.	Федеральное космическое
агентство. Официальный сайт
www.federalspace.ru
References:
1.	Grishin S., Vakhnichenko V.,
Muhamedzhanov M. Perspectives of devel-
opment means for cargo interorbital trans-
portation. 17th symposium K.E. Tciolkov-
sky. Moscow, 1983.
2.	Kiselev A, Medvedev A.,
Menshykov V. Cosmonautics at the turn of
the millennium result and prospects. Mos-
cow: Mashinostroenie, 2001.
3.	Legostaev V., Lopota V. Moon -
step to technology exploitation Solar system.
M.: Avory group, 2011.
4.	Kobelev V.N., Milovanov A.G.
Spacecrafts launch vehicles
5.	Federal Space Agency. Official site
of www.federalspace.ru.
DEVELOPMENT OF HEAVY-LIFT LAUNCH VEHICLES.
© 2015 V.V. Smirnov
Federal State Unitary Enterprise TSNIIMash, Korolev
Presented a main information about perspective usage of super-heavy launch vehicles and other launch ve-
hicles for super-heavy cargo and new generation manned spacecrafts transportation on high-energy orbits, including
low polar moon orbit.
Key words: reusable launch vehicle, «Vostochny» cosmodrome, electric engine propulsion system.
Информация об авторах:
Смирнов Владимир Владимирович, инженер отдела 1201 ФГУП ЦНИИмаш,
141070, Россия, г. Королев, ул. Пионерская, д.4, т. 8(495) 513-54-84, smimovvp@mail.ru.
Область научных интересов: проектно-поисковые и системные исследования пер-
спектив развития средств выведения
Smirnov Vladimir Vladimirovich, engineer of department 1201, Federal State Unitary
Enterprise TSNIIMash, 141070, Russia, Korolev, Pionerskaya str., 4, t. 8(495)513-54-84,
smimowp@mail.ru.
Area of research: design-search and system researches of launch vehicle development
144

УДК 629.7.08
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ СРЕДСТВ ВЫВЕДЕНИЯ
© 2015 Ф.Ф. Дедус, И.И. Кузнецов, М.Ж. Мухамеджанов, А.Ю. Подтынных
Федеральное государственное унитарное предприятие «Центральный научно-
исследовательский институт машиностроения», г. Королев, Московская область
Приведены основные данные об этапности создания средств выведения и приоритетные направления
работ по ракетам-носителям, разгонным блокам и межорбитальным буксирам на космодроме «Восточный».
Ключевые слова: ракеты-носители, разгонные блоки, межорбитальные буксиры, космодром
«Восточный»
Стратегия развития средств выве-
дения определяет основные цели, задачи
и приоритетные направления работ по
ракетам-носителям, разгонным блокам и
межорбитальным буксирам. Средства
выведения являются неотъемлемой со-
ставляющей осуществления космической
деятельности. Для России это направле-
ние традиционно является приоритет-
ным, так как именно оно гарантирует не-
зависимый доступ в космос для решения
задач по исследованию и использованию
космического пространства в националь-
ных интересах и в реализации достигну-
тых соглашений в рамках международно-
го сотрудничества [1,2].
Эксплуатируемые средства выведе-
ния включают 3 типа ракет-носителей
(PH), 3 типа разгонных блоков (РБ) и
обеспечивает запуски космических аппа-
ратов (КА) с космодромов Байконур и
Плесецк:
-	на орбиты различных наклонений,
высот и на отлетные траектории;
-	массой до 22,0 т на низкие орбиты,
до 6,5 т на геопереходные к геостацио-
нарной (ГСО) орбите и до 3,2 т на ГСО.
Благодаря относительной деше-
визне и высокой надежности ракет-
носителей Россия занимает ведущие по-
зиции на мировом рынке пусковых услуг.
В период 1995 -2015 годы уровень ком-
мерческих пусков отечественных носите-
лей составил до ~40% от общего объема
пусковых услуг на мировом космическом
рынке.
В настоящее время обеспеченность
государственных интересов России и
уровень удовлетворения потребностей
страны в средствах выведения КА на ор-
биту недостаточны по причинам:
-	недостаточной надежности суще-
ствующих СВ;
-	зависимости решения ряда задач, в
частности, обеспечиваемых пусками тя-
жёлых PH типа «Протон-М», от внешней
политической и экономической конъюнк-
туры;
-	отсутствия конкурентоспособной
отечественной элементной базы и, вслед-
ствие этого, зависимости отечественных
разработок СУ от закупок зарубежной
элементной базы.
Достижение и поддержание передо-
вого уровня мирового ракетостроения,
направленное на снижение удельной сто-
имости выведения полезного груза в кос-
мос, основано на постоянном совершен-
ствовании технологии работ с использо-
ванием высокоэффективных кислородно-
водородных компонентов топлива на ра-
кетных ступенях, усовершенствованной
элементной базы, композитных криоген-
ных топливных баков (в том числе круп-
норазмерных) и углепластиковых сухих
отсеков, а также повышения квалифика-
ции привлекаемых специалистов. Приме-
ром подобного подхода является подго-
товка серийного производства ряда зару-
бежных ракет-носителей типа «Atlas-V»,
«Delta-IV», «Falcon-1, -9», «Ariane-5,-6»,
«CZ-5».
Основные задачи развития средств
выведения на период до 2050 года [1]:
1.	Завершение модернизации ком-
плексов с PH типа Р7А, создание КРК
«Ангара» с целью гарантированного
обеспечения задач в интересах Минобо-
145

роны России и социально-
экономического назначения, а также раз-
работка высокоэффективных РБ.
2.	В обеспечение выполнения Указа
Президента Российской Федерации от 6
ноября 2007 года «О космодроме Во-
сточный» последовательное развертыва-
ние на нем космических ракетных ком-
плексов исходя из следующего приорите-
та: первоочередным для космодрома
«Восточный» обеспечить создание кос-
мического ракетного комплекса (КРК) с
PH «Союз-2» эт. 1а, 16 и 1в с готовно-
стью к пуску в декабре 2015 г. автомати-
ческих КА на ССО, высокоэллиптические
орбиты (ВЭО) и высококруговые орбиты.
Обеспечение готовности КРК с
PH «Ангара-А5» к 2021 г. для запусков
КА на высокоэнергетические орбиты и в
обеспечение пилотируемых программ, а
также создание к 2023 году КРК с
PH «Ангара-А5В» повышенной грузо-
подъемности для более эффективного
обеспечения потребностей запусков ав-
томатических аппаратов и в интересах
пилотируемых программ. Это должно
укрепить возможности российского при-
сутствия на мировом рынке пусковых
услуг и обеспечить возможность выведе-
ния по двухпусковой схеме с использова-
нием PH «Ангара-А5В», МОБ КВТК и
МОБ ДМ на орбиту искусственного
спутника Луны ПТК НП и ЛПВК с по-
следующей их стыковкой на ОИСЛ и по-
садкой на поверхность Луны.
3.	Разработка космического ракет-
ного комплекса с ракетой-носителем
среднего класса нового поколения для
космодрома «Восточный», с энерго-
массовыми характеристиками, превы-
шающими энергомассовые харак-
теристики КРК с PH «Союз-2», с более
высокими показателями надежности, без-
опасности (безаварийности), обладающе-
го низкой стоимостью изготовления и
конкурентоспособностью на мировом
рынке пусковых услуг, разработка раз-
гонного блока МЛ на экологически чи-
стых компонентах топлива для PH сред-
него класса;
4.	Формирование научно-техни-
ческого и технологического заделов в
обеспечение создания после 2035 года PH
и РБ сверхтяжелого класса и развитие
мощных ММБ с ЭРДУ с целью выведе-
ния модулей в обеспечение создания и
эксплуатации долговременной базы на
Луне и реализации пилотируемых полё-
тов на Марс в рамках международной ко-
операции.
Реализация Стратегии развития и
использования средств выведения в обес-
печение Федеральной космической про-
граммы на период до 2050 года позволит
решить принципиальные вопросы осу-
ществления Россией независимой косми-
ческой деятельности, предоставления
услуг по запускам в требуемом объеме и
надлежащего качества, заложить основы
для развития задач по изучению и освое-
нию небесных тел и планет Солнечной
системы, сохранить ведущие позиции
Российской Федерации в осуществлении
пилотируемых полетов.
Библиографический список:
1. Основные положения «Основ
государственной политики Российской
Федерации в области космической дея-
тельности на период до 2030 года и даль-
нейшую перспективу», утвержденные
Президентом Российской Федерации от
19 апреля 2013 года № Пр-906.
2. Федеральное космическое
агентство. Официальный сайт
www.federalspace.ru.
References:
1. Basic provisions «Bases of a state
policy of the Russian Federation in the field
of space activity for the period till 2030 and
further prospect», № Пр-906 approved by
the President of the Russian Federation of
April 19,2013.
2. Federal Space Agency. Official site
of www.federalspace.ru.
146

MAIN DIRECTIONS OF DEVELOPMENT OF GROUND SPACE INFRASTRUCTURE
OF THE VOSTOCHNY COSMODROME
© 2015 F.F. Dedus, LI. Kuznetcov, M.J. Mukhamedzhanov, A.Y. Podtynnykh
Federal State Unitary Enterprise TsNIIMash, Korolev
There is basic information about staging of creation launch vehicles and priority work ways of rocket sys-
tems, rocket upper-stages and ortital transfer vehicles at the spaceport «Vostochnyi».
Key words: launch vehicle, rocket upper-stages, ortital transfer vehicles, spaceport «Vostochnyi».
Информация об авторах:
Дедус Федор Флоренцевич, к.т.н., с.н.с., заместитель генерального директора (по
системным исследованиям) - начальник центра системного проектирования
ФГУП ЦНИИмаш, 141070, Россия, г. Королев, ул. Пионерская, д.4, т. 8(495) 513-44-00,
corD@tsniimash.ru.
Область научных интересов: проектно-поисковые и системные исследования пер-
спектив развития средств выведения и космодромов, организация программно-целевого
планирования космической деятельности
Кузнецов Игорь Иванович к.т.н. с.н.с. начальник комплекса 12 ФГУП ЦНИИмаш,
141070, Россия, г. Королев, ул. Пионерская, д.4, т. 8(495) 513-46-85,1 Kuz@inbox.ru.
Область научных интересов: проектно-поисковые и системные исследования средств
выведения и космодромов
Мухамеджанов Мурат Жалялетдинович к.т.н., начальник отдела 1201 ФГУП
ЦНИИмаш, 141070, Россия, г. Королев, ул. Пионерская, д.4, т. 8(495) 513-42-67,
OtdelSV 1201 @tsniimash.ru.
Область научных интересов: проектно-поисковые и системные исследования пер-
спектив развития средств выведения и средств межорбитальной транспортировки.
Подтынных Андрей Юрьевич, начальника сектора отдела 1201 ФГУП ЦНИИмаш,
141070, Россия, г. Королев, ул. Пионерская, д.4, т. 8(495) 513-42-67, Fe liks@mail.ru.
Область научных интересов: проектно-поисковые и системные исследования пер-
спектив развития средств выведения
Dedus Fedor Florentsevich, candidate of technical sciences, senior research associate, the
deputy CEO (on system researches) - the chief of the center of system design Federal State Uni-
tary Enterprise TsNIIMash, 141070, Russia, Korolev, Pionerskaya str., 4, t. 8(495) 513-44-00,
corp@tsniimash.ru.
Area of research: design-search and system researches of prospects of development of
means of removal and spaceports, organization of program and target planning of space activity
Kuznetsov Igor Ivanovich candidate of technical sciences, senior research associate,
Head of the complex 12 of Federal State Unitary Enterprise TsNIIMash, 141070, Russia,
Korolev, Pionerskaya str., 4, t. 8(495) 513-46-85,1 Kuz@inbox.ru.
Area of research: design-search and research system launch vehicles and space centers
Mukhamedzhanov Murat Zhalyaletdinovich candidate of technical sciences, Head of
department 1201 of Federal State Unitary Enterprise TsNIIMash, 141070, Russia, Korolev,
Pionerskaya str., 4, t. 8(495) 513-42-67, OtdelSV 1201 @tsniimash.ru.
Area of research: design-search and research system development prospects of launch ve-
hicles and means of transport inter-orbit.
Podtynnykh Andrey Yurevich Head of sector of department 1201 of Federal State Uni-
tary Enterprise TsNIIMash, 141070, Russia, Korolev, Pionerskaya str., 4, t. 8(495) 513-48-27,
Fe liks@mail.ru.
Area of research: design-search and research system development prospects of launch
vehicles.
147

УДК 629.786.2
ТРАНСФОРМИРУЕМЫЙ МОДУЛЬ. ВАРИАНТЫ КОНСТРУКЦИИ ОБОЛОЧКИ
© 2015 А.А. Чернецова, И.В. Оникийчук, И.М. Филиппов, А.Д.Бычков
ОАО «РКК «Энергия», г. Королев
В данной работе приведены промежуточные результаты работ по проекту «Создание прототипа
трансформируемого обитаемого космического модуля» и перспективы дальнейшей реализации проекта.
Проведен анализ возможных вариантов конструкции оболочки трансформируемого модуля.
Ключевые слова: трансформируемый модуль, многослойная трансформируемая оболочка, микро-
метеороидная защита
Одной из наиболее перспективных
возможностей увеличения полезного
герметичного объема модулей космиче-
ских станций является создание транс-
формируемых модулей (ТМ) со встроен-
ной противометеороидной защитой.
По сравнению с традиционными
жесткими модулями, ТМ обладает сле-
дующими преимуществами:
-	значительное увеличение
диаметра и полезного объема в рабочем
положении при аналогичных габаритах в
транспортном положении;
-	существенное улучшение
эргономики обитаемых отсеков;
-	улучшенная защита экипажа от
микрометеороидов, частиц техногенного
мусора и ионизирующего излучения при
аналогичных массовых характеристиках.
В РКК «Энергия» ведется работа по
инвестиционному проекту «Создание
прототипа	трансформируемого
обитаемого космического модуля» [1],
целью которой является освоение
технологии создания полноценных ТМ с
внутренним объёмом не менее 100 м3.
В качестве прототипа используется
проект NASA по модулю TransHab [2].
Основными задачами инвести-
ционного проекта являются:
-	разработка методики проектро-
вания ТМ;
-	разработка и экспери-
ментальное обоснование структуры,
состава и конструктивного исполнения
трансформируемой оболочки;
-	изготовление масштабного
макета ТМ, экспериментальная отработка
критических проектно-конструкторских
решений;
-	разработка и создание ТМ с
внутренним объёмом не менее 100 м3 ,
выводимого PH «Союз-2.1 б» в составе
ТГКМ на базе ПАО корабля «Прогресс».
На данный момент завершаются
проектно-поисковые и расчетно-
теоритические исследования, экспери-
ментальная отработка с использованием
образцов материалов и фрагментов обо-
лочки модуля.
В качестве основного варианта про-
рабатывается ТМ с мягкой (тканевой)
многослойной трансформируемой герме-
тичной оболочкой (рис. 1) [3].
148

Рис. 1. ЗВ-модель трансформируемого модуля.
В настоящее время ведутся экспе-
риментальные работы по данной техно-
логии. Создан упрощенный макет в мас-
штабе 1:10, завершается создание мас-
штабного макета 1:3.
Несмотря на простоту конструкции
оболочки и систем ее развертывания, этот
вариант имеет существенные недостатки,
в связи с чем параллельно ведётся поиск
альтернативных вариантов конструкции
оболочки и модуля в целом.
Введение жестких элементов, обра-
зующих поддерживающий оболочку кар-
кас, при помощи которого происходит
складывание и разворачивание оболочки,
позволяет:
-	осуществлять развёртывание и
сохранять геометрию модуля в случае
разгерметизации оболочки;
-	использовать оболочку упро-
щенного состава;
-	механизировать складывание
оболочки, при этом не требуется усилий
для поджатия оболочки.
Анализ открытых источников ин-
формации выявил отсутствие ранее про-
веденных исследований по данному во-
просу.
В результате предварительного ана-
лиза был предложен ряд вариантов кон-
струкции оболочки, для которых затем
был проведён детальный анализ, в ре-
зультате которого для дальнейшей про-
работки выбраны следующие варианты:
-	с жестким каркасом из рамок,
складывающихся веерным вращением (из
одинарных либо двойных (рис. 2) рамок);
-	с каркасом из складывающихся
гибких рамок с радиальным раскрытием
каркаса.
Рис.2. Вариант а) в транспортном (оболочка условно не показана) и рабочем положениях.
149

Для принятия окончательного ре-
шения о выборе вариантов необходима
экспериментальная отработка на мас-
штабном макете ТМ.
Библиографический список:
1.	Годовой отчет ОАО «РКК
«Энергия» им. С.П. Королева» за 2013
год.	URL:	http://www-
miror.rsc.energia.ru/ru/disclose/areports/are
ports_2013.pdf.
2.	Kriss J. Kennedy, Jasen Raboin,
Gary Spexarth, Gerard Valle. Inflatable
Habitats// Gossamer Spasecraft: Membrane
and Inflatable Structures Technology for
Space Applications. AIAA. 2001.
P.527-552.
3.	Основные положения «Создание
прототипа трансформируемого обитаемо-
го космического модуля».
References:
1.	The year report RSC Energia for
2013.	URL:	http://www-
miror.rsc.energia.ru/ru/disclose/areports/are
ports_2013.pdf.
2.	Kriss J. Kennedy, Jasen Raboin,
Gary Spexarth, Gerard Valle. Inflatable
Habitats// Gossamer Spasecraft: Membrane
and Inflatable Structures Technology for
Space Applications. AIAA. 2001.
P.527-552.
3.	Basic positions «Creation of a pro-
totype of the transformed manned space
module».
THE TRANSFORMED MODULE. VARIANTS OF THE SHELL DESIGN
© 2015 A.A. Chernetsova, I.V. Onikijchuk, I.M. Filippov, A.D.Bychkov
S.P. Korolev rocket and space corporation «Energia», Korolev
In the given work intermediate results of works under the project «Creation of a prototype of the trans-
formed manned space module» and prospects of the further project realisation. The analysis of possible variants of a
design of a shell of the transformed module is carried out.
Keywords: the transformed module, a multilayered transformed shell, micrometeoroid protection.
Информация об авторах:
Чернецова Анна Анатольевна, инженер II категории РКК «Энергия»,
ул. Ленина 4А, г. Королев, Московская область, Россия, 141070, т. 8-916-646-25-03,
anna.chemetsova@rsce.ru.
Оникийчук Игорь Валерьевич, инженер РКК «Энергия», ул. Ленина 4А,
г. Королев, Московская область, Россия, 141070, т. 8-916-509-66-51,
igor.onikiychuk@rsce.ru.
Филиппов Илья Михайлович, начальник отделения РКК «Энергия»,
ул. Ленина 4А, г. Королев, Московская область, Россия, 141070, т. 8-903-122-28-76,
ilia.filippov@rsce.ru.
Бычков Андрей Дмитриевич, инженер II категории РКК «Энергия»,
ул. Ленина 4А, г. Королев, Московская область, Россия, 141070, т. 8-909-665-23-69,
andrey.bvchkovl 5@rsce.ru.
Chernetsova Anna Anatolevna, engineer, RSC Energia, 4A Lenin Street, Korolev, Mos-
cow Region, Russia, 141070, tel. 8-916-646-25-03, anna.chemetsova@rsce.ru.
Onikijchuk Igor Vaierevich, engineer, RSC Energia, 4A Lenin Street, Korolev, Moscow
Region, Russia, 141070, tel. 8-916-509-66-51, igor.onikiychuk@rsce.ru.
Filippov Ilya Mihajlovich, the chief of branch RSC Energia, 4A Lenin Street, Korolev,
Moscow Region, Russia, 141070, tel. 8-903-122-28-76, ilia.filipnov@rsce.ru.
Bychkov Andrey Dmitrievich, engineer, RSC Energia, 4A Lenin Street, Korolev, Mos-
cow Region, Russia, 141070, tel. 8-909-665-23-69, andrey.bvchkov 15@rsce.ru.
150

УДК 528.837:629.78. УДК 621.003.
МЕТОДИКА СРАВНИТЕЛЬНОЙ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОСМИЧЕСКИХ
АППАРАТОВ ДЗЗ С РАЗЛИЧНЫМИ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫМИ
ТЕЛЕСКОПИЧЕСКИМИ КОМПЛЕКСАМИ
© 2015 Н.Н. Стратилатова1, В.И. Куренков2, А.С. Кучеров2, А.С. Егоров1.
'АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
2Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика
С.П. Королёва (национальный исследовательский университет), г. Самара
Предлагается методика ранжирования оптико-электронных телескопических комплексов (ОЭТК) по
степени влияния на целевые характеристики космической системы (КС) наблюдения (линейное разрешение
на местности, периодичность наблюдения, производительность съёмки, оперативность доставки
видеоинформации и др.) с учётом возможного изменения проектных параметров космических аппаратов
(КА) дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) и затрат на реализацию новых проектов.
Методика основана на использовании программного обеспечения для предварительных оценок
массогабаритных и других проектных параметров КА ДЗЗ в зависимости от заданных целевых показателей
КС.
Ключевые слова: космический аппарат, дистанционное зондирование Земли, оптико-электронный
телескопический комплекс, целевые характеристики, проектные параметры, затраты, ранжирован
Введение
В настоящее время выбор новых
ОЭТК для внедрения определяется на
основе трудоёмких и длительных
исследований, в которых принимают
участие НИИ заказчика, ракетно-
космической отрасли, а также
предприятия, специализирующиеся на
создании ОЭТК и КА ДЗЗ.
На начальных этапах
проектирования космических аппаратов
(КА) дистанционного зондирования
Земли (ДЗЗ) обычно рассматриваются
альтернативные варианты оптико-
электронных	телескопических
комплексов (ОЭТК). Казалось бы, чем
лучше показатель линейного разрешения
на местности (детальности) КА, тем
предпочтительнее	использование
рассматриваемого ОЭТК в новых
проектах. Однако, если улучшение
показателя линейного разрешения на
местности связано с увеличением
габаритов и массы ОЭТК, то в некоторых
случаях могут измениться другие
целевые показатели КА ДЗЗ, а также
проектные параметры и экономические
показатели.
В настоящей статье предлагается
упрощенная методика предварительного
выбора ОЭТК на основе анализа влияния
его характеристик на целевые, массога-
баритные, энергетические и экономиче-
ские показатели космического аппарата
ДЗЗ. С помощью предлагаемой методики
можно оперативно провести анализ эф-
фективности внедрения того или иного
проектного решения, связанного с выбо-
ром ОЭТК.
Суть предлагаемой методики за-
ключается в следующем.
Выбор ОЭТК производится по по-
казателю значимости , представляю-
щему собой отношение приращения про-
гнозируемого показателя качества кос-
мических снимков от внедрения нового
ОЭТК ДИ^, к приращению затрат, обу-
словленных стоимостью внедрения ново-
го проектного решения с учётом затрат
на возможное изменение проектного об-
лика КА ДЗЗ ДИ7,, то есть
(О
В качестве исходных данных для
оценки качества космических снимков
используются статистические данные по
целевым характеристикам КА ДЗЗ (ли-
нейное разрешение на местности, коли-
чество спектральных диапазонов, точ-
151

ность привязки снимков к геодезическим
координатам, размеры кадра, радиомет-
рическое разрешение - уровень квантова-
ния или число градаций яркости изобра-
жения, периодичность съёмки заданного
района, оперативность получения ин-
формации, производительность, и др.).
В качестве исходных данных для
оценки расхода от реализации новых
ОЭТК с учётом возможного изменения
проектного облика КА ДЗЗ используются
статистические данные по стоимости
разработки КА ДЗЗ и затратам на пуско-
вые услуги с учётом используемой раке-
ты-носителя.
Для оценки приращения целевых
характеристик и изменения массогаба-
ритных и энергетических характеристик
КА ДЗЗ задаются целевыми показателями
космической системы наблюдения, пред-
полагаемой к разработке или модерниза-
ции. При необходимости выбирается
прототип КА ДЗЗ, проводится оценка
влияния внедрения того или иного ОЭТК
на проектный облик КА.
При существенных изменениях
проектного облика КА (массы, габаритов,
энергопотребления) вместо модерниза-
ции необходимо как бы формировать но-
вый облик КА, что делается на основе
разработанной ранее методики и с помо-
щью специального программного обес-
печения.
Оценка приращения затрат на реа-
лизацию проектов с альтернативными
вариантами ОЭТК осуществляется на ос-
нове анализа статистических данных по
КА с аналогичными целевыми и проект-
ными характеристиками.
Ниже приводится более подробное
изложение этапов реализации предлагае-
мой методики в упрощенной постановке.
Анализ статистических данных
по КА ДЗЗ.
В табл. 1 приведены некоторые це-
левые и проектные характеристики, по-
лученные после сбора и обработки стати-
стических данных по семи КА ДЗЗ. Про-
черки в ячейках таблицы означают, что
по соответствующим характеристикам
нет данных.
Представленные в табл, показатели
линейного разрешения на местности (де-
тальности), соответствуют размеру эле-
ментарного фотоприёмника изображения
- пикселя. Заметим, что в некоторых ис-
точниках линейное разрешение на мест-
ности - это суммарная ширина чёрной и
белой полос на мире при минимальной
различимости этих полос, а размерность
такого показателя м/(два пикселя).
Разброс показателя периодичности
наблюдения зависит от широты располо-
жения снимаемого объекта, в табл, он
представлен в виде интервала значений.
Стоимость создания КА «Ресурс-П»
приведена как экспертная оценка авторов
на основе сравнительной оценки по зару-
бежным КА.
Отметим, что характеристики в
табл, собраны из различных источников,
данные которых иногда противоречивы.
Эти характеристики использованы лишь
для проверки работоспособности предла-
гаемой методики.
Оценка качества космических
снимков.
Качество космических снимков
определяется несколькими составляю-
щими, определяющими их потребитель-
ские свойства. Проектные характеристи-
ки КА ДЗЗ при определении качества
снимков как бы остаются за скобками.
Поэтому, прежде всего, из всех характе-
ристик необходимо выделить лишь те,
которые в той или иной мере определяют
качество снимков. В данном исследова-
нии выделены следующие характеристи-
ки: детальность, количество спектров
наблюдения, градация изображения
(квантование сигнала), точность коорди-
натной привязки снимков, периодичность
наблюдения заданного района, ширина
захвата аппаратуры наблюдения и произ-
водительность съёмки). Характеристика
оперативности передачи видеоинформа-
ции на наземные пункты приёма не рас-
сматривалась в связи с отсутствием дан-
ных.
Интегральную (комплексную)
оценку качества снимка будем оценивать
так:
(2)
152

где W, - частный показатель качества;
- удельный вес частного показателя;
п - количество рассматриваемых част-
ных показателей.
Табл. 1. Основные характеристики КА ДЗЗ и качества космических снимков
Характеристика	Наименование КА ДЗЗ						
	IKONOS	Quick- Bird-2	World- View-1	GeoEye-1	World- View-2	Pleiades - la, lb	Ресурс-П -№1,№2
Год запуска	1999	2001	2007	2008	2009	2011 2012	2013 2014
Масса КА, кг	726	1028	2500	1955	2800	970	6275
PH	Athena-2	Delta-2	Delta -2	Delta-2	Delta-2	Союз-2СТ	Союз-2- 16
Детальность, Пх, м/пиксель: МС, м/пиксель:	0,81 3,2	0,61 2.44	0,50 Нет	0,41 1,65	0,46 1,84	0,7 2,8	0,72 2,48
Орбита, км Накло- нение,°	681 98,2	450 98	495 97,2	684 98,1°	770 97,8°	694 98,2°	475 97,2°
Кол-во спектр, диа- пазонов	ПХ - 1 МС-4	ПХ - 1 МС-4	ПХ - 1 МС-0	ПХ - 1 МС-4	ПХ - 1 МС-8	ПХ - 1 МС-4	ПХ - 1 МС-6
Координатная при- вязка, м	23	23	5	3	5	4,5	10...15
Градация изобра- жения, бит/пикс.	11	И	И	11	И	12	10
Периодич-ть, сут (в завис, от шир.)	2...3	1...5	2...3	1...3	1...3	1...3	2...3
Ширина полосы обзора, км	-	-	-	-	775...1355	800	950
Ширина захвата в надире, км	11	16,5	17,6	15,2	16,4	20	38
Произв-ть, Тыс. кв. км/сут	240	350	850	700	975	1 000	800
У гл. скор, пере- нацел., град/с	3,4	1,5	4,5	1,8	3,5	2,4	2
Бортовой накопи- тель, Гбит	80	128	2199	1200	2199	600	500
Скор, передачи дан- ных, Мбит/с	320	320	800	740	800	450	300
Срок АС, лет	8,5	7	7,25	7	7,5	5	5
Стоимость КА, млн $	500	245	500	500	400	380	150
В табл. 2 представлены результаты
экспертной оценки в баллах частных по-
казателей качества космических снимков
(Wt) и результаты расчёта (WK), прове-
дённые по формуле (2). Удельные веса
различных показателей (к,) представлены
в последнем столбце таблицы.
Наибольшее значение (0,4) присво-
ено показателю детальности (линейному
разрешению на местности), так как даже
небольшое улучшение этого показателя,
как будет показано ниже, требует значи-
тельных затрат массы на реализацию но-
вого ОЭТК.
Лучшими можно считать космиче-
ские снимки по критерию WK —> max.
Согласно этому критерию предпочтение
следует отдавать снимкам, полученным с
КА ДЗЗ WorldView-2, а снимки с КА
«Ресурс-П» (в рамках данной методики)
по качеству занимают третье место.
153

Табл. 2. Оценка целевых показателей качества космических снимков с различных КА ДЗЗ
Характеристика	Наименование КА ДЗЗ							К
	IKONOS	Quick- Bird-2	World- View-1	Geo- Eye-1	World- View-2	Pleiades - la, lb	Ресурс-П -№1,№2	
Детальность	0,15	0,25	0,3	0,4	0,35	0,2	0,2	0,4
Кол. спектров	0,4	0,4	0,25	0,4	0,9	0,4	0,7	0,1
Квантование	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8	0,9	0,7	o,l
Коорд. привязка	0,4	0,4	0,75	0,9	0,75	0,8	0,6	0,1
Периодичность	0,5	0,4	0,5	0,6	0,6	0,6	0,5	0,1
Ширина захвата	0,25	0,4	0,42	о,3	0,4	0,5	1	0,1
Производ-ть	0,2	0,35	0,8	0,7	0,9	1	0,8	0,1
Качество, W.. ’ А	0,32	0,38	0,47	0,53	0,58	0,50	0,51	
Основные этапы реализации ме-
тодики
1.	Задаются исходные данные по
целевым характеристикам КА ДЗЗ с
ОЭТК различных типов. В качестве целе-
вых показателей используются лишь те,
которые в наибольшей степени влияют на
баллистические и массогабаритные ха-
рактеристики КА ДЗЗ: - линейное разре-
шение на местности детальность); шири-
на полосы захвата (не менее заданной);
ширина полосы обзора (не менее задан-
ной); средняя периодичность; производи-
тельность (объектов наблюдения за ви-
ток); средняя оперативность; срок актив-
ного существования.
В рамках данной работы будем счи-
тать, что все остальные целевые характе-
ристики влияют на проектные параметры
КА ДЗЗ в меньшей степени (точность ге-
опривязки снимков, квантование и др.)
или их влияние минимально из-за суще-
ствующих ограничений по типам орбит
(обзорность). Заметим, что количество
спектров наблюдения, как целевая харак-
теристика, влияет на проектные парамет-
ры КА ДЗЗ, однако будем считать, что
это влияние учтено в характеристиках
анализируемых ОЭТК.
2.	Проводятся проектные расчёты
по параметрам орбит новых КА с учётом
данных статистики по ширине полосы
захвата. Максимальный угол отклонения
оптической оси КА от направления в
надир yina для большинства КА составля-
ет 40.. .45 градусов.
Минимальная высота орбиты Hmin
(без учёта кривизны поверхности Земли)
определяется из простых геометрических
соотношений по заданной ширине поло-
сы обзора L(K.:
min л .
(3)
3.	Производится выбор параметров
солнечно-синхронной орбиты (ССО) с
высотой орбиты, ближайшей большей к
минимальной высоте по методике [1].
4.	Рассчитывается уточнённое зна-
чение ширины полосы обзора (на основа-
нии (3).
5.	Осуществляется уточнение пока-
зателя линейного разрешения на местно-
сти АЛ (при съёмке в надир) с учётом
корректировки высоты Н по методике
[2]. Проверяется условие по минимально
необходимому диаметру главного зерка-
ла Dn для обеспечения детальности по
формуле [3]
D -
,3 2K&L
(4)
где Л - минимальная длина волны в ис-
пользуемых спектрах;
К - эмпирический коэффициент
(0,25-0,35).
6.	Осуществляется расчёт и проект-
ное обеспечение показателей периодич-
ности наблюдения и оперативности пере-
дачи информации на наземные пункты
приёма.
Расчёт осуществляется с помощью
программы EFKAN [2], предназначенной
для имитационного моделирования орби-
тального движения и целевых разворо-
тов. В программном обеспечении учиты-
ваются параметры орбит КА, время полё-
та КА, нахождение КА на Солнце или в
тени Земли, нахождению объектов
наблюдения в световом пятне, место
154

нахождения объекта наблюдения, коор-
динаты расположения наземного пункта
приема видеоинформации и др. С помо-
щью этой программы также осуществля-
ется проверка обеспечения показателей
детальности, ширины полосы захвата и
ширины полосы обзора.
7.	При невыполнении показателей
периодичности или оперативности про-
изводится корректировка проекта по па-
раметрам орбиты, по количеству исполь-
зуемых наземных пунктов приёма ин-
формации или введением спутника-
ретранслятора.
8.	Производится расчет (в первом
приближении) массогабаритных и энер-
гетических характеристик (будущего
КА), имеющего типовой состав целевой
аппаратуры и бортовых обеспечивающих
систем [4]. Расчёт производится с помо-
щью программы ПОСАПР (совместная
разработка сотрудников СГАУ и АО
«РКЦ»Прогресс»), в качестве исходных
данных вводятся целевые характеристи-
ки, уточнённые на предыдущих этапах
расчёта.
9.	Оцениваются показатели каче-
ства космических снимков для КА ДЗЗ с
новыми ОЭТК и ФПУ (в баллах).
10.	Производится оценка затрат на
создание КА с различными ОЭТК и дру-
гими новыми проектными решениями.
11.	Выбирается ракета-носитель по
критерию минимальной стоимости пус-
ковых услуг [5].
12.	Производится оценка значимо-
сти внедрения новых ОЭТК.
13.	Производится оценка качества
КА с различными проектными решения-
ми.
Пример реализации методики.
Рассматриваются два типа ОЭТК,
некоторые характеристики которых
представлены в табл. 3. Данные по
ОЭТК-1 заимствованы из работы [6], а по
ОЭТК-2 - из [7-8] (примерно соответ-
ствуют аппаратуре наблюдения спутника
КН-11 -США).
Табл. 3. Характеристики ОЭТК и ФПУ
Характеристика	ОЭТК-1	ОЭТК-2
Фокусное расстояние ОЭТК, , м.	20	27
Угловое поле зрения, град	1,5	0,6... 1
Угловое разрешение £ = ЫЭ1 f	1	0,3
Количество спектров	4	8
Квантование	10	12
Диаметр ГЗ, м	1,5	2,3
Диаметр ОЭТК, м	1,7	2,6
Длина ОЭТК, м	6	7
Масса, кг	1600	2600
Среднесут. энергопотребление, Вт	150	300
Размер пикселя, Д/э, мк	6...9	6
В табл. 4 приведены некоторые рас-
чётные данные по результатам предвари-
тельного оперативного выбора основных
проектных характеристик КА ДЗЗ с ап-
паратурой наблюдения в соответствии с
табл. 3. Линейное разрешение на местно-
сти рассчитывалось на основе соотноше-
ний геометрической оптики и не учиты-
вало влияние освещённости и контраст-
ности объектов наблюдения, а также зве-
ньев формирования оптического тракта
изображения.
Отметим, что рассчитанные пара-
метры КА-2 примерно соответствует ха-
рактеристикам КА ДЗЗ США «КН-11»
[7-8] при некоторых допущениях по це-
левым параметрам.
Показатель оперативности рассчи-
тывался без использования спутника-
ретранстлятора и для одного наземного
пункта приёма информации.
155

Табл. 4. Предварительные проектные характеристики КА с различными ОЭТК
Характеристика	КА-1 (ОЭТК-1)	КА-2 (ОЭТК-2)
Линейное разрешение, м	0,5	0,3
Ширина полосы обзора, км	1460	540 - 2000
Ширина полосы захвата, км	17,4	4- 14
Периодичность, час	20-47	19-36
Производительность, Объект/вит	20	20
Срок активного существования, лет	5	10
Высота орбиты, км	730	270-1007
Угол наклонения плоскости орбиты, град	98,3	97,9
Масса КА, кг	5730	11000
Длина КА (не более), м	7,5	13,1
Диаметр КА (не более), м	4,0	4,3
Минимальный потребный диаметр ГЗ, м	1,4	2,14
Среднесут. энергопотребление, Вт	1500	2520
Отметим, что массу и габариты
КА-2 можно уменьшить за счёт снижения
требований по другим целевым показате-
лям (по сроку активного существования,
производительности, энергопотреблению
и др.) или после внедрения некоторые
новых технических решений, которые в
данном исследовании не рассматривают-
ся.
Оценка качества снимков КА с
различными ОЭТК.
Результаты расчёта в баллах пред-
ставлены в табл. 5. Для сравнения приве-
дены показатели качества по КА «Ресурс-
11». В последнем столбце представлены
удельные веса частных показателей эф-
фективности.
Табл. 5. Показатели качества космических снимков
для КА ДЗЗ с новыми ОЭТК и ФПУ (в баллах)
Характеристика	КА ДЗЗ			ь,
	Ресурс-П	КА-1	КА-2	
Детальность	0,2	0,5	0,7	0,4
Кол. спектров	0,7	0,4	0,8	0,1
Квантование	0,7	0,7	0,9	0,1
Коорд. привязка	0,6	0,6	0,6	0,1
Периодичность	0,5	0,5	0,5	0,1
Ширина захвата	1	0,5	0,3	0,1
Производитеьность	0,8	0,8	0,8	0,1
Качество, Wк	0,51	0,55	0,67	
Оценка затрат на создание и
запуск КА.
Определение затрат на реализацию
КА в общем случае должно проводится
не только с учётом цены закупленных
ОЭТК, но и с учётом затрат на перепро-
ектирование, изменение технологическо-
го процесса и др. На данном этапе реша-
ется более простая задача, в которой учи-
тывается изменение стоимости лишь
ОЭТК. Будем оценивать относительное
приращение затрат экспертным путём.
Результаты расчёта затрат (в бал-
лах) на предполагаемую реализацию КА
ДЗЗ с новыми ОЭТК и ФПУ приведены в
табл. 6. Здесь учтён факт того, что для
КА высокодетального наблюдения зна-
чительная часть стоимости приходит на
ОЭТК. Также стоимость запуска КА-2
увеличится. Это связано с тем, что масса
и габариты КА-2 превышают грузоподъ-
ёмность и диаметр головного обтекателя
ракеты-носителя (PH) типа «Союз». Для
запуска можно использовать, например,
PH более тяжёлого класса, например, PH
«Ангара-5» или «Протон». Отметим, что
для запуска КА «КН-И» использовалась
PH Titan-IVB).
156

Табл. 6. Затраты на создание КА
Характеристика	КА ДЗЗ			
	Ресурс-П	КА-1	КА-2	
Стоимость PH	0,3	0,3	0,4	0,2
Стоимость КА	0,3	0,4	0,5	0,5
Срок АС	0,5	0,5	0,7	0,3
Затраты,	0,36	0,41	0,54	
Оценка значимости внедрения
новых технических решений.
Проведём оценку значимости внед-
рения ОЭТК-1 и ОЭТК-2 на основе фор-
мул (1) и (2) с учётом данных табл. 5 и 6
t _WK1-WKK 0,55-0,51
иГи/1 -	-- vz* Ovz
JK,2-JK7I 0,41-0,36
Л	_0,67-0,51
?и'2	0,54-0,36	’
В этих расчётах индексы 1, 2 и 3 в
обозначениях показателей качества и за-
трат относятся к КА «Ресурс-П», КА с
ОЭТК-1 и КА с ОЭТК-2. Видно, что зна-
чимость внедрения ОЭТК-2 выше, чем
ОЭТК-1, несмотря на дополнительные
затраты.
Напомним, что этот показатель зна-
чимости характеризует получение
наибольшего эффекта от внедрения (тех-
нических решений) с учётом затрат.
Отметим, что повысить значимость
внедрения ОЭТК-2 можно, снизив массу
КА-2 до такой степени, что бы КА-2
можно было бы запускать на PH типа
«Союз». Это можно сделать за счёт внед-
рения других технических решений или
снизив требования по некоторым осталь-
ным целевым характеристикам КА.
Выводы
Предложена методика, с помощью
которой можно проводить выбор новых
типов ОЭТК с учётом их влияния на це-
левые, проектные и стоимостные харак-
теристики космических систем и аппара-
тов ДЗЗ.
Методика основана на оценках ка-
чества космических снимков с учётом
целевых характеристик КА и качества
космических аппаратов с учётом их про-
ектных параметров, а также на оценке
показателей значимости, которые пред-
ставляют собой отношение приращения
качества космических снимков к затратам
на реализацию КА с новыми проектными
решениями.
Предлагаемая методика универ-
сальна и позволяет рассчитывать анало-
гичным образом показатели значимости и
показатели качества КА ДЗЗ, а также
ранжировать другие проектные решения,
предполагаемые для внедрения.
Библиографический список:
1.	Гонин, Г. Б. Космические съемки
Земли [Текст] / Г. Б. Гонин - Л.: Недра,
1989.-252 с.
2.	Куренков, В. И. Основы устрой-
ства и моделирования целевого функцио-
нирования космических аппаратов
наблюдения [Текст]: учеб, пособие / В. И.
Куренков, В. В. Салмин, Б. А. Абрамов. -
Самара: Изд-во Самар, гос. аэрокосм, ун-
та, 2006. - 296 с.
3.	Аронов, А.М. Оптико-
электронные системы для дистанционно-
го зондирования Земли [Текст] /
А.М. Аронов, В.А. Данилов, В.О. Ники-
форов [и др.] // Сб. материалов 3-й воен-
но-научной конференции космических
войск (Санкт-Петербург, 23 января 2007
г.), - СПб.: Военно-космическая Акаде-
мия им. А.Ф.Можайского, 2007 г.
4.	Куренков, В. И. Методика выбора
основных проектных характеристик и
конструктивного облика космических
аппаратов наблюдения [Текст]: учеб, по-
собие / В. И. Куренков, В. В. Салмин,
А.Г.Прохоров. - Самара: Изд-во Самар-
ского государственного аэрокосмическо-
го университета, 2007. - 296 с.
5.	Чёрная, О.А. Цена на запуск ра-
кетоносителя, как один из центральных
факторов международной конкурентно-
способности (Днепровский националь-
ный университет). - Вестник донецкого
университета. Серия В: Экономика и
право. Вып. 2. 2007. С. 219-227.
157

6.	Маламед, Е. Р. Конструирование
оптических приборов космического бази-
рования [Текст]: учеб, пособие / Е.Р. Ма-
ламед. - СПб.: СПбГИТМО (ТУ), 202. -
291 с.
7.	КН-11 Kennan.
https://en.wikipedia.org/wiki/KH-
11 Kennanffcite note-USA-245-62.
8.	Improved - Advanced Crystal /
IKON / "KH-12" Reconnaissance Imaging
Spacecraft.
http://www.globalsecurity.org/space/systems
/kh-12.htm By © Charles P. Vick 2007 All
Rights Reserved 04-25-07.
COMPARATIVE EVALUATION METHODS OF EARTH REMOTE SENSING SAT-
ELLITES WITH DIFFERENT OPTOELECTRONIC TELESCOPIC COMPLEXES
© 2015 V.I.Kurenkov2, N.N.Stratilatova1, A.S. Kucherov2, A.S. Egorov1
1 JSC «RSC «Progress», Samara
2Samara State Aerospace University, Samara
The technique of ranging optoelectronic telescopic systems on degree of influence on the target
characteristics of a space system observation (linear ground resolution, frequency of observation, shooting
performance, efficiency of delivery of remote sensing information, etc.), taking into account possible changes in
project parameters remote sensing spacecraft and the cost of new projects.
The technique is based on the use of software to preliminary estimates the weight and size, and other design
parameters ERS satellites depending on the set targets of the space systems.
Keywords: spacecraft, remote sensing, optoelectronic telescope complex, target specifications, design
parameters, cost rankings.
Информация об авторах:
Куренков Владимир Иванович, доктор технических наук, профессор, профессор
кафедры космического машиностроения Самарского государственного аэрокосмического
университета, e-mail: kvi.48@mail.ru.
Область научных интересов: проектирование, моделирование целевого
функционирования, надежность ракет-носителей и космических аппаратов наблюдения.
Наталия Николаевна Стратилатова, начальник бюро АО «РКЦ «Прогресс»,
т. (846) 228-97-56, e-mail: stratilatova nat@mail.ru.
Область научных интересов: эффективность внедрения объектов интеллектуальной
собственности в ракетно-космической отрасли.
Кучеров Александр Степанович, кандидат технических наук, доцент, начальник
учебного отдела Самарского государственного аэрокосмического университета, e-mail:
ask@ssau.ru.
Область научных интересов: проектирование, моделирование целевого
функционирования и надежность космических аппаратов наблюдения, исследование
операций.
Егоров Александр Святославович, инженер-конструктор 2 категории,
АО «РКЦ «Прогресс», т. (846) - 228-95-29, e-mail: egorov063@mail.ru.
Область научных интересов: дистанционное зондирование Земли, методы обработки информа-
ции дистанционного зондирования Земли, моделирование целевого функционирования ра-
кетно-космической техники с учётом экономических эффективности.
Kurenkov Vladimir Ivanovich, doctor of technical Sciences, Professor, Professor of
space engineering at Samara State Aerospace University, e-mail: kvi.48@mail.ru.
Research interests: designing, simulation of target functioning, the reliability of boosters
and observation spacecrafts.
Nataliya Nikolaevna Stratilatova, head of bureau, JSC «SRC «Progress», Samara, Russian
158

Federation, phone (846) - 228-97-56, e-mail: stratilatova nat@mail.ru.
Research interests: Introduction efficiency of intellectual property objects in space-rocket
branch.
Kucherov Alexander Stepanovich, candidate of technical sciences, associate professor,
head of academic division, Samara State Aerospace University, e-mail: ask@ssau.ru.
Area of research: design, modeling the target operation and reliability of spacecraft,
operational research.
Egorov Alexander Svyatoslavovich, design engineer of 2 category, JSC « SRC «Progress»,
Samara, Russian Federation, phone (846) - 228-95-29, e-mail: egorov063@mail.ru.
Research interests are in the field remote sensing, methods of processing remote sensing information,
cost-effectiveness modeling the target operation of observation spacecraft.
159

УДК 621.78:621.311:629.7.05
ИЗМЕРЕНИЕ ПОМЕХ В ЦЕПЯХ БОРТОВОЙ АППАРАТУРЫ КОСМИЧЕСКИХ
АППАРАТОВ ВЫЗВАННЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПОЛЕМ
ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО РАЗРЯДА
©2015 А.В. Костин, В.С. Бозриков
АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
В статье рассматриваются результаты измерения помех, наведённых в антенне, имитирующей элек-
трическую цепь и расположенной внутри макета бортовой аппаратуры космических аппаратов и за его пре-
делами в условиях воздействия электростатического разряда. Также исследовались защитные свойства раз-
личных методов повышения эффективности экранирования. Сформулированы некоторые рекомендации
разработчикам бортовой аппаратуры космических аппаратов.
Ключевые слова: Бортовая аппаратура, космический аппарат, электромагнитное поле, помеха,
электростатический разряд, экран, эффективность экранирования, осциллограммы, измерения
Космическая техника развивается в
сторону увеличения срока активного
существования, расширения функцио-
нальных возможностей, снижения габа-
ритов и массы. Такая тенденция привела
к необходимости применения полупро-
водниковых приборов с высоким быстро-
действием. В отличие от электромагнит-
ных реле, программных механизмов и
полупроводниковых приборов с низким
быстродействием они более чувствитель-
ны к помехам, вызванным различными
явлениями (как природными, так и
антропогенного характера). Одним из та-
ких явлений природы является электри-
зация космического аппарата (КА). В ре-
зультате электризации неметаллизиро-
ванные элементы конструкции заряжают-
ся таким образом, что между ними обра-
зуются разности потенциалов [1-3]. Эти
разности потенциалов достигают значе-
ний 20 кВ [3]. Последнее приводит к воз-
никновению электростатических разря-
дов (ЭСР). ЭСР порождают импульсное
электромагнитное поле (ЭМП), которое
воздействует как на бортовую кабельную
сеть (БКС), так и на бортовую аппаратуру
(БА), вызывая наводки. Наводки могут
привести не только к сбоям, но и к необ-
ратимым отказам из-за выхода из строя
электро-радио изделий (ЭРИ) Вопросам
отказа ЭРИ вследствие воздействия ЭСР
посвящено много работ, а в работе [4]
предлагается метод моделирования
интенсивности отказов интегральных
схем БА КА из-за воздействия ЭСР. Не-
обратимый отказ БА может привести к
потере КА. Последнее может быть даже
отнесено к категории функциональной
безопасности [5].
В настоящее время для определения
необходимости и достаточности приня-
тых мер по защите бортовой аппаратуры
космических аппаратов от факторов
электростатического разряда на этапе её
проектирования применяется теоретиче-
ская оценка [6]. Для подтверждения
устойчивости бортовой аппаратуры кос-
мических аппаратов к факторам электро-
статического разряда проводятся назем-
ные отработочные испытания.
Корпуса БА КА, как правило, изго-
тавливаются из металла (чаще всего из
алюминиевых или магниевых сплавов).
Корпус металлизируется с остальными
элементами конструкции КА. Теоретиче-
ски, такие корпуса должны обеспечить
электромагнитное экранирование от
ЭМП, вызванного ЭСР. Работа, описан-
ная в настоящей статье, призвана прове-
рить эти экранирующие свойства.
Для проведения эксперимента ис-
пользовался специально изготовленный
макет. Макет представлял собой один ти-
повой блок в виде рамки, закрытый свер-
ху и снизу крышками. Общий вид макета
приведён на рис. 1. Посередине рамки
находится пластина (рис. 2), на которой в
реальных приборах располагаются пе-
чатные платы, электрорадиоизделия
160

(ЭРИ) и жгуты. Пластина является еди-
ным целым с рамкой. В макете на эту
пластину уложены две петли из прово-
дов. Одна петля является двухпроводной
линией, замкнутой на конце, вторая -
фрагментом одиночного провода, уло-
женного в форме петли (рис.1). Этим ан-
теннам были присвоены номера 1 и 2 со-
ответственно. Антенна 2 в эксперименте,
описанном в настоящей статье, участия
не принимала. Обе петли представляют
собой рамочные антенны. Рамочные ан-
тенны имитируют цепи БА КА, состоя-
щие из сигнального провода, источника
сигнала, нагрузки и общего (возвратного)
провода. Корпус макета (рамка и крыш-
ки) были изготовлены из сплава АМгб.
Рамочные антенны подключены к
высокочастотным соединителям. Через
эти соединители к антеннам подключался
цифровой осциллограф с помощью спе-
циального кабеля (рис. 2). Для осцилло-
графирования использовался прибор DPO
4104 фирмы Tektronix со значением по-
лосы пропускания 1 ГГц.
Поле ЭСР создавалось специальным
генератором электростатического разря-
дов (ГЭР). Форма импульса, создаваемо-
го ГЭР, представлена на рис. 3. Значение
длительности фронта разрядного импуль-
са составляет 13,8 нс. Значение длитель-
ности импульса по уровню 0,5 составляет
125 нс.
Рис. 2. Структурная схема установки
161

СН1 50V M 25.0 ns	CH1 \ -19.0V
<10Hz
Рис. 3. Осциллограмма импульса тока ГЭР
Падение напряжения на шунте сопротивлением 2,4 Ом
На макет воздействовали полем, со-
зданным ёмкостной антенной из ком-
плекта ГЭР. Макет был установлен на
пластину из АМгб. Закрепление произво-
дилось винтами через виброизоляторы,
входящие в состав макета. Такой способ
установки применяется достаточно часто
для БА КА. Цель его - защита БА от ме-
ханических воздействий. Макет металли-
зировался к пластине через клемму ме-
таллизации (рис. 1) при помощи пере-
мычки. Сопротивление цепи металлиза-
ции не превышало 2 мОм. Указанные
виброизоляторы изготовлены из металла
и являются проводниками. Можно ска-
зать, что макет был дополнительно ме-
таллизирован в точках закрепления.
Заземляющий провод ГЭР был под-
ключен к пластине. Пластина была за-
землена в двух точках. Антенна распола-
галась напротив верхней крышки. Плос-
кость антенны располагалась параллель-
но плоскости верхней крышки. Значение
расстояния между антенной и верхней
крышкой макета 30 мм. При измерении
применялось усреднение по 128 перио-
дам. Измерения производились при воз-
действии импульса ЭСР с амплитудой
напряжения 20 кВ.
Осциллограмма напряжения поме-
хи, зафиксированной в антенне №1 маке-
та, представлена на рис. 3. Как видно из
рис. 3, амплитуда напряжения помехи
достигает значения 9,4 В. На втором
этапе были демонтированы низкочастот-
ные соединители. По сути, они подклю-
чены не были и эмитировали только
неоднородности в корпусе БА КА.
Отверстия, оставшиеся после демонтажа,
были заклеены электропроводящей лен-
той НИИКАМ-ЭПЛ-М. На доработанном
макете были проведены аналогичные из-
мерения. Результаты измерений мало от-
личаются от приведённых на рис. 4, по
этой причине они не приводятся. Ампли-
туда импульса помехи не изменилась.
Эффективность экранирования не увели-
чилась. На третьем этапе доработанный
макет был накрыт металлизированной
тканью арт. 56041 «М». Ткань металли-
зировалась с пластиной при помощи лен-
ты НИИКАМ-ЭПЛ-М дискретно с шагом
не более 50 мм. Были проведены те же
измерения. И снова результаты мало от-
личались от приведённых на рис. 4, по
этой причине они не приводятся. Эффек-
тивность экранирования не увеличилась.
На четвёртом этапе доработанный макет
162

был накрыт двумя слоями металлизиро-
ванной ткани. Ткань металлизировалась с
пластиной при помощи ленты
НИИКАМ-ЭПЛ-М дискретно с шагом не
более 50 мм. Проведены те же измерения.
Осциллограмма напряжения помехи, за-
фиксированной в антенне №1 макета при
последнем измерении, представлена на
рис. 4. Как видно из рис. 5, амплитуда
напряжения помехи достигает всего 1,8
В. Форма колебания практически не из-
менилась. Таким образом, можно сказать,
что применение дополнительной защиты
в виде двух слоёв металлизированной
ткани увеличивает эффективность экра-
нирования на 14,4 дБ. Полученное значе-
ние попадает в диапазон, приведённый в
работе [7] для эффективности экраниро-
вания металлизированной тканью. Вели-
чина не очень значительная, но если су-
дить по уровню ЭДС помехи, то можно
сказать, что такая помеха существенной
опасности уже не несёт, разве что при
работе низкоуровневой логики может
привести к сбоям. В общем, величина до-
статочно приемлемая.
Для оценки экранирующих свойств
экранов используют такой параметр как
эффективность экранирования. Эффек-
тивность экранирования экрана есть от-
ношение напряженностей поля (электри-
ческого или магнитного) в защищаемой
области пространства при отсутствии
экрана и при наличии его [8]. ЭДС поме-
хи, наведённой в рамочной антенне, пря-
мо пропорциональна напряжённости
магнитного поля
g	~-д, О
at	А/
где t - время; /д» - магнитная постоянная;
S - площадка, ограниченная контуром
(рамочной антенной); Н - вектор напря-
жённости магнитного поля; Нп - нор-
мальная составляющая (относительно
малой площадки Si) вектора напряжённо-
сти магнитного поля в пределах i -ой ма-
лой площадки; N- число площадок.
Считается, что в пределах малой
площадки нормальная составляющая
магнитного поля не меняется. Запишем
(1) для той же антенны, но в свободном
пространстве, без экрана.
d - - iH-s'
ео = J HodS ~ -До — -	. (2)
at *	А/
Разделив (2) на (1), получим
4? N Р-1
(3)
е £ Нп
Предположим, что ЭМП, вызванное
ЭСР внутри прибора, не зависит от коор-
динат, а равно некоторому усреднённому
значению по всему объёму. Аналогично
для поля в тех же точках, но вне корпуса.
Тогда выражение (3) можно записать
£1 ~	мл
е Нп ’
Прологарифмировав и умножив вы-
ражение (4) на 20,получим
— е	Н
9=201g^ = 201g^.	(5)
е
163

Выражение (5) можно назвать сред-
ней эффективностью экранирования. Ве-
личина очень приближённая и подходит
только для грубой оценки. Для более
точной оценки необходимо расставить
множество маленьких антенн по всему
объёму корпуса. Это сделать весьма про-
блематично. Поэтому для оценки экрани-
рующих свойств корпусов будем исполь-
зовать среднюю эффективность экрани-
рования.
Если форма сигнала ЭДС помехи в
антенне не меняется при проведении раз-
ных экспериментов, то среднюю эффек-
тивность экранирования можно рассмат-
ривать как отношение амплитуд полу-
ченных импульсов.
Аналогичные математические пре-
образования можно сделать и для элек-
трического поля. Вообще ёмкостная ан-
тенна в ближней зоне создаёт преимуще-
ственно электрическое поле, но магнит-
ная составляющая также присутствует.
Рамочные же антенны являются магнит-
ными.
164

Рис. 5. Осциллограмма напряжения помехи в антенне внутри макета, накрытого двумя слоями
металлизированной ткани
Поэтому, для оценки эффективно-
сти экранирования на завершающем эта-
пе, были измерены помехи в антенне,
идентичной антенне №1, но без корпуса,
для того, чтобы оценить эффективность
экранирования. Антенна была уложена на
стеклотекстолитовую пластину. Послед-
няя была установлена на пластину из
АМгб таким образом, чтобы расстояние
от антенны до пластины было такое же
как в опыте с макетом. Емкостная антен-
на ГЭР была установлена аналогично, но
с сохранением расстояния до антенны
№1 (также как в опыте с макетом). В ре-
зультате эксперимента была получена
осциллограмма, представленная на рис. 6.
Хотя период колебаний изменился, стал
больше, амплитуда колебания практиче-
ски осталась на прежнем уровне. Это го-
ворит о том, что корпус БА КА не обла-
дает экранирующими свойствами, необ-
ходимыми для защиты от ЭМП, вызван-
ного ЭСР. Можно предположить, что бо-
лее высокая частота колебаний помех,
полученных в предыдущих опытах, явля-
ется следствием влияния корпуса, кото-
рый вносит реактивное сопротивление в
контур антенны.
165

При проведении таких эксперимен-
тов остро встаёт проблема снижения по-
мех в измерительном тракте (кабеле и
осциллографе). Для этого был применён
экранированный кабель, а осциллограф
располагался максимально далеко от
ГЭР. Кроме того ГЭР и осциллограф бы-
ли подключены к разным точкам зазем-
ления. Для анализа влияния помех в из-
мерительном тракте на результаты изме-
рения были измерены наводки в кабеле и
осциллографе. Для этого кабель был от-
ключен от макета, а воздействие на макет
продолжалось. Значения амплитуды ЭДС
помех, наведённых в кабеле и осцилло-
графе, не превышала 120 мВ, что значи-
тельно ниже (на порядок) наводок в ан-
тенне макета. Это позволяет сделать вы-
вод, что влияние помех в измерительном
тракте не сильно влияют на результаты
эксперимента.
Таким образом, корпус БА КА не
выполняет экранирующих функций в ча-
сти защиты от ЭМП ЭСР. Наиболее веро-
ятной причиной этого являются много-
численные неоднородности в корпусе:
отверстия, щели, плохой контакт между
деталями корпуса. В работе [9] экспери-
ментально подтверждено пагубное влия-
ние на эффективность экранирования вы-
сокого сопротивления между деталями
экрана. Попытки частного решения про-
блемы, как, например, закрывать неза-
действованные соединители электропро-
водящими крышками также не дают ре-
зультата. Таким образом, чтобы превра-
тить корпус БА КА в электромагнитный
экран необходимо исключить все неод-
нородности, что сделать весьма пробле-
матично (дорого, трудоёмко, неремонто-
пригодно); кроме того, такое решение,
может привести к увеличению массы. По
этой причине для снижения помех, вы-
званных ЭСР, лучше всего использовать
другие методы, например, рациональную
трассировку печатных плат и раскладку
жгутов. Однако, защита двумя слоями
металлизированной ткани показала уве-
личение эффективности экранирования.
О преимуществах металлизированных
тканей и возможности их использования
для защиты от ЭМП вызванного ЭСР го-
ворится также в работе [10]. Это позволя-
ет говорить о том, что маты экранно-
166

вакуумной теплоизоляции, в которые
входят слои этой ткани, могут усилить
защиту от ЭМП ЭСР. То есть, наряду с
выполнением основной функции - теп-
лоизоляции, выполнять дополнительную
функцию - защиты от ЭМП, вызванного
ЭСР. Таким образом, обеспечивается за-
щита без дополнительных затрат.
Библиографический список:
1.	NASA-HDBK-4002A Mitigating
in-space charging effects guideline, NASA,
2011.
2.	Новиков Л.С. Взаимодействие
космических аппаратов с окружающей
плазмой; Учебное пособие. - М.: Универ-
ситетская книга, 2006. - 120 с.
3.	Соколов А.Б. Обеспечение стой-
кости бортовой аппаратуры космических
аппаратов к воздействию электростати-
ческих разрядов. Диссертации на соиска-
ние ученой степени доктора технических
наук. Москва: МИЭМ, 2009.
4.	Абрамешин А.Е., Жданов В.В.
Моделирование интенсивности отказов
интегральных схем бортовой космиче-
ской аппаратуры из-за воздействия элек-
тростатических разрядов // Технологии
электромагнитной совместимости. -
2014.-№2(49).-С. 27-34.
5.	Абрамешин А.Е., Кечиев Л.Н.
Функциональная безопасность бортовых
систем летательных аппаратов при
ЭСР//Технологии электромагнитной сов-
местимости. - 2012. - №3(42). - С. 33-43.
6.	Костин А.В., Пиганов М.Н.
Расчет помех в цепях бортовой аппарату-
ры космических аппаратов, вызванных
электростатическими	разряда-
ми//Известия Самарского научного цен-
тра РАН. 2012. Т.14, №4(5). - С. 1376-
1379.
7.	Кириллов В.Ю., Гордеев С.В.,
Томилин М.М. Исследование гибких
экранирующих материалов // Технологии
электромагнитной совместимости. -
2009.-№2(29).-С. 69-71.
8.	Шапиро Д.Н. Электромагнитное
экранирование: Научное издание. - Дол-
гопрудный: Издательский Дом «Интел-
лект», 2010,- 120 с.
9.	Кириллов В.Ю., Марченко М.В.
Зависимость эффективности экранирова-
ния кабелей от переходного сопротивле-
ния при воздействии электростатического
разряда // Технологии электромагнитной
совместимости. - 2012. - №1(40). -
С. 10-14.
10.	Кириллов В., Томилин М.
Исследование эффективности экраниро-
вания гибких материалов при воздей-
ствии импульсных излучаемых помех,
создаваемых электростатическими разря-
дами // Технологии электромагнитной
совместимости. - 2010. - №2(33). - С.
65-66.
References:
1.	NASA-HDBK-4002A Mitigating
in-space charging effects guideline, NASA,
2011.
2.	Novikov L.S. Interaction of space
vehicles with surrounding plasma; The
manual. - M: the University book, 2006. -
120 p.
3.	Sokolov A.B. Maintenance of firm-
ness of onboard equipment of space vehicles
to influence of electrostatic categories. Dis-
sertations on competition of a scientific de-
gree of a Dr.Sci.Tech. Moscow: MIEM,
2009.
4.	Abrameshin A.E., Zhdanov V.V.
Simulating of failure rate of integrated
schemes of onboard space equipment be-
cause of influence of electrostatic catego-
ries//Technologies of electromagnetic com-
patibility. - 2014. - №2(49). - p. 27-34.
5.	Abrameshin A.E., Kechiev L.N.
Functional safety of onboard systems of fly-
ing machines at ESC // Technologies of elec-
tromagnetic compatibility. - 2012. - №3(42).
-p. 33-43.
6.	Kostin A.V., Piganov M. N. Calcu-
lation of hindrances in chains of onboard
equipment of the space vehicles caused by
electrostatic categories // News of the Sama-
ra center of science of the Russian Academy
of Sciences. 2012. T.14, №4(5). - p. 1376-
1379.
7.	Kirillov V. Ju, Gordeev S.V.,
Tomilin M.M. Research of flexible shielding
materials//Technologies of electromagnetic
compatibility. - 2009. - №2(29). - p. 69-71.
167

8.	Shapiro D.N. Electromagnetic
shielding: the Scientific edition. - Dolgo-
prudnyj: the Publishing House "Intelli-
gence", 2010,120 p.
9.	Kirillov V. Ju, Marchenko M.V.
Dependence of efficiency of shielding of
cables from transitive resistance at influence
of the electrostatic category // Technologies
of electromagnetic compatibility. - 2012. -
№1(40).-p. 10-14.
10.	Kirillov V., Tomilin M.
Research of efficiency of shielding of flexi-
ble materials at influence of the pulse radiat-
ed hindrances created by electrostatic cate-
gories/ZTechnology of electromagnetic com-
patibility. - 2010. - №2(33). - p. 65-66.
MEASUREMENT OF NOISES IN CIRCUITS OF BOARD EQUIPMENT OF
SPACECRAFT CAUSED BY AN ELECTROSTATIC DISCHARGE
ELECTROMAGNETIC FIELD
©2015 A.V. Kostin, V.S. Bozrikov
JSC «SRC «Progress», Samara
The article discusses the results of measuring the induced noise in the antenna located inside the layout on-
board equipment of spacecraft and beyond in terms of ESD. Also investigated the protective properties of the vari-
ous methods to increase the efficiency of shielding.
Some of the recommendations designers onboard equipment spacecraft formulated.
Key words: Onboard equipment, the space vehicle, an electromagnetic field, a hindrance, the electrostatic
category, the screen, efficiency of shielding, the oscillogram, measurement.
Информация об авторах:
Костин Алексей Владимирович, аспирант кафедры КТЭСиУ СГАУ, начальник от-
дела конструирования бортовой и наземной РЭА АО «РКЦ «Прогресс», Россия, 443009,
г. Самара, ул. Земеца 18, mail@samspace.ru.
Бозриков Вадим Сергеевич, инженер-конструктор 3 категории АО «РКЦ
«Прогресс», Россия, 443009, г. Самара, ул. Земеца 18, mail@samspace.ru.
Kostin Alexey Vladimirovich, the post-graduate student of chair of radioelectronic,
SSAU, the chief of department of designing onboard and land radio-electronic equipment,
JSC «SRC "Progress", Russia, 443009, Samara, Zemetsa street 18, mail@samspace.ru.
Bozrikov Vadim Sergeevich Design Engineer, JSC «SRC "Progress", Russia, 443009,
Samara, Zemetsa street 18, mail@samspace.ru.
168

IV Всероссийская научно-техническая конференция
«Актуальные проблемы ракетно-космической техники»
(IV Козловские чтения)
Секция 2: Космическое зондирование Земли,
методы и средства
169

УДК 681.7.069.32+629.78
АППАРАТУРА ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ ПЕРСПЕКТИВНОГО
КА «РЕСУРС-ПМ»
©2015 Бакланов А.И. *, Горбунов И.А.1, Забиякин А.С. Малахов И.А. ’,
Блинов В.Д.1, Савицкий А.М.2, Сокольский М.Н.2, Данилов В.А.2
1 Филиал АО «РКЦ «Прогресс» - НПП «ОПТЭКС», Москва, Зеленоград
2 ОАО «ЛОМО», Санкт-Петербург
В статье рассмотрена аппаратура высокого разрешения для перспективного КА «Ресурс-ПМ»,
представлены основные технические характеристики.
Ключевые слова: Система наблюдения
устройство, высокое разрешение.
Принципиально новый космический
аппарат «Ресурс-ПМ» должен придти на
смену хорошо зарекомендовавшему себя
КА «Ресурс-П». Плановый срок запуска
первого аппарата семейства «Ресурс-
ПМ» пока не определен, но, исходя из
планов ФКА по развитию орбитальной
группировки можно спрогнозировать, что
запуск должен произойти в 19-21 году.
Постоянно растущие требования к
визуальному качеству информации ДЗЗ и
её измерительным свойствам ставят пе-
ред разработчиками бортовой аппарату-
ры сложнейшие конструктивно-
технологические задачи. Это связано, в
первую очередь, с огромной информаци-
онной производительностью таких си-
стем.
Плановый срок начала ОКР по со-
зданию аппарата «Ресурс-ПМ» - 2016
год. В период 2010-2015г проведена ОКР
- «Прибор-ОЭК» в части создания задела
по бортовой аппаратуре. Приборы, разра-
ботанные в рамках ОКР, должны послу-
жить основой для формирования борто-
вой аппаратуры КА «Ресурс-ПМ».
ОКР «Прибор-ОЭК» - "Разработка
опережающего задела бортовых прибо-
ров дистанционного зондирования Земли
в части разработки и изготовления мно-
гоканального оптико-электронного ком-
плекса с высоким пространственным раз-
решением", Государственного контракта
ГК №914-8598/10 от 19.06.2010г, голов-
ной исполнитель ОАО «ЛОМО». НПП
«ОПТЭКС» в рамках «Прибор-ОЭК» за-
нимается разработкой и изготовлением
Земли, оптико-электронная камера, фотоприемное
системы приема и преобразования ин-
формации, запоминающего устройства и
высокоточного звездного датчика. АО
«РКЦ «Прогресс» разработало и изгото-
вило размеростабильную несущую кон-
струкцию. На сегодняшний день ОКР за-
вершена, «Прибор-ОЭК» совместно с
СППИ «Степь-29», ЗУОЭК, ЗДОЭК про-
шел полный цикл наземных испытаний.
На стадии формирования ТЗ на
«Прибор-ОЭК» к аппаратуре были
предъявлены рекордные требования по
разрешению, производительности, чув-
ствительности и точности координатной
привязки информации. «Прибор-СР» -
аппаратура среднего разрешения и при её
разработке основной акцент сделан на
измерительные характеристики видеоин-
формации. К аппаратуре предъявлены
рекордные требования в части точности
спектральных характеристик, радиомет-
рической и геометрической стабильно-
сти, шумам и динамическому диапазону.
В состав обеих аппаратур вошли запоми-
нающие устройства.
Для реализации этих требований
специалистам АО «РКЦ «Прогресс» и
филиала НПП «ОПТЭКС» потребовалось
по ходу разработки создать не менее семи
принципиально новых ключевых элемен-
тов и технологий, включающих в себя
три типа широкоформатных фотоприём-
ников - матричных ПЗС ВЗН, многока-
нальные интерференционные светофиль-
тры, широкоформатная быстродейству-
ющая кадровая матрица для звездного
датчика, новые алгоритмы цифровой об-
170

работки и сжатия информации, а также
высокоскоростные интерфейсы передачи
данных с оптоволоконными компонента-
ми в космическом исполнении.
В рамках ОКР «Прибор-ОЭК»
нашим предприятием разработаны СППИ
«Степь-29», ЗУОЭК, ЗДОЭК. В состав
СППИ входят 3 блока ОЭП, блок управ-
ления и распределения питания, источни-
ки питания. СППИ сопрягается с запоми-
нающим устройством (ЗУОЭК).
Центральный блок ОЭП-ПХ с сум-
марной длиной строки 48 тысячи пиксе-
лей обеспечивает съёмку в панхромати-
ческом диапазоне 0,5-0,8 мкм. В оптико-
электронном преобразователе панхрома-
тического канала применены широко-
форматные матричных ПЗС ВЗН «ОЭК-
9» с размером фотоприёмного пикселя
9x9 мкм2 и форматом 6144x128 элемента.
Матрицы имеют переменное число шагов
накопления: 128, 96, 64, 48, 32,что позво-
ляет управлять чувствительностью ОЭП
и СППИ в широком диапазоне с шагом
изменения чувствительности 1.5. В ОЭП-
ПХ реализован адаптивный режим рабо-
ты с автоматическим выбором числа ша-
гов накопления с учетом фактической
освещенности фотоприёмников ПЗС.
В оптико-электронных преобразо-
вателях мультиспектральных каналов
применены четырехканальные матрич-
ные (фотоприёмные модули) ПЗС ВЗН
«ОЭК-Ц» с размером фотоприёмного
пикселя в четыре раза больше, чем в пан-
хроматическом канале - 36x36 мкм2. На
одном кристалле матриц ПЗС ВЗН раз-
мещены 4 фоточувствительных секции, 3
из них размером 1536x32 элемента, одна
1536x64 элемента, при этом число шагов
накопления 32, 16, 8 и 64, 32, 16 соответ-
ственно. Конструкция фотоприёмной
ячейки этих матриц обеспечивает расши-
ренный в синюю область диапазон чув-
ствительности. Каждый мультиспек-
тральный ОЭП позволяет получать циф-
ровую видеоинформацию сразу в четы-
рех узких спектральных диапазонах.
Конкретные спектральные диапазоны
чувствительности задаются четырехпо-
лосными интерференционными свето-
фильтрами на стеклянных подложках,
которые устанавливаются перед матри-
цами ПЗС ВЗН (рис. 1).
Рис. 1. ФПЗС «ОЭК-Ц» в измерительной таре.
Светофильтры, наряду с ПЗС, яв-
ляются сложнейшим и важнейшим эле-
ментом фотоприёмного тракта оптико-
электронной аппаратуры. Их разработка
и изготовление осуществлялась в ОАО
ЛОМО.
Фрагмент мультиспектрального
блока ОЭП с установленными фотопри-
ёмными матрицами ПЗС ВЗН, показан на
171

рис. 2. Один из мультиспектральных бло-
ков ОЭП обеспечивает съёмку в спек-
тральных диапазонах: 0,45 - 0,51 мкм,
0,51 - 0,58 мкм,0,63 - 0,69мкм, 0,77 -
0,89мкм, а второй - в диапазонах 0,40 -
0,45 мкм, 0,58 - 0,62 мкм, 0,70 - 0,74мкм,
0,86 - 1,05 мкм.
Рис.2 Фрагмент фотозоны мультиспектрального блока ОЭП.
В каждом блоке ОЭП реализовано
три вида сжатия исходной 10-ти разряд-
ной видеоинформации: сжатие по алго-
ритму ДИКМ до 4, 2 или 1бита на пик-
сель; сжатие по алгоритму JPEG2000 до
4, 2, 1 или 0,5 бит на пиксель. Преду-
смотрены большие диапазоны изменения
параметров и режимов работы при изме-
нении скорости движения изображения в
широких пределах условий эксплуатации.
Табл. 1. Характеристики СППИ «Степь-29»
№ п/п	Характеристика	Значение
1.	Количество спектральных диапазонов (ПХ + 8 МС)	9
2.	Спектральные диапазоны, мкм	0,5-0,8 0,45-0,51 0,51-0,58 0,63 - 0,69 0,77 - 0,89 0,40-0,45 0,58 - 0,62 0,70-0,74 0,86-1,05
3.	Максимальное отношение «сигнал/шум»	300 (ПХ) 350 (МС)
4.	Размер элемента, мкм	9(ПХ) 36 (МС)
5.	Формат ФПЗС	6144 х 128(ПХ) 1536 х 32(64) х 4(МС)
6.	Число шагов накопления	128,96,64,48, 32 (ПХ) 32, 16, 8, (64, 32, 16) (МС)
7.	Количество разрядов АЦП	12
172

8.	Степень сжатия	1-4 бит/пикс (ДИКМ) 0,5-4 бит/пикс(Л>ЕС2000)
9.	Максимальный информационный поток, Гбит/с	Не более 7,53 Гбит/с (без сжатия) Не более 3,76 Гбит/с (со сжатием)
10.	Емкость бортового ЗУ, Гбит	19200 (38400 с хол. рез.)
Видеоинформация с блоков ОЭП по
высокоскоростным оптоволоконным ли-
ниям передается в резервированное за-
поминающее устройство ЗУОЭК емко-
стью 19.2Тбит. Характеристики СППИ
«Степь-29» представлены в табл. 1.
СППИ «Степь-29» стыкуется с
крупногабаритным телескопом нового
поколения ОЭК-ВР разработки ОАО
«ЛОМО» (рис.З).
Специально разработанная углепла-
стиковая несущая размеростабильная
конструкция в совокупности с облегчен-
ными зеркалами обеспечили объективу
малый вес и высокое качество изображе-
ния.
В целях обеспечения высокой точ-
ности координатной привязки видеоин-
формации на силовом кронштейне глав-
ного зеркала предусмотрены места креп-
ления для трех звездных датчиков. Высо-
коточные звездные датчики ЗД-ОЭК раз-
работаны НПП «ОПТЭКС» в кооперации
с ЗАО НПП «Элар» - разработка и изго-
товление фотоприемного устройства, и
ОАО «ЛОМО» - разработка и изготовле-
ние объектива. Размещения звездных
датчиков в привязке к главному зеркалу
телескопа позволило существенным об-
разом снизить погрешности перехода от
системы координат звездного датчика к
системе координат фокальной плоскости.
Итоговая точность(ошибка) привязки ви-
деоинформации составляет рекордныеЗ
угл.сек. по уровню Зо. Характеристики
телескопа представлены в табл. 2.
Рис. 3. Конструкция телескопа ОЭК ВР.
173

Табл. 2. Характеристики телескопа ОЭК-ВР
№ п/п	Характеристика	Значение
1.	Оптическая схема	Ричи-Кретьена
2.	Диаметр входного зрачка объектива, м	1,2
3.	Фокусное расстояние объектива, м	15,6
4.	Ширина полосы захвата с высоты орби- ты 700 км, км	19,25
5.	Проекция пикселя на поверхность Зем- ли с высоты орбиты 700 км, м	0.4(ПХ)/1.6(МС)
6.	Угловое поле, град	1,76
7.	Предельная погрешность (Зо) определе- ния ориентации визирной оси ОЭК-ВР в абсолютном пространстве при съемке Земли, угл. сек.	не более 3
8.	Рабочая длина строки ОЭП, мм	432
Изделие ОЭК-ВР совместно с
СППИ «Степь-29», ЗУ-ОЭК и ЗД-ОЭК
прошло полный цикл наземных испыта-
ний, подтвердив высокие технические
характеристики.
В процессе выполнения ОКР «При-
бор-ОЭК» отработаны новые принципы
построения аппаратуры, новые техноло-
гии в области обеспечения размероста-
бильности фотозоны, охлаждения фото-
зоны, получен опыт в использование
сложных ЭРИ нового поколения. Сфор-
мирована и отработана эффективно взаи-
модействующая кооперация исполните-
лей, способная решать сложные задачи в
сжатые сроки. Все это в совокупностив-
нушает уверенность в возможность со-
здания силами нашего предприятия аппа-
ратуры для КА «Ресурс-ПМ» с характе-
ристиками на уровне лучших мировых
разработок.
HIGH RESOLUTION EQUIPMENT FOR FUTURE SPACECRAFT
«RESURS-РМ»
©2015 Baklanov A.I.1, Gorbunov LA.1, Zabiyakin A.S.1, Malakhov LA. *, Blinov V.D.1
Savitskiy A.M.2, Sokolskiy M.N.2, Danilov V.A.2
1 Dept JSC «SRC «Progress» - NPP «OPTECS», Moscow, Zelenograd
2 JSC «LOMO »,
The article describes the high resolution equipment for future spacecraft «Resurs-РМ». The main technical
characteristics of the equipment.
Keywords: Earth observation systems, optronic camera, photodetector device, high resolution.
Информация об авторах:
Бакланов Александр Иванович, к.т.н., заместитель генерального директора
АО «РКЦ «Прогресс» - директор филиала - главный конструктор НПП «ОПТЭКС»,
124 460, Россия, г. Москва, Зеленоград а/я 45, т. 8 (499) 736-11-59, e-mail: ontecs@mail.ru.
Горбунов Игорь Аркадьевич, заместитель начальника научно-технического ком-
плекса, филиал АО «РКЦ «Прогресс» - НПП «ОПТЭКС», 124460, Россия,
г. Москва, Зеленоград а/я 45, т. 8 (499) 735-54-33, e-mail: optecs@mail.ru.
174

Забиякин Александр Сергеевич, начальник научно-технического комплекса - за-
меститель главного конструктора, филиал АО «РКЦ «Прогресс» - НПП«ОПТЭКС»,
124460, Россия, г. Москва, Зеленоград а/я 45, т. 8 (499) 734-94-93, e-mail: optecs@mail.ru.
Малахов Илья Анатольевич, начальник научно-технического комплекса - заме-
ститель главного конструктора, филиал АО «РКЦ «Прогресс» - НПП«ОПТЭКС», 124460,
Россия, г. Москва, Зеленоград а/я 45, т. 8 (499) 734-94-93, e-mail: optecs@mail.ru.
Блинов Валентин Дмитриевич, начальник отделения, филиал АО «РКЦ
«Прогресс» -НПП«ОПТЭКС», 124460, Россия, г. Москва, Зеленоград а/я 45, тел.
8 (499) 735-54-33, e-mail: optecs@mail.ru.
Baklanov Alexander Ivanovich, PhD, deputy general director of corporation JSC «SRC
«Progress» - branch Director - chief designer of NPP "OPTECS", 124 460, Russia, Moscow,
Zelenograd box 45, t. 8 (499) 736-11-59, e-mail: optecs@mail.ru.
Gorbunov Igor Arkadyevich, Deputy head of scientific-technical complex, Dept
JSC « SRC «Progress» - NPP «OPTECS», 124460, Russia, Moscow, Zelenograd box 45, t.
8 (499) 735-54-33, e-mail: optecs@mail.ru.
Zabiyakin Alexander Sergeevich, head of the scientific-technical complex - deputy chief
designer, Dept JSC « SRC «Progress» - NPP «OPTECS», 124 460, Russia, Moscow, Zelenograd
box 45, t. 8 (499) 734-94-93, e-mail: optecs@mail.ru.
Malakhov Ilya Anatolyevich, head of the scientific-technical complex - deputy chief de-
signer, Dept JSC « SRC «Progress» - NPP «OPTECS», 124 460, Russia, Moscow, Zelenograd
box 45, t. 8 (499) 734-94-93, e-mail: ontecs@mail.ru.
Blinov Valentin Dmitrievich, head offices, Dept JSC « SRC «Progress» - NPP
«OPTECS», 124 460, Russia, Moscow, Zelenograd box 45, tel: 8 (499) 735-54-33, e-mail:
optecs@mail.ru.
175

УДК 681.7.069.32+629.78
АППАРАТУРА СРЕДНЕГО РАЗРЕШЕНИЯ ПЕРСПЕКТИВНОГО
КА «РЕСУРС-ПМ»
©2015 Бакланов А.И. ', Малахов И.А. Блинов В.Д.1,
Архипов С.А2, Линько В.М.2
'филиал АО «РКЦ «Прогресс» - НПП «ОПТЭКС», Москва, Зеленоград
2 ОАО «КМЗ», Красногорск
В статье рассмотрена аппаратура среднего разрешения для перспективного КА «Ресурс-ПМ», пред-
ставлены основные технические характеристики.
Ключевые слова: Система наблюдения Земли, оптико-электронная камера, фотоприёмное устрой-
ство
Перспективный космический аппа-
рат «Ресурс-ПМ» должен придти на сме-
ну хорошо зарекомендовавшему себя КА
«Ресурс-П». Плановый срок запуска пер-
вого аппарата семейства «Ресурс-ПМ»
пока не определен, но исходя из планов
ФКА по развитию орбитальной группи-
ровки можно спрогнозировать, что запуск
должен произойти в 19-21 году.
Кроме аппаратуры высокодетально-
го наблюдения в состав бортовой аппара-
туры «Ресурс-ПМ» планируется вклю-
чить аппаратуру среднего разрешения с
высокими радиометрическими и фото-
грамметрическими характеристиками. В
период 2012-2015г проведена ОКР -
«Прибор-CP» в части создания задела по
бортовой аппаратуре.
ОКР «Прибор-СР» - «Разработка
опережающего задела бортовых прибо-
ров дистанционного зондирования Земли
в части разработки и изготовления широ-
козахватной многоспектральной аппара-
туры среднего разрешения с полосой за-
хвата 100-120 километров», Государ-
ственного контракта ГК №140-8632/12 от
12.12.2012г., головной исполнитель
«Красногорский завод им. С.А. Зверева».
НПП «ОПТЭКС» в рамках ОКР «Прибор-
СР» занимается разработкой и изготовле-
нием системы приема и преобразования
информации, включая аппаратуру види-
мого и ближнего инфракрасного диапа-
зонов и запоминающего устройство.
АО «РКЦ «Прогресс» занимается разра-
боткой и изготовлением размеростабиль-
ной несущей конструкции. Работы по
ОКР «Прибор-СР» должны быть завер-
шены в 2015году.
Работы по теме «Прибор-СР» ве-
дутся кооперацией исполнителей во главе
с ОАО «Красногорский завод им.
С.А. Зверева» по заказу Федерального
Космического Агентства (Роскосмос).
«Прибор-СР» это перспективный ком-
плекс широкозахватной многоспектраль-
ной аппаратуры дистанционного зонди-
рования земли среднего разрешения.
НПП «ОПТЭКС» разрабатывает для
«Прибор-СР» систему приема и преобра-
зования информации,включая аппаратуру
видимого и ближнего инфракрасного
диапазонов и запоминающее устройство.
Развитие систем ДЗЗ на основе оп-
тико-электронных комплексов среднего
разрешения, и расширение рынка по-
требления видеоинформации о Земле,
получаемой из космоса, определяют ак-
туальность этого направления работ.
Идеология построения современных си-
стем ДЗЗ состоит в стремлении к рацио-
нальному компромиссу между стоимо-
стью проектов и потребительскими ха-
рактеристиками аппаратуры.
Современные требования к оптико-
электронным комплексам среднего раз-
решения и спутникам ДЗЗ на их основе
постоянно возрастают в части:
•	расширения полосы захвата;
•	повышения разрешения на мест-
ности;
•	обеспечения возможности реше-
ния задач точной привязки объектов
съёмки на местности;
176

•	обеспечения возможности опре-
деления радиометрических характери-
стик объекта съёмки;
•	обеспечения высокой динамики
съёмки, для съёмки больших площадок
на одном витке и стереосъёмки;
•	увеличения количества спек-
тральных диапазонов и расширения спек-
тра наблюдения;
•	увеличения информационных
потоков и информационной производи-
тельности;
•	увеличения срока активного су-
ществования.
Требования к повышению этих ха-
рактеристик сопровождаются все более
жёстким ограничением массы и габарит-
ных размеров разрабатываемых прибо-
ров.
Реализация этих требований осу-
ществляется в СППИ на основе исполь-
зования современных технологий, новых
материалов и современной элементной
базы.
«СППИ-СР» предназначена для ис-
пользования в составе многоспектрально-
го оптико-электронного комплекса, и ра-
боты в режиме съёмки «с заметанием» -
«pushbroom». В состав СППИ-СР входит
4 комбинированных оптико-электронных
преобразователя видимого диапазона,
инфракрасный оптико-электронный
преобразователь (разрабатывается
ОКТБ «ОМЕГА»), блок управления и
распределения питания СППИ, блок
цифровой обработки, вторичный источ-
ник питания, запоминающее устройство.
Для обеспечения высоких радио-
метрических свойств изображения, ком-
бинированный оптико-электронный пре-
образователь будет иметь фотоприёмник
ПЗС ВЗН, в котором на одном кристалле
расположены панхроматическая и 4
мультиспектральных секций накопления.
Для этого, по кооперации с ЗАО «ЭЛАР»,
разрабатывается новая комбинирован-
наяфотоприёмная матрица ПЗС ВЗН
(«ФПЗС-Комби»).
Длина строки этой матрицы
ПЗС ВЗН составляет 6144 пикселя в
панхроматической секции (размер эле-
мента 9х9мкм) и 3072 пикселя в муль-
тиспектральных секциях (размер элемен-
та 18х18мкм). Разработка подобного фо-
топриемника подразумевает создание
уникальных полосовых интерференцион-
ных светофильтров, изготовление свето-
фильтров поручено ОАО «Изовак» (г.
Минск). Строка изображения в видимом
канале формируется всего 4-мя фотопри-
емниками, что позволяют обеспечить вы-
сокую радиометрическую точность полу-
чаемой видеоинформации. Конструкция
«ФПЗС-Комби»представлена на рис.1.
Рис. 1. Конструкция «ФПЗС-Комби» и макетный образец фотоприемника в измерительной таре.
В целом СППИ обеспечивает съём-
ку в панхроматическом и 8-и спектраль-
ных диапазонах в видимом канале и 1
инфракрасном канале одновременно. Для
уменьшения объёмов хранимой и переда-
ваемой в радиоканал информации преду-
смотрено её сжатие в блоке БЦО, реали-
зован алгоритм сжатия: ДИКМ. Для
записи и хранения больших потоков ин-
формации в состав СППИ введено запо-
177

минающее устройство. Предусмотрены
режимы записи, хранения, воспроизведе-
ния информации, а также прямой транс-
ляции части информации непосредствен-
но в процессе съёмки. Основные харак-
теристики СППИ-СР представлены в
табл. 1:
Табл. 1. Характеристики СППИ-СР
№ п/п	Характеристика	Значение
1.	Количество спектральных диапазонов	1ПХ +8МС+1КИК
2.	Линейное поле зрения, мм	216 (ПХ) 216 (МС) 150(КИК)
3.	Число ФПЗС, шт.	4 (канал ВД) 2 микросборки (канал КИК)
4.	Диапазон строчных частот, Гц	1000-2500(ПХ) 500-1250(МС) 300-850(КИК)
5.	Максимальное отношение «сигнал/шум»	375 (ПХ) 500 (МС) 800(КИК)
6.	Размер элемента, мкм	9 (ПХ) 18(МС) 25(КИК)
7.	Число шагов накопления	64, 32, 16, 8(ПХ) 32, 16, 8(МС) 1 (КИК)
8.	Количество разрядов АЦП	12
9.	Динамический диапазон	Не менее 2500
10.	Степень сжатия	до 4 бит/пикс (ДИКМ) для кана- лов видимого диапазона, КИК канал работает без сжатия
11.	Емкость бортового ЗУ, Тбит	1,92 (с учётом холодного резерва - 3,84 Тбит)
12.	Масса, кг	33
13.	Энергопотребление, Вт	200
«СППИ-СР» стыкуется с разрабо-
танным ОАО КМЗ телескопом, построен-
ным по инновационной оптической схеме,
получившей название Аргонавт. Оптиче-
ская система аппаратура имеет общий
входной зрачок для каналов видимого и
инфракрасного диапазонов, что позволяет
обеспечить высокую точность наземной и
бортовой радиометрической калибровки
В оптической системе использовано
деление апертурного пучка по спектру и
масштабирование фокусного расстояния
для КИК канала, что обусловлено необхо-
димостью согласованию заданного в ТЗ
соотношения пространственного разре-
шения в каналах (5/10/20 м) и соотноше-
нию размеров элементов дискретизации
(0,009 мм/0,018 мм/0,025 мм) приемников
изображения ВД и КИК каналов; миними-
зации поля зрения аппаратуры в направ-
лении полёта КА.Конструктивный облик
«Прибор-CP» представлен на рис. 2.
178

Рис 2. Конструктивный облик аппаратуры «Прибор-СР».
По набору спектральных каналов и
разрешающей способности разрабатыва-
емая аппаратура блика к Spot-5, однако
имеет в двое большую полосу захвата и
превосходит по радиометрическому раз-
решению и динамическому диапазону.
Среди перспективных разработок аппара-
тура занимает промежуточное положение
между Spot-7 и Santinel-2. Spot-7 сориен-
тировали на более высокое разрешение:
2 метра в панхроматическом канале и
6 метров в мультиспектральных каналах
в полосе захвата 60км. Santinel-2 напро-
тив отличается большой полосой захвата
- 290км, при существенно более скром-
ном разрешение: 10 метров в панхрома-
тическом канаел, 20 метров в мультис-
пектральных каналах и 60 метров в ко-
ротковолновом ИК.
На сегодняшний день в России фак-
тически отсутствуют КА ДЗЗ среднего
разрешения. Информация, получаемая с
широкозахватных многоспетральных ап-
паратов среднего разрешения очень вос-
требована и применима для решения ши-
рокого спектра задач, которые на сего-
дняшний день решаются за счет закупки
данных с иностранных КА. Таким обра-
зом, разработка и изготовления
СППИ-СР и комплекса Прибор-СР в це-
лом является важнейшей задачей для раз-
вития российской орбитальной группи-
ровки средств ДЗЗ. Работы по данному
ОКР завершаются в 2015 году изготовле-
нием образца для наземных испытаний. В
рамках ОКР «Ресурс-ПМ» в аппаратуре
СППИ-СР дополнительно к сделанному
планируется реализовать высокоэффек-
тивный алгоритм сжатия (на основе алго-
ритма JPEG-2000 или Н.264) в блоках
БЦО, также в блоках БЦО планируется
реализовать межканальную коммутацию
информацию в целях повышения надеж-
ности системы.
Отличительной особенностью
СППИ-СР является применение крупно-
форматных отечественных фотоприем-
ников разработки ЗАО НПП «ЭЛАР».
Переход на крупноформатные фотопри-
емники позволит существенно повысить
качество изображения, его однородность,
точность «сшивки единой строки», а
также оперативность наземной обработ-
ки, и геометрическую точность синтези-
рованных снимков.
179

AVERAGE RESOLUTION EQUIPMENT FOR FUTURE SPACECRAFT
«RESURS-РМ»
©2015 BaklanovA.L1, MalakhovI.A. *, BlinovV.D.1, ArhipovS.A.2, LinkoV.M.2
1 Dept JSC «SRC «Progress» - NPP «OPTECS», Moscow, Zelenograd
2 JSC «KMZ», Krasnogorsk
The article describes the average resolution equipment for future spacecraft «Resurs-РМ». The main tech-
nical characteristics of the equipment.
Keywords: Earth observation systems, optronic camera, photodetector device, high resolution
Информация об авторах:
Бакланов Александр Иванович, к.т.н., заместитель генерального директора
АО «РКЦ «Прогресс» - директор филиала - главный конструктор НПП «ОПТЭКС»,
124460, Россия, г. Москва, Зеленоград а/я 45, т. 8 (499) 736-11-59, e-mail: optecs@mail.ru.
Малахов Илья Анатольевич, начальник научно-технического комплекса - заме-
ститель главного конструктора, филиал АО «РКЦ «Прогресс» - НПП «ОПТЭКС», 124460,
Россия, г. Москва, Зеленоград а/я 45, т. 8 (499) 734-94-93, e-mail: optecs@mail.ru.
Блинов Валентин Дмитриевич, начальник отделения, филиал АО «РКЦ
«Прогресс» - НПП«ОПТЭКС», 124 460, Россия, г. Москва, Зеленоград а/я 45,
тел. 8 (499) 735-54-33, e-mail: optecs@mail.ru.
Baklanov Alexander Ivanovich, candidate of technical Sciences, deputy general director
of corporation JSC «SRC «Progress» - branch Director - chief designer of NPP "OPTECS",
124460, Russia, Moscow, Zelenograd box 45, t. 8 (499) 736-11-59, e-mail: optecs@mail.ru.
Malakhov Ilya Anatolyevich, head of the scientific-technical complex - deputy chief
designer, Dept JSC «SRC «Progress» - NPP «OPTECS», 124460, Russia, Moscow, Zelenograd
box 45, t. 8 (499) 734-94-93, e-mail: optecs@mail.ru.
Blinov Valentin Dmitrievich, head offices, Dept JSC «SRC «Progress» -
NPP «OPTECS», 124460, Russia, Moscow, Zelenograd box 45, tel: 8 (499) 735-54-33, e-mail:
optecs@mail.ru.
180

УДК 681.7.069.32+629.78
ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ДЛЯ ПЕРСПЕКТИВНОЙ
АППАРАТУРЫ СВЕРХВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ
©2015 Р.С. Дюльдин, В.В. Жевако
Филиал АО «РКЦ «Прогресс» - НПП «ОПТЭКС», г. Москва, г. Зеленоград
В статье приведены новые подходы и схемотехнические решения в разработке оптико-электронных
преобразователей для систем сверхвысокого разрешения, позволившие увеличить производительность и
уменьшить габариты блоков.
Ключевые слова: дистанционное зондирование Земли, оптико-электронные преобразователи,
фоточувствительные приборы с зарядовой связью
Перспективные	оптико-
электронные комплексы должны обеспе-
чивать, наряду с высоким разрешением и
широкой полосой захвата, возможность
работы без замедления скорости движе-
ния изображения и даже съёмку при дви-
жении изображения реверсном направ-
лении. Такие возможности реализуются
за счёт увеличения рабочих частот, пото-
ков выходных данных и создания новых
типов фотоприёмников.
Так в конструируемой аппаратуре
«Пиксел-ВД» для обеспечения требуе-
мых характеристик панхроматического
канала разрабатывается ФПЗС
«Пиксел-ВД-ПХ» с размером элемента 6
мкм, строчной частотой до 24 кГц, ча-
стотой регистра до 30 МГц. Такие рабо-
чие частоты более чем в 2 раза превыша-
ют возможности предыдущих моделей
фотоприёмников. Тактирование матриц
на этих частотах требует большего, чем в
предыдущих разработках, числа
ПЗС-драйверов. Это приводит к необхо-
димости применения двухстороннего
монтажа с очень высокой плотностью
размещения тепловыделяющих компо-
нентов, которыми являются драйверы,
сконцентрированные в верхней части
ячеек тактового питания (ТП), и, как
следствие, к необходимости сброса тако-
го тепла с помощью теплоотводов.
Рис. 1. Ячейка тактового питания и управления.
181

Для обеспечения отсутствия пере-
грева самих фотоприёмников блока под
их посадочной поверхностью располо-
жены тепловые трубы, соединяющие
«тепловым мостом» посадочную поверх-
ность с поверхностью сброса тепла бло-
ка, которой является нижняя грань кор-
пуса.
Другой важной особенностью но-
вой матрицы является возможность ре-
версивного переноса заряда. Матрица
имеет 2 регистра, расположенные с про-
тивоположных сторон фотозоны и воз-
можность переносить накопленные заря-
ды в любой из них. Это позволяет ис-
пользовать одинаковые матрицы и гибко-
жёсткие платы предусилителя для четно-
го и нечетного рядов шахматной сборки
фотозоны оптико-электронного блока. На
платах предусилителя устанавливаются
аналоговые мультиплексоры, пропуска-
ющие, в зависимости от направления
считывания, сигналы с верхних («реверс-
ных») или нижних («прямых») регистров
матрицы, что привело к уменьшению ко-
личества микросхем аналого-цифрового
преобразования в тракте обработки.
В качестве сигнального ПЗС-
процессора используется двухканальная
микросхема с 14-ти разрядным АЦП и
дифференциальным последовательным
выходом. Это существенно сократило по-
требность в выводах ПЛИС ячейки трак-
та обработки сигнала (ТОС), а также поз-
волило оптимально (за счет 2-кратного
уменьшения количества) разместить про-
цессоры в ячейке ТОС. В ОЭП не преду-
смотрено сжатие цифровой информации,
поэтому, чтобы обеспечить требуемую
скорость выдачи несжатой информации в
блоки цифровой обработки (БЦО), в ко-
торых собственно и производится сжа-
тие, применены, разрабатываемые
НПП «ОПТЭКС» в рамках этой темы во-
локонно-оптические передатчики со ско-
ростью передачи более 6,6 Гб/с.
Исключение схем сжатия из блока
ОЭП позволяет упростить схемотехниче-
ские решения трактов обработки блока,
снизить потребляемую мощность (ранее
расходуемую схемами сжатия), упро-
стить регулировку, но приводит к увели-
чению цифровых потоков на выходе. В
тоже время, перенос схем сжатия инфор-
мации в отдельные блоки позволяет реа-
лизовать в них более разнообразные ме-
тоды сжатия, упростить отработку этих
методов и проводить регулировку блоков
БЦО и блока ОЭП независимо друг от
друга.
Рис. 2. Ячейка тракта обработки сигнала.
182

Впервые в многозональном блоке
ОЭП отказались от использования от-
дельной ячейки управления и формиро-
вания строчных частот. Её функции были
возложены на ячейки тактового питания
(с точки зрения управления - основную и
резервную), при этом сохранилась зонная
структура блока. В результате уменьши-
лось количество используемых ПЛИС,
микросхем памяти и межъячеечных свя-
зей. При этом обеспечено резервирование
каналов управления и появилась возмож-
ность перезаписывать содержимое кон-
фигурационной памяти из микросхем па-
мяти основной ТП в микросхемы резерв-
ной и наоборот, а также производить пе-
резапись памяти извне блока.
Между собой ячейки соединяются,
главным образом, посредством разъёмов
и ленточных шлейфов, что сильно упро-
щает и повышает качество сборки блока
ОЭП. Еще одним плюсом такого решения
является снижение требований к точно-
сти изготовления ячеек.
Современная аппаратура ДЗЗ не-
мыслима без мультиспектральных бло-
ков. В рамках темы «Пиксел-ВД» для
входящего в состав мультиспектрального
блока разрабатывается фоточувствитель-
ный модуль нового поколения «Пиксел-
ВД-МС», на базе технологии с обратной
засветкой. Модуль имеет 4 спектральных
канала и включает в свой состав свето-
фильтр, размер элемента 24 мкм.
При разработке ячеек и конструк-
ции мультиспектрального блока
(ОЭП-ПМС) разработчики стремились к
максимальной унификации конструктор-
ских и схемотехнических решений с пан-
хроматическим ОЭП (ОЭП-ППХ). Этого
в большой степени удалось добиться, так,
например, ячейки ТОС ОЭП-ПМС
являются модификацией аналогичных
ячеек блока ОЭП-ППХ и, в целом, кон-
структивно блоки близки друг к другу.
Разработанные оптико-электронные
преобразователи для перспективной ап-
паратуры более чем в 2 раза превосходят
по производительности и допустимой
СДИ аналоги, изготовленные ранее в
НПП «ОПТЭКС», ОЭП-ППХ позволяет
производить съёмку в прямом и реверс-
ном направлении. При этом блоки обла-
дают значительно меньшими-габаритами.
OPTICAL-TO-ELECTRICAL CONVERTERS FOR ADVANCED EQUIPMENT
ULTRA-HIGH RESOLUTION
© 2015 R.S. Dyuldin, V.V. Zhevako
Dept JSC « SRC «Progress» - NPP «OPTECS», Moscow, Zelenograd
This article describes the new approach and circuit solutions in development of optical-to-electrical con-
verters for ultra-high resolution systems, that allow to extend performance and downsize unit.
Keywords: Earth remote sensing, optical-to-electrical converter, photosensitive charge-coupled device.
Информация об авторах:
Дюльдин Руслан Сергеевич, начальник отделения филиала АО «РКЦ «Прогресс» -
НПП «ОПТЭКС», 124460, Россия, г. Москва, г. Зеленоград, а/я 45, optecs@mail.ru.
Область научных интересов: приборы с зарядовой связью, программируемые логи-
ческие интегральные схемы, проектирование целевой аппаратуры КА ДЗЗ.
Жевако Виктор Викторович, начальник научно-технического комплекса филиала
АО «РКЦ «ПРОГРЕСС» - НПП «ОПТЭКС», 124460, Россия, г. Москва, г. Зеленоград,
а/я 45, optecs@mail.ru.
Область научных интересов: приборы с зарядовой связью, АЦП, программируемые
логические интегральные схемы, проектирование целевой аппаратуры КА ДЗЗ.
Dyuldin Ruslan Sergeevich, head of department of Dept JSC « SRC «Progress» -
NPP «OPTECS», 124460, Russia, Moscow, Zelenograd box 45, e-mail: optecs@mail.ru.
183

Area of research: CCD, FPGA, designing of equipment ERS.
Zhevako Victor Victorovich, head of scientific and technical complex of Dept JSC « SRC
«Progress» - NPP «OPTECS», 124460, Russia, Moscow, Zelenograd box 45, e-mail:
optecs@mail.ru.
Area of research: CCD, ADC, FPGA, designing of equipment ERS.
184

УДК 681.7.069.32+629.78
КШМСА - КОМПЛЕКС ШИРОКОЗАХВАТНОЙ МУЛЬТИСПЕКТРАЛЬНОЙ
АППАРАТУРЫ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА «РЕСУРС-П»
©2015 А.И. Бакланов, А.Н. Афонин, В.Д. Блинов, А.С. Забиякин
Филиал АО «РКЦ «Прогресс» - НПП «ОПТЭКС», г. Москва
Рассматриваются состав и характеристики комплекса широкозахватной мультиспектральной аппа-
ратуры КШМСА КА «Ресурс-П», приводятся области применения формируемой КШМСА информации.
Описывается процедура радиометрической аттестации аппаратуры. Приводятся образцы полученных аппа-
ратурой снимков.
Ключевые слова: аппаратура дистанционного зондирования Земли, аппаратура наблюдения Земли,
мультиспектральная аппаратура, оптико-электронная аппаратура космических аппаратов.
В составе полезной нагрузки кос-
мических аппаратов «Ресурс-П» №1 и
№2 успешно зарекомендовал себя ком-
плекс широкозахватной мультиспек-
тральной съёмочной аппаратуры -
КШМСА, разработанный в филиале
АО «РКЦ «Прогресс» - НПП
«ОПТЭКС». Комплекс состоит из двух
оптико-электронных камер высокого
(ШМСА-ВР) и среднего (ШМСА-СР)
разрешения, работа которых может осу-
ществляться как вместе, так и автономно
под контролем единой системы (блока)
управления. Внешний вид камер пред-
ставлен на фотографиях (рис. 1).
Рис. 1. Камеры КШМСА на стенде оптотехнических испытаний.
185

Камеры обеспечивают одновремен-
но панхроматическую и мультиспек-
тральную съёмку в полосе захвата 96 км
(ШМСА-ВР) и 480 км (ШМСА-СР) с вы-
соты орбиты 475 км. В панхроматиче-
ском канале (0,43-4),70 мкм) камеры вы-
сокого разрешения проекция пиксела со-
ставляет 12 метров, а в пяти мультиспек-
тральных каналах (0,43-4),51 мкм;
0,5 НО,58 мкм; 0,60-4),70 мкм; 0,70-4),90
мкм; 0,80-4),90 мкм) проекция пиксела
составляет 24 метра. Пространственное
разрешение камеры среднего разрешения
в пять раз меньше чем ШМСА-ВР и со-
ставляет 60 и 120 м, соответственно.
Конструктивно аппаратура КШМСА
представляет собой две камеры и блок
управления, расположенные на одном
основании. Электроника камер практиче-
ски полностью унифицирована. Они от-
личаются только объективами и управ-
ляющими программами. В камере
ШМСА-ВР используется объектив П-200
с фокусным расстоянием 200 мм и отно-
сительным отверстием 1:3, а в камере
ШМСА-СР объектив ТМ-40 с фокусным
расстоянием 40 мм и относительным от-
верстием 1:4. Объективы ТМ-40 и П-200
были разработаны и изготовлены в ОАО
«ЛЗОС» специально для использования в
оптико-электронных камерах КШМСА
космического аппарата «Ресурс-П» и об-
ладают хорошими стабильными термоба-
рическими характеристиками.
Электроника камер ШМСА-ВР и
ШМСА-СР позволяет осуществлять по
каждому спектральному каналу гибкое
управление в широком диапазоне времен
экспозиции и частот строк, адаптируясь к
изменяющимся условиям освещенности,
изменению дальности и скорости скани-
рования при кренах КА во время съёмки.
В аппаратуре ШМСА-ВР частота строк
может изменяться в диапазоне
184 800 Гц в панхроматическом канале
и 92^400 Гц в мультиспектральных кана-
лах. В аппаратуре ШМСА-СР частота
строк может изменяться в диапазоне
36,8-^-160 Гц в панхроматическом канале
и 18,4^80 Гц в мультиспектральных ка-
налах. Управление временем экспозиции
осуществляется за счет использования
электронного затвора в диапазоне 0,007 +
1 периода строки для панхроматического
канала и 0,05 + 1 периода строки для
мультиспектральных каналов.
В качестве фотоприёмников в аппа-
ратуре используются линейки ПЗС с дли-
ной строки 8 тысяч пикселей для пан-
хроматического канала и 4 тысячи пиксе-
лей для каждого из пяти мультиспек-
тральных каналов. Каналы видимого и
ближнего инфракрасного диапазона кон-
структивно несколько разнесены по про-
странству. На выход камер с каждого
спектрального канала поступает 12-ти
разрядная видеоинформация в сопровож-
дении БШВ, соответствующей времени
съемки каждой строки, а также другой
полезной служебной информации. Для
передачи данных в бортовое запоминаю-
щее устройство в камерах используется
оптико-волоконный интерфейс, унифи-
цированный с другими инструментами
(«Геотон» и ГС А) КА «Ресурс-П» и спо-
собный передавать до 960 Мбит/с по од-
ной линии. Масса комплекса КШМСА
19,7 кг. Максимальное энергопотребле-
ние 41 Вт.
Характеристики комплекса широко-
захватной мультиспектральной аппарату-
ры (КШМСА) приведены в табл. 1.
Камеры ШМСА-ВР и ШМСА-СР
осуществляют съёмку в режиме сканиро-
вания «pushbroom», использующем дви-
жение космического аппарата для обес-
печения развертки по одной из коорди-
нат. Электронная развертка по второй
координате обеспечивается применением
многоэлементных линейных фотоприем-
ников на ПЗС.
На рис. 2 представлены схемы рас-
положения проекций элементов линеек
ФПЗС различных спектральных каналов
относительно друг друга в каждой каме-
ре, и камер ШМСА-ВР и ШМСА-СР от-
носительно друг друга и относительно
направления движения изображения.
Расстояния на схеме приведены для вы-
соты 475 км.
186

Табл. 1. Характеристики КШМСА
Параметр	Значение параметра	
	ШМСА-СР	ШМСА-ВР
Высота орбиты, км	475	
Разрешение, м (ПХ/МС)	60/120	12/24
Полоса захвата, км	480	96
Фокусное расстояние объектива, мм	40	200
Количество элементов (ПХ/МС)	8000 / 4000	
Разрядность квантования, бит	12	
Спектральные диапазоны, мкм	0.43-0.70 (ПХ) 0.43-0.51 (В), 0.51-0.58(G), 0.60-0.70 (R), 0.70-0.90 (IR1) 0.80-0.90 (IR2)	
Интерфейс передачи данных	Волоконно-оптический	
Интерфейс управления	МПИ, ГОСТ Р 52070-2003	
Масса, кг	19.7	
Габариты, мм	494 X 260 X 500	
Энергопотребление, Вт	41.0	
. 	480 км	_]			МС 5
		ШМСА-СР	
С			
		1 А = 1,06 км	| МС 4
a = 0,212 км
Al A |A
ШМСА-СР
{""..	j пх
1	1мг 1
1	I МС 3
CZZHZZZ=ZZ=HZZZZZZZ=^=ZI====3mc 4
Рис. 2. Схема расположения проекций на местность элементов линеек ФПЗС камер ШМСА-ВР и ШМСА-СР
относительно друг друга и относительно направления полета КА (НП)
187

В настоящее время перед аппарату-
рой ДЗЗ все больше ставится задача слу-
жить средством измерения, в частности, в
части радиометрических характеристик
подстилающей поверхности.
Согласно [1] непосредственно из-
меряемой величиной в части радиомет-
рических измерений является эффектив-
ная энергетическая яркость Ь-,фф (ЭЭЯ):
^>фф = Jq L(X) ’	' dA, (1)
где: L(A) - спектральная плотность
энергетической яркости (СПЭЯ) наблю-
даемого объекта;
S’(Л) - относительная спектральная
чувствительность камер КШМСА.
В процессе калибровки определяет-
ся интегральная чувствительность -SuHTj
каждого j-ого элемента линейного ПЗС
каждого z-oro спектрального канала ка-
мер ШМСА-ВР и ШМСА-СР:
^ВЫХ;
^HHTi.=“7	(2)
l’J ЬЭфф.
где: ^BblXiy “ усредненный по
многократным наблюдениям выходной
сигнал j-oro элемента линейного ПЗС z-
ого спектрального канала в уровнях
АЦП;
- усредненное по полю зре-
ния камеры входное значение ЭЭЯ для z-
ого спектрального канала.
Измеренное значение интегральной
чувствительности для каждого спек-
трального канала заносится в формуляр
КШМСА в виде нормированного значе-
ния интегральной чувствительности
^ИНТ[ и относительной неоднородности
интегральной чувствительности по эле-
ментам ПЗС •S>QTHi ..
Основной вклад в погрешность
определения SpjHTj вносит неопределен-
ность относительной спектральной чув-
ствительности камер КШМСА. Исполь-
зование рассчитанной спектральной чув-
ствительности по спектральным характе-
ристикам пропускания объектива, спек-
тральным характеристикам применяемых
в камерах светофильтров и спектральным
характеристикам линеек ФПЗС может
давать ошибку до 20 % по сравнению с
непосредственно измеренными значени-
ями относительной спектральной чув-
ствительности камер КШМСА.
Полученные в процессе радиомет-
рической калибровки значения SHHT. для
каждого спектрального канала камер
КШМСА используются в процессе экс-
плуатации для расчета времени экспози-
ции с целью получения качественных
изображений с высоким уровнем видео-
сигнала и, соответственно, высоким
уровнем отношения сигнал/шум. Для ап-
паратуры КШМСА разработана методика
расчета времени экспозиции по исход-
ным данным, включающим в себя угол
Солнца, углы съемки и альбедо подсти-
лающей поверхности. Методика прошла
отработку в процессе эксплуатации
КШМСА в составе КА «Ресурс-П» №1.
Проведенная работа в части улуч-
шения радиометрического разрешения
камер - минимального приращения вход-
ной величины, которое может регистри-
роваться аппаратурой, показали, что при
применении соответствующих схемотех-
нических и конструктивных решений,
СКО шума выходного темнового сигнала
снижается до 1 уровня 12-разрядного
АЦП.
По своим характеристикам обе
мультиспектральные широкозахватные
камеры ориентированы на проведение
наблюдений и получение информации о
подстилающей поверхности Земли в ин-
тересах сельского хозяйства, землеполь-
зования, контроля состояния лесных и
водных ресурсов, картографирования па-
хотных земель, составления прогнозов
урожайности. Кроме того, оперативные
данные КШМСА окажут незаменимую
пользу при мониторинге районов чрезвы-
чайных ситуаций. Данные ШМСА-СР
обзорного характера прекрасно подходят
для контроля районов лесных и степных
пожаров, а также окажутся полезными
для метеорологии, определения границ
снежного и ледового покрова, развития
процессов вегетации. За полтора года ра-
боты в составе КА «Ресурс-П» №1 отсня-
ты десятки миллионов квадратных кило-
188

метров суши и морских акваторий по
всему Земному шару.
На рис. 3 показан фрагмент снимка
камеры ШМСА-СР - Республика Саха
(Якутия), пожар в районе р. Вилюй. На
рис. 4 показан фрагмент снимка камеры
ШМСА-ВР - Камчатка, вулкан Шивелуч.
Изготовлено 3 комплекта аппарату-
ры КШМСА: первый эксплуатируется в
составе КА «Ресурс-П» №1, 2-й в насто-
ящее время завершает ЛКИ в составе
«Ресурс-П» №2, а 3-й проходит наземные
испытания в составе КА №3.
Рис. 3. Фрагмент снимка камеры ШМСА-СР
Рис. 4. Фрагмент снимка камеры ШМСА-ВР.
Наработанный опыт эксплуатации
широкозахватного мультиспектрального
комплекса позволяет уверенно судить о
востребованности информации КШМСА,
а опыт её создания и запросов потребите-
лей позволяет определить возможные пу-
189

ти её модернизации для применения в
составе КА «Ресурс-П» №4 и №5.
В частности, на основе разработан-
ных камер ШМСА-ВР рассмотрена воз-
можность построения комплекса, вклю-
чающего в себя 2-3 такие камеры. Это
позволит получить высокопроизводи-
тельную обзорную аппаратуру с разре-
шением порядка 12 м и полосой обзора
19СН-300 км. Например, при применении
двух камер ШМСА-ВР, установленных
на посадочное основание с разворотом на
угол 5,8 градусов в разные стороны отно-
сительно друг друга в плоскости, перпен-
дикулярной направлению движения, по-
лучаем аппаратуру с разрешением 12 м в
ПХ и 24 м в МС каналах с полосой захва-
та порядка 190 км с высоты полета 475
км.
Опыт эксплуатации камеры
ШМСА-ВР показал, что при съемках
максимальное значение времени экспо-
зиции составляет не более половины
времени периода строки. Этот факт наря-
ду с большим динамическим диапазоном
работы камер КШМСА позволяет модер-
низировать КШМСА в сторону использо-
вания более длиннофокусной оптики для
повышения разрешающей способности
камер. При этом не потребуется увеличе-
ния светосилы объективов и применение
фотоприемных ПЗС с временной задерж-
кой и накоплением сигнала (ПЗС ВЗН).
Специалистами НПП «ОПТЭКС» и
ОАО ЛЗОС проработаны технические
аспекты и показана возможность разра-
ботки и установки на КШМСА объектива
с фокусным расстоянием от 300 до 500
мм для улучшения разрешающей способ-
ности до 8, или даже 5 метров. Неизбеж-
ное снижение полосы захвата отдельной
камеры может быть компенсировано ис-
пользованием опять же 2 - 3 однотипных
камер.
Библиографический список:
1. Панфилов А. С., Гаврилов В. Р.,
Саприцкий В. И. Условия подготовки и
проведения абсолютных радиометриче-
ских измерений с помощью оптико-
электронной аппаратуры наблюдения
Земли // Исследования Земли из космоса,
№1,2014, с. 85-91.
References:
1. Panfilov A. S., Gavrilov V. R.,
Sapritsky V. I. Framework for Preparing and
Performing Absolute Radiometric Meas-
urements by Optical Instruments for Earth
Observation// Research Earth from space,
№1,2014, p. 85-91.
CWME - COMPLEX WIDE-SWATH MULTISPECTRAL EQUIPMENT OF THE
SPACECRAFT «RESOURCE-Р»
©2015 A.I. Baklanov, A.N. Afonin, V.D. Blinov, A.S. Zabiyakin
Dept JSC « SRC «Progress» - NPP «OPTECS», Moscow, Zelenograd
Discusses the composition and characteristics of complex wide-swath multispectral equipment CWME of
the spacecraft «Resource-Р», contains the applications generated CWME information. Describes the radiometric
procedure of attestation of an instrument. Are the samples of the images obtained by the apparatus.
Keywords: Remote sensing, Earth observation instruments, multispectral equipment, optical-electronic
equipment of the spacecraft
Информация об авторах:
Бакланов Александр Иванович, к.т.н., заместитель генерального директора АО
«РКЦ «Прогресс» - директор филиала - главный конструктор НПП «ОПТЭКС», 124460,
Россия, г. Москва, Зеленоград а/я 45, т. 8 (499) 736-11-59, e-mail: optecs@mail.ru.
Область научных интересов: проектирование оптико-электронных приборов, датчи-
ков и систем для дистанционного зондирования и наблюдения Земли из космоса.
190

Афонин Андрей Николаевич, заместитель начальника научно-технического ком-
плекса, филиал АО «РКЦ «Прогресс» - НПП «ОПТЭКС», 124460, Россия,
г. Москва, Зеленоград а/я 45, т. 8 (499) 735-54-33, e-mail: optecs@mail.ru.
Область научных интересов: проектирование оптико-электронной аппаратуры, циф-
ровая и аналоговая схемотехника.
Блинов Валентин Дмитриевич, начальник отделения, филиал АО «РКЦ
«Прогресс» - НПП «ОПТЭКС», 124460, Россия, г. Москва, Зеленоград а/я 45, тел.
8(499) 735-54-33, e-mail: optecs@mail.ru.
Область научных интересов: цифровая обработка изображений, методы обработки
данных ДЗЗ, проектирование целевой аппаратуры ДЗЗ.
Забиякин Александр Сергеевич, начальник научно-технического комплекса -
заместитель главного конструктора, филиал АО «РКЦ «Прогресс» - НПП «ОПТЭКС»,
124460, Россия, г. Москва, Зеленоград а/я 45, т. 8 (499) 734-94-93, e-mail: optecs@mail.ru.
Область научных интересов: проектирование оптико-электронной аппаратуры ДЗЗ, про-
ектирование звездных и солнечных датчиков.
Baklanov, Alexander Ivanovich, candidate of technical Sciences, deputy general director
of corporation JSC « SRC «Progress» - branch Director - chief designer of NPP "OPTECS",
124460, Russia, Moscow, Zelenograd box 45, t. 8 (499) 736-11-59, e-mail: optecs@mail.ru.
Research interests: design of opto-electronic devices, sensors and systems for remote sens-
ing and Earth observation from space.
Afonin Andrey Nikolaevich, Deputy head of scientific-technical complex, Dept
JSC « SRC «Progress» - NPP «OPTECS», 124 460, Russia, Moscow, Zelenograd box 45,
t. 8(499) 735-54-33, e-mail: optecs@mail.ru.
Research interests: design of optical and electronic instruments, digital and analog
circuitry.
Blinov Valentin Dmitrievich, head offices, Dept JSC « SRC «Progress» -
NPP «OPTECS», 124460, Russia, Moscow, Zelenograd box 45, tel: 8 (499) 735-54-33, e-mail:
optecs@mail.ru.
Research interests: digital image processing methods for remote sensing data processing,
design target of remote sensing equipment.
Zabiyakin Alexander Sergeevich, head of the scientific-technical complex - deputy chief
designer, Dept JSC « SRC «Progress» - NPP «OPTECS», 124460, Russia, Moscow, Zelenograd
box 45, t. 8 (499) 734-94-93, e-mail: optecs@mail.ru.
Research interests: design of optical-electronic equipment of remote sensing, design of star
tracker and sun sensors.
191

УДК 681.7
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РАЗВИТИЯ ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫХ
КОМПЛЕКСОВ ПРИЕМА-ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ КА ДЗЗ
© 2015 В.Л. Алаторцев1, В.Г. Слащёв1, Д.В. Юрин1, О.А. Алаторцева2
'филиал АО «РКЦ «Прогресс» - НПП «ОПТЭКС»
Московский Институт Электронной Техники
г. Москва, Зеленоград
Представлены тенденции развития программно-аппаратного комплекса наземной станции приема-
обработки информации с КА «Аист-2», обеспечивающего планирование, прием, распаковку принятой ин-
формации и ее последующую обработку для основной (ЦПОИ «Самара» и резервной (НПП «ОПТЭКС»)
наземных станций с учетом необходимых сервизных подсистем обеспечения его функционирования.
Ключевые слова: ДЗЗ, дистанционное зондирование, наземные станции, обработка изображении
Филиал АО «РКЦ «Прогресс» -
НПП «ОПТЭКС» традиционно занимает-
ся разработкой наземных станций прие-
ма-обработки информации (ИСПОИ) с
космических аппаратов (КА) дистанци-
онного зондирования Земли (ДЗЗ) из
космоса. К настоящему моменту геогра-
фия разработок, связанных с установкой
наземных станций специалистами НПП
«ОПТЭКС» достаточно обширна (рис. 1).
что позволяет использовать накопленный
опыт в создании аналогичных изделий и
в АО «РКЦ «Прогресс» в части создания
антенных постов, систем управления,
планирования и приема-обработки по-
ступающей информации с КА ДЗЗ.
Практически все установленные
наземные станции получают сертификат
Центра сертификации ракетно-
космической техники (рис. 2).
Примерами последнего использова-
ния результатов разработок НСПОИ в
АО «РКЦ «Прогресс» явились реализа-
ция проекта «Станция-ПД» (рис. 3), пе-
редача в состав ЦПОИ «Самара» макета
станции приема данных КА «Аист-2»
(рис. 4), дооснащение ЦПОИ «Самара»
для возможности приема информации с
КА «Аист-2», создание резервной стан-
ции приема данных КА «Аист-2» в
НПП «ОПТЭКС». Станция «ПД», изна-
чально ориентированная на прием дан-
ных с КА «Союз-Сат-О», явилась прото-
типом универсальной станции приема
данных, способной принимать информа-
цию практически с любого КА ДЗЗ, что
192

нашло свое применение при создании
НСПОИ для всех КА ДЗЗ (в т.н. и
КА «Аист-2»). Ввиду универсальность
приемного тракта, указанный тип стан-
ций способен также принимать информа-
цию и с традиционных КА ДЗЗ, разра-
ботки нашего предприятия, таких как
«Ресурсы-ДК №1, -Ш, -П2», и, видимо,
так далее. При этом затраты на разверты-
вание и поддержание подобной станции в
десятки-сотни раз оказываются ниже, по
сравнению с аналогичными статьями
расходов по поддержанию работоспособ-
ности -эксплуатации - доработки ПО
аналогичной базовой станции в ЦПОИ
«САМАРА».
Представляемый программно-
аппаратный комплекс НСПОИ ориенти-
рован на поддержание на высоком уровне
квалификации персонала в части реги-
страции информации с КА ДЗЗ, его обу-
чению и эксплуатации комплекса с КА
«Аист-2» и других. Для этого предусмот-
рен трехступенчатый прием данных с
КА, передающих информации в режиме
непрерывной передачи данных (КА серии
МОАА, а также КА Метеор). Как прави-
ло, на этом уровне отрабатываются ос-
новные навыки работы с комплексом, по-
скольку регистрация данных в
L-диапазоне достаточно устойчива и ме-
нее чувствительна к неточности наведе-
ния АПУ и ошибкам в расчете целеуказа-
ний направления на КА.
На втором этапе регистрируются
данные с КА Х-диапазона (Метеор,
TERRA, AQUA), что требует контроля
нескольких факторов: возраста целеука-
заний, точности поддержания времени,
операторской коррекции в наведении
АПУ и других. Овладение навыками пер-
вых двух стадий работы с антенным ком-
193

плексом практически обеспечит уверен-
ный прием данных с требуемого КА, по-
теря сеанса связи с которым достаточно
чувствительна.
ПРОГРАМНОАППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС НСПОИ КА «АИСТ-2»
II «АЛПРОЖПШ
МОДЕЛИРОВАНИЕ
ГКУЩЕЙ
лиСМИЧЕСКОП
ОБСТАНОВКИ
УПРАВЛЕНИЕ.
ПОДДЕРЖКА
С1КЛГМЫ
;ичноп-
ВРЕМЕНИ
ЮСТИРОВКА
аниннь:
ТЕСТИРОВАНИЕ
чТГ
РУЧНОЕ
УПРАВЛЕНИЕ
АПУ
ВЕД1ЛИЕ .ЧРХИН l
БАЛТ(ГИЧЕСКИХ
ДАННЫХ
СОПРОВОЖДЕНИЕ
лп^пс.
РЛСЧЕТНЬ".!
ЦЕЛЕУКАЗАНИЯМ
РАСЧЕТ
ТРАЕКТОРИИ
ДВИАГЯИЯКХИ
IX ЛИСОВ С ВЯЗИ
АШ
АВIX<ОПГОВОАДЕ
НИЕ
ПРЙХА&
НИ♦ РМАЦИИ
ИМИТАЦИОО. .
ПРИЕМ
ИНФОРМАЦИИ
ПРИЕМ
ИНФОРМАЦИИ С КА
ПОЗАДАННЫМ-
СЕАНСАМ СВЯЗИ
33
ПРИЕМ
ИНФОРМАЦИИ С КА
С Н1 ПРЕРЫВНЫМ
СБРОСОМ ДАННЫХ
**______________
ПТОБРА.___Е
НАВИ1 АЦИОННОк
ОБ<TAHOBK1I ПРИ
ТРЛЕЧЕ
ИНФОРМАЦИИ
ОТОБРАЖЕНИЕ
ПРИКгВ'АЕМО!(
ИНФОРМАЦИИ В
РЕАЛЬНОМ ВРГЗТИ!!
ОНЕНКкЛАЧЕСГВА
ПР1. ПРИЕЛ Т
ИНФОРМАЦИИ

ГРАФИЧЕСКАЯ
РНГСГРАЦИЯ
ЗАДАНИЙ НА
ОБРАБОТКУ
ИНФОР?'\ЦИ7’
ДЕКОДИРОВАНИЕ
РАСПАКОВКА
РАДИОМЕТРИ
ЧЕСКАЯ
КОРРЕКЦИЯ
4-5
СШИВКА
нсчи
ПОТОКОВОЙ
ОБРАБОТКИ
ТЕМАТИЧЫ&1.
ОБРАБОТКА
ГРАФИЧЕСКОЕ
ФОРМИРОВАНИЕ
ЗАДАНИЙ ТО
5Л
СИНТЕЗ
ЦВЕТНОГО
ИЗОБРАЖЕНИЯ
______J_______,
ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ |
ПРИВЯЗКА 1
ГЕОПРОЕКЦИРОВА
НИЕ
КОМПЛЕКСИРОВА
НИЕ
?ЮБРА>ЕНИЯ
5.6
ПОВЫШЕНИЕ
КАЧЕСТВА
ИЗОБРАЖЕНИЯ
ПОЛУЧЕНИЕ
ЗЕМСПЯЕСКИХ
РЮПРЕДЕ EHHHLO
РЕЗУЛЬТАТАМ
1 ЬЕМКИ

ИНФОРМАЦИИ
ВИЗУАЛЬНОЕ
ОТОБРАЖЕНИЕ
КАТАЛОГОВ
СЪЕМОК
КОМПЛЕКС
ЦЕЛЕВОГО
ПЛАНИРОВАНЫ*
ОТОБРАЖЕНИЕ
ИМЕЮЩИХСЯ WJH
ЪЕМГЖ
ПЛАНИРУЕМЫХ
СЕАНСОВ
63
РАСЧЕТ ВРЕМЕНИ
1ЙСПОЧЕНИЯБА
КА IVlKhHUX
ПОЛИГОНОВ
ВРЕМЕННОЕ
ПЛАНИРОВАНИЕ
КАТАЛОГОВ
СЪЕМОК
КОМПЛЕКС
API ДСТВ
ВИЗУАЛЬНОГО
ЦЕЛЕВОГО
п !Г ШИРОВ ШИЯ
АНАЛИЗ
КАЧЕСТВА
АРХИВНОЙ
М ЭРМАП“Т1
ВЫДАЧА
ПРОСТРАНСТВЕН
НОВ“Е_'1НН?:!Х
ФРАГМЕНТОВ
СЪЕМОК И МЕСТ
ИХ ХРАНЕНИЯ
Рис. 7. Схема деления npoi раммно-аппаратного комплекса НСПОИ
боты на приемной станции и функцио-
нально разделен на 7 подразделов.
Рис. 7 представляет схему деления
программно-аппаратного комплекса ра-
Проиллюстрируем основные этапы
работы комплекса НСПОИ.
Этап планирования обеспечивает
расчет сеансов связи с КА для приема
данных (рис. 5). В его основе лежат не-
сколько моделей прогнозирования дви-
жения КА на орбите (численная,
SGP4/SDP4 и другие).
Результатом работы подсистемы
планирования являются список сеансов
связи с КА с целеуказаниями для наведе-
ния АПУ (рис. 5), расчет и визуализация
положения группировки КА на орбите
194

(рис. 6). Общепринятый набор инстру-
ментов и опций визуализации также
включен в набор программно-
аппаратного комплекса НСПОИ.
Подсистема управления АПУ обес-
печивает наведение антенного устройства
при его тестировании, юстировке (рис. 9)
и во время сеансов связи с КА (рис. 8).
Подсистема управления АПУ
(рис. 8) обеспечивает наведение НСПОИ
на КА по расчетным целеуказаниям в ре-
жимах автосопровождения, при коррек-
ции наведения оператором управления
АПУ, при расчетном автосопровождении.
Наличие внешних источников ра-
диоизлучения в L-X-Ku диапазонах поз-
воляют уточнить юстировку НСПОИ до
долей размеров диаграммы направленно-
сти АПУ (рис. 9).
Работа подсистем приема и распа-
ковки информации с КА проиллюстриро-
вана на рис. 10:
Рис. 10. Подсистемы приема и распаковки	Рис. 11. Формирование обзорного изображения
информации в зоне компенсации
В процессе работы подсистем оце-
нивается качество принятой информации,
осуществляется визуализации снимаемой
территории и принятое изображение.
Формируются исходные и сшитые изоб-
ражения по зонам и обзорного типа. По
окончании первичной обработки форми-
руется отчет о съемке полигона (рис. 12)
и обзорные изображения в зонах и всего
полигона съемки (рис. 11).
По окончании распаковки получен-
ной информации, дальнейшая обработка
производится подсистемой обработки
изображений. Использование данных
мультиспектральных линеек и панхрома-
тического диапазона позволяет повысить
разрешение синтезируемого цветного
снимка (рис. 13-14):
195

Рис. 13. Подсистема синтеза цветного изображения
на основе данных мультиспектральных и
панхроматических линеек: ЗМС (1-2-3)+1ПХ (4)
Рис. 12. Отчет о съемке полигона
196

Рис. 14. Синтезированные цветные изображения Рис. 15. Синтезированное цветное изображение в проекции
одного масштаба полученные на основе: слева на	Меркатора
основе МС-линеек, справка МС+ПХ
На заключительной стадии обра-
ботки - изображение может быть спро-
ецировано в одну из картографических
проекций (рис. 15).
Отметим, что на последней стадии
функционирования	программно-
аппаратного комплекса созданные изоб-
ражения поддерживаются визуальной ба-
зой данных (рис. 16).
Поддерживаемый комплекс целево-
го планирования позволяет прогнозиро-
вать возможность проведения требуемых
съемок и определения времен включения
и параметров работы целевой аппаратуры
КА (рис. 17):
Смнш Архив Пункта г^ивмв пастройса Параметра
Рис. 16. Просмотр фрагментов снимков из визуаль-
ной базы данных
Рис. 17. Фрагмент подсистемы комплекса целевого
планирования в составе НСПОИ
Остановимся в заключении на осо-
бенностях используемой в комплексе
НСПОИ модели синтеза цветных изоб-
ражений высокого разрешения. Общая
схема такого синтеза для данных, полу-
чаемых с КА с сенсорами в виде набора
ПЗС линеек, расположенных в фокальной
плоскости (Push-broom camera), пред-
ставлена схемой рис. 18:
197

Пространственное совмещение изображений (Mutual image registration)	Синтез цветного изображения (Color synthesis Image fusion)	Улучшение визуального качества (Image enhancement)
Рис. 18. Схема синтеза цветных изображений		
и заключается в последовательном
выполнении трех этапов, причем специ-
фичным для камеры в виде набора линеек
является только первый этап.
Совмещение изображений в раз-
личных полосах и спектральных каналах
выполняется во несколько последова-
тельных этапов.
Приемник изображения состоит из
N зон в фокальной плоскости. Каждая
зона содержит по Кр линеек панхромати-
ческого диапазона (ОЭП-АПХ) и по K.S
линейки для каждого из 3 спектрозональ-
ных каналов (ОЭП-АМС). Простран-
ственное разрешение панхроматического
канала в 3 раза выше, чем спектрозональ-
ных. Предлагаемый алгоритм должен
применяться раздельно для областей, не
имеющих стыков линеек. В случае необ-
ходимости получения изображения
большего размера, предлагается выпол-
нять сшивку полос после синтеза цвет-
ных изображений раздельно по полосам.
Такой подход необходим, т.к. для кор-
ректного пространственного совмещения
изображений необходимо знать модель
искомого пространственного преобразо-
вания, и для одиночных линеек таковая
четко определена как модель аффинного
перекоса, а ее параметры могут быть вер-
но определены из одиночного снимка.
Сшивка же полос изображения, создан-
ных разными линейками не гарантирует
восстановления правильного угла между
линейками, который может быть опреде-
лен только путём специальной сложной
процедуры калибровки, требующей либо
съемки специального калибровочного
полигона, либо многократной съемки од-
ного и того же участка местности с мак-
симально плоским рельефом и наличием
большого числа хорошо заметных объек-
тов. Кроме того, работа с выбором в ка-
честве базового для совмещения панхро-
матического канала, позволяет резко уве-
личить точность сшивки спектрозональ-
ных каналов. Алгоритм совмещения
фрагмента изображения, не содержащего
стыка полос заключается в следующем:
-	Выбирается фрагмент изображе-
ния в панхроматическом и спектрозо-
нальных каналах.
-	Создается изображение Pi0 пан-
хроматического канала с уменьшенным
втрое разрешением, путем присвоения
пикселю низкого разрешения среднего
значения по квадрату 3x3 пикселя.
-	Выполняются процедуры про-
странственного совмещения изображений
спектрозональных каналов R|o, G|o, В|о с
изображением Pi0 с помощью алгоритма
НСПОИ. Для ускорения работы этот этап
может выполняться при дополнительно
пониженном разрешении. В результате
работы получается набор из трех векто-
ров смещения и матриц аффинного пре-
образования (чистый перекос, ненулевой
только один внедиагональный элемент,
на диагонали единицы). Алгоритм
НСПОИ имеет по сравнению с алгорит-
мами на основе характеристических то-
чек следующие достоинства:
-	возможность работы на сильно
размытых изображениях или изображе-
ниях сцен, не содержащих объектов с
четкими границами и особенностями
-	детерминированность во времени
исполнения
-	интегральный подход
И недостатки:
-	невозможность создания построч-
ного варианта
-	узкий класс допустимых моделей
преобразования (чистый сдвиг, или
сдвиг+перекос или сдвиг + поворот +
масштаб), однако вторая модель соответ-
ствует условиям съемки.
Большой обзор методов детектиро-
вания характеристических точек дан в
[3], для практического использования в
рассматриваемой задаче хорошим выбо-
198

ром являются алгоритмы SIFT или SURF,
первый качественнее, второй - быстрее.
Алгоритм НСПОИ сохраняет рабо-
тоспособность, если изначально изобра-
жения перекрываются не менее чем на
2/3. В случае необходимости, фрагменты
изображения для синтеза цвета могут
быть перевыбраны по результатам полу-
ченных параметров.
На следующем этапе полученные
матрицы и векторы уточняются до
субпиксельной точности совмещения в
рамках полной аффинной модели с по-
мощью алгоритма, когда производные
вычисляются только на первой итерации.
Заметим, что в случае, если изобра-
жение в каком либо канале сильно раз-
мыто по сравнению с совмещаемым с
ним, пару может потребоваться также
размыть. Так, например, для аппаратуры
Ресурс-П, при совмещении каналов 31
или 32 с каналами 21 или 10 с уменьшен-
ным втрое разрешением, последние сле-
дует размыть квадратным окном размера
9x9. Найденные параметры совмещения
применяются к оригинальным (не размы-
тым изображениям).
Вопрос о синтезе цвета при наличии
цветного изображения низкого разреше-
ния и панхроматического изображения
высокого разрешения весьма актуален и
широко исследуется. На этом этапе счи-
тается, что пространственное совмеще-
ние изображений уже выполнено. До-
ступны совмещенные изображения, при-
веденные как к низкому (спектрозональ-
ные каналы), так и к высокому (панхро-
матический канал) разрешению. Вопрос о
синтезе цвета при наличии движущихся
объектов (например, автомобили) здесь
не рассматривается. Для синтеза цветно-
го изображения в высоком разрешении
используются самые разнообразные ме-
тоды и подходы, в частности вариацион-
ный, на основе вейвлетов, наиболее по-
пулярным остается подход на основе IHS
и его модификаций. Исследуется алго-
ритмы как для синтеза изображения в
псевдоцветах, так и в истинных цветах.
Популярность алгоритма IHS объясняет-
ся его простотой и высокой надежно-
стью, основанной на том, что простран-
ственное разрешение человеческого глаза
для цветовых компонент существенно
меньше чем для яркостных. На этом же
свойстве, в частности, основаны и мето-
ды сжатия с потерями, например, алго-
ритм JPEG.
Ниже предлагается алгоритм сход-
ный с IHS, но использующий другое цве-
товое пространство YCbCr. Поскольку
манипулирование цветовым тоном не
предполагается, представляется разум-
ным не использовать круговую коорди-
нату и ограничиться линейным цветовым
преобразованием. Вкратце алгоритм со-
стоит в следующем. Полученное цветное
изображение низкого разрешения от
мультиспектральной камеры переводится
в цветовое пространство YCbCr по фор-
мулам.
( У 'I { + 0.29
С/> = -0.16874
(С’г) ( 0.50000
+ 0.587	+0.114 У/«(.v.v)'
-0.33126	0.50000
-0.41869 -0.08131
(1)
Яркостная компонента подменяется на
панхроматическое изображение, а ком-
поненты С просто интерполируются к
разрешению панхроматического канала с
помощью билинейной интерполяции. За-
тем уже компоненты высокого разреше-
ния собираются обратно в RGB изобра-
жение
G(x,y)
3
1
<1
+ 0.00000 +1.40200Y17)
-0.34414 -0.71414 Cb
+ 1.77200 +0.00000Xcr,
(2)
В части улучшения визуального ка-
чества изображения предлагается два ал-
горитма:
1. Коррекция цвета, включая опци-
онно автоматический баланс белого
2. Усиление мелких деталей изоб-
ражения (модифицированная и расши-
ренная версия алгоритма Unsharp mask
или Sharpening).
Теоретически, правильный баланс
цвета может быть выполнен только путем
калибровки на основе съемки ряда объек-
тов с заранее известными спектральными
свойствами. При этом необходимо обра-
тить внимание, что предполетной калиб-
ровки недостаточно, т.к. параметры фо-
топриемной аппаратуры значительно
уходят в процессе эксплуатации на орби-
199

те, и это верно для аппаратуры любых
КА производства любых стран. Если
процедуры полетной калибровки кон-
структивно и/или организационно не
предусмотрены, то необходимы какие-
либо методы баланса белого, которые мо-
гут работать, в том числе, и по одному
кадру. Предлагаемая методика основана
на эмпирическом факте, что одновремен-
ное и независимое растяжение гисто-
грамм в красном, зеленом и синем канале
на весь (одинаковый) диапазон, как пра-
вило, обеспечивает близкий к правиль-
ному цветовой баланс. Теоретическим
обоснованием может быть соображение,
что на изображениях реальных сцен, са-
мые светлые точки, как правило, белые, а
самые темные - черные, или близки к та-
ковым. Процедура автобаланса белого
выполняется следующим образом.
Яркость каждого из каналов изоб-
ражения подвергается линейному преоб-
разованию:
(х, у) = mult  (/(„ (х, у) — min color)
mult = 220 / (max color- mincolor +1)
а величины min color и max color
определяются как яркости, такие, что ги-
стограмма изображения содержит left
точек темнее и right точек ярче. Эти два
числа определяются как
left = max( 1, min(2(), 0.25 * sz) , sz * min(percent_left/100,0.25))
right - max( 1, min(20, 0.25 * .sz) , .sz * min(pm-ent_ right/100,0.25))	’
где sz количество пикселей в изоб-
ражении, a percent _ left и percent _ right
- настроечные параметры, задаваемые
пользователем. Рекомендуются значения
0 для обеих величин. Интенсивность 0 на
исходных изображениях при построении
и анализе гистограмм игнорируется, по-
скольку для реальных объектов такой яр-
кости быть не может, и нулевой цвет ис-
пользуется для участков изображения,
где нет данных.
Еще одним желательным свойством
является получить изображение в есте-
ственных цветах, но как будто бы атмо-
сферы не было, т.к. рассеяние в атмосфе-
ре покрывает изображение голубой дым-
кой, а рассеяние в атмосфере сильнее на
коротких длинах волн, так что зеленое и ,
тем более, синее изображения более раз-
мыты, чем красное. К сожалению, пара-
метры рассеяния атмосферы существенно
зависят от содержания влаги и аэрозолей
и не могут быть определены заранее.
Этот вопрос перспективных исследова-
ний, путь решения, по-видимому, заклю-
чается в восстановлении и сравнительном
анализе между спектральными каналами
функции размытия точки для различных
объектов одного и того же изображения.
В настоящее время для регулировки
предлагаются корректирующие множи-
тели к множителю mult для каждого ка-
нала: c R Mult, c G Mult, c B Mult , их
смысл аналогичен подбору цветовой
температуры для монитора или освети-
тельной аппаратуры. Автоматический
баланс белого можно отключить, тогда
правильный баланс цвета осуществляется
пользователем только через эти три ко-
эффициента, а величины min color и
max color в (3) определяются как
min color = mintmin color г с R Mult.nin color g с G Mult.run color be H Mult)
max color = maxfmax color r e R Mult.max color g c (I Mult.max color b e li Mult)
Описанная процедура коррекции
цвета применяется после совмещения
изображений согласно предыдущим ал-
горитмам.
В этих алгоритмах перед вычисле-
ниями по формуле (2) вклиниваются два
этапа: повышение насыщенности изоб-
ражения, путем умножения цветовых
компонент СЬ,Сг на корректирующий
множитель (рекомендуется значение 2.8)
и повышение четкости, заключающееся в
применении к яркостной компоненте
(получена из панхроматического изобра-
жения высокого разрешения) алгоритма
многомасштабного подчеркивания мел-
ких деталей по формуле:
>) = Цх. г.г„) + А„(Г(л. г)- Цх.у.,.,г./, I (Q
Здесь
Ux.y.t) = G®Y = J Jg(x - £ у - n.DY^.rpd^ln (7)
- свертка изображения У(х,г) с
двумерной функций Гаусса
I -,<WI
G(x,y,t) = е 21 , t = a~.	(8)
2тй
200

При практическом вычислении та-
кой свертки (2.2) интеграл заменяется на
сумму по пикселям
L(x,y,t) = G® I = YG(x-^y-n,t)Y(^rj) (9)
и используется свойство сепара-
бельности функции Гаусса., т.е.
G(x,y,t) - G(x,t)G(y,f)
(Ю)
что облегчает вычисления и теоре-
тические аппроксимации.
Дифференцируя (7) или (9) очевид-
но, что производная сглаженного изоб-
ражения L(x,y,t) есть просто свёртка
исходного изображения Y(x,y) с соот-
ветствующей производной функции
Гаусса (возможно нулевой).
(11)
Или в краткой форме
dL"'+"(x,y,t) _д&"
дхтду" ~ дхт
®	(12)
°У
Следует подчеркнуть, что если т=0
или п=0, не следует забывать свернуть с
нулевой производной ядра свертки, т.е.
самой функцией Гаусса.
Выбор в качестве ядра именно
функции Гаусса (8), (Ю).обусловлен дву-
мя обстоятельствами:
1) Функция Гаусса (8) радиально
симметрична;
2) Путем прямого дифференциро-
вания несложно показать что, сглаженное
изображение L(x,y,t) удовлетворяет
уравнению диффузии:
dL l(d2L d2L>
dt "г^Эх2 +оф2 J	(13)
Это означает, что в результате свер-
ток с функцией Гаусса
1) не появится выделенных направ-
лений, привязанных к пиксельной сетке и
не связанных с объектами сцены, т.е. изо-
тропность метода;
2) при размытии изображения осо-
бенности могут размываться, сливаться и
исчезать, но не могут образоваться новые
в силу свойств процесса диффузии [13-
15].
Это является основой распростра-
ненного в настоящее время подхода
«пространства переменных разрешений»
(scale-space), в рамках которого изобра-
жение анализируется одновременно на
всех масштабах, а выделение особенно-
стей осуществляется на тех масштабах,
где эти особенности лучше всего прояв-
ляются.
Другая величина в (6), Лапласиан
Гауссиана (Laplacian of Gaussian) опре-
деляется как:
Ъ2 L Э2 L
LoG(x,y,t) = t( +	)	(14)
ах~ ау~
Коэффициенты в (6)
/Hj ,<5j , j = 0,1,... подбираются экспери-
ментально из соображений визуальной
похожести. Один из вариантов, наиболее
экстремально «повышающим разреше-
ние»	является	выбор
j		а,
0	2	2.0
1	1.5	7.0
2	2.5	5.0
Величина К,„(х, у) с усиленными мелкими деталями подставляется в формулу 2
раздела 2.
201

SOFTWARE-HARDWARE DATA RECEIVING FROM EARTH REMOTE SENSING
SPACECRAFT AND DATA PROCESSING GROUND-BASED STATION COMPLEX
© 2015 V.L. Alatortsev, V.G. Slastshyov, D.V. Yurin, O.A. Alatortseva
Dept JSC « SRC «Progress» - NPP «OPTECS», Moscow, Zelenograd
Represented software-hardware data receiving from Earth remote sensing spacecraft «Aist-2» and data pro-
cessing ground-based station complex provides controlling of antenna system, sessions scheduling and sessions re-
ceiving from Earth remote sensing spacecraft as well as their following unpacking and processing. Practical realiza-
tion of controlling system with autotracking system is represented, adjustment of antenna system is described. Data
receiving and processing as well as methods of image quality recovering are illustrated. Received images are accu-
mulated in graphic database integrated into software complex.
Key words: Earth remote sensing, ground-based stations, image processing
Информация об авторах:
Алаторцев Владимир Леонидович, руководитель научно-технического комплекса
филиала АО «РКЦ «Прогресс» - НПП «ОПТЭКС», к.ф.-м.н., тел. 8-916-128-12-11. E-mail:
alcorsat@mail.ru.
Область научных интересов: космос, системы ДЗЗ, наземные станции приема-
обработки информации с КА ДЗЗ.
Слащев Владимир Геннадьевич, главный программист филиала АО «РКЦ «Про-
гресс» - НПП «ОПТЭКС», тел. 8-916-128-12-11. E-mail: alcorsat@mail.ru.
Область научных интересов: космос, системы ДЗЗ, наземные станции приема-
обработки информации с КА ДЗЗ.
Юрин Дмитрий Владимирович, главный программист филиала АО «РКЦ «Про-
гресс» - НПП «ОПТЭКС», к.ф.-м.н., тел. 8-916-128-12-11. E-mail: alcorsat@mail.ru.
Область научных интересов: космос, системы ДЗЗ, наземные станции приема-
обработки информации с КА ДЗЗ.
Алаторцева Ольга Алексеевна, доцент института Электронной техники МИЭТ,
к.э.н., тел. 8-916-128-12-11. E-mail: alcorsat@mail.ru.
Область научных интересов: менеджмент систем ДЗЗ, наземных станций приема-
обработки информации с КА ДЗЗ.
Vladimir L. Alatortsev, head of Research and Engineering complex of Dept JSC « SRC
«Progress» - NPP «OPTECS», Moscow, Zelenograd, candidate of Physics and Mathematics, tel.
+7-916-128-12-11, e-mail: alcorsat@mail.ru.
Research interests: space, Earth remote sensing systems, data receiving from Earth remote
sensing spacecrafts and data processing ground stations.
Vladimir S. Slastshyov, chief programmer of Dept JSC «SRC «Progress» - NPP
«OPTECS», Moscow, Zelenograd, tel. +7-916-128-12-11, e-mail: alcorsat@mail.ru.
Research interests: space, Earth remote sensing systems, data receiving from Earth remote
sensing spacecrafts and data processing ground stations.
Dmitriy V. Yurin, chief programmer of Dept JSC « SRC «Progress» - NPP «OPTECS»,
Moscow, Zelenograd, candidate of Physics and Mathematics, tel. +7-916-128-12-11,
e-mail: alcorsat@mail.ru.
Research interests: space, Earth remote sensing systems, data receiving from Earth remote
sensing spacecrafts and data processing ground stations.
Olga A. Alatortseva, Scientific of Moscow Institute head of Dept JSC « SRC «Progress»
- NPP «OPTECS», Moscow, Zelenograd, candidate of Physics and Mathematics,
tel. +7-916-128-12-11, e-mail: alcorsat@mail.ru.
Research interests: space, Earth remote sensing systems, data receiving from Earth remote
sensing spacecrafts and data processing ground stations.
202

УДК 528.8.044.2
УСТРОЙСТВО ПОСТРОЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ В
СОСТАВЕ БОРТОВОЙ АППАРАТУРЫ ДЛЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ
МОНИТОРИНГОВОЙ ИНФОРМАЦИИ
©2015 А.С. Кузнецов, С.С. Щесняк, А.О. Славянский
ОАО «Научный центр прикладной электродинамики», г. Санкт-Петербург
Описано устройство построения радиолокационного изображения с помощью радиолокационной
станции с синтезированной апертурой. Представлено описание программного обеспечения радиолокацион-
ной станции с синтезированной апертурой.
Ключевые слова: радиолокационная станция с синтезированной апертурой, дистанционное зондиро-
вание Земли, система на кристалле.
Радиолокационная станция с синте-
зированной апертурой (РСА) предназна-
чена для дистанционного зондирования и
получения радиолокационных изображе-
ний подстилающей поверхности с раз-
личных видов летательных аппаратов.
РСА реализует следующие функ-
ции:
-	формирование зондирующих
сигналов в L-диапазоне частот;
-	прием, оцифровка и запоминание
отраженных от подстилающей поверхно-
сти сигналов;
-	обработка сигналов на борту:
сжатие по дальности и азимуту во вре-
менной области, построение радиолока-
ционных изображений местности;
-	передача всех видов данных, по-
лученных на борту, на внешний энерго-
независимый накопитель со скорость до
30 Мб/с.
В состав РСА входит аппаратный
блок и программное обеспечение. Основ-
ным функциональным блоком в аппарат-
ном является блок цифровой обработки
сигналов (блок ЦОС).
Блок ЦОС включает в себя аналого-
цифровой преобразователь (АЦП), циф-
ро-аналоговый преобразователь (ЦАП),
усилители сигналов синхронизации, си-
стему на кристалле (СнК), оперативное
запоминающее устройство SDRAM
DDR3, опорный генератор с рабочей ча-
стотой 50 МГц, контроллер интерфейса
USB3.0, преобразователь уровней TTL в
LVDS. Структурная схема блока ЦОС
представлена на рис. 1.
Рис. 1 Структурная схема блока ЦОС
203

Работа РСА обеспечивается встро-
енным программным обеспечением.
Процесс сбора и обработки данных
для формирования радиолокационного
изображения включает следующие уров-
ни:
-	цикл наблюдения - последова-
тельность из генерации зондирующего
импульса, сбора оцифрованных замеров
сигнала-отклика и обработки полученных
сигналов;
-	сеанс наблюдения - последова-
тельность заданного количества циклов
наблюдения с одинаковыми параметра-
ми;
-	программа наблюдения - после-
довательность сеансов наблюдения с за-
данными для каждого индивидуальными
параметрами.
В рамках цикла наблюдения произ-
водится:
-	генерация кодовых последова-
тельностей зондирующих импульсов с
линейной частотной модуляцией (ЛЧМ)
и передача этих последовательностей на
ЦАП для формирования аналоговых
ЛЧМ-импульсов напряжения;
-	считывание первичных данных -
оцифрованных отраженных сигналов с
выхода АЦП;
-	сжатие по дальности первичных
данных - обработка записанных отра-
женных сигналов корреляционными ме-
тодами анализа во временной области;
-	сжатие по азимуту - получение
радиолокационного изображения;
-	сохранение результатов во
встроенной памяти СнК для последую-
щей передачи на внешнее запоминающее
устройство.
По результатам работы блок ЦОС
выдает строки радиолокационного изоб-
ражения, которые записываются в файл
на внешнем запоминающем устройстве.
Пример построенного изображения пред-
ставлен на рис. 2.
Рис. 2 Пример построенного радиолокационного изображения
По итогам работы изготовлен опыт-
ный образец вычислительной системы
РСА на базе системы на кристалле (СнК)
Zynq7000 XC7Z045 (Xilinx) в исполне-
нии, годным к установке на мобильном
носителе (наземном и авиационном). Ис-
пользованные аппаратные решения поз-
воляют реализовать оцифровку и обра-
ботку сигналов на частоте до 1,1 ГГц.
Разработанные алгоритмы обработки
позволяют обеспечить получение радио-
локационных изображений местности с
разрешением по дальности и азимуту до
двух метров на борту носителя в режиме
реального времени.
Библиографический список:
1. Кондратенков Г.С.,Фролов А.Ю.
Радиовидение. Радиолокационные си-
стемы зондирования Земли. М., "Радио-
204

техника", 2005.
2. Плющев В.А. Результаты
разработки и направления развития
многочастотных авиационных комплек-
сов РСА. Наукоёмкие технологии, 2004,
№ 8-9, стр. 88-100.
References:
1. Kondratenkov G.S., Frolov A.U.
Radiovision. Radar sensing; - Moscow:
Publishing house “Radiotekhnika”, 2005.
2. Pluschev V.A. The results and di-
rection of development of multi-aircraft
SAR systems”, High Tech, 2004, № 8-9, -
88-100 p.
RADAR IMAGE BUILDING DEVICE AS THE PART OF ONBOARD MONITORING
INFORMATION PROCESSING SYSTEM
©2015 A.S. Kuznetsov, S.S. Schesnyak, A.O. Slavyanskiy
Scientific Centre of Applied Electrodynamics, Saint-Petersburg
The description of radar image building device, using a synthetic aperture radar. The description of the
software for synthetic aperture radar.
Key words: Synthetic aperture radar, remote sensing, system on a chip.
Информация об авторах:
Александр Семенович Кузнецов, к.т.н., главный конструктор РЭС, ОАО «НЦ ПЭ»,
190103, г. С.-Петербург, Рижский проспект, д.26, лит.А, пом. ЮН, ком.22,
alexander.kuznetsov@scaegrouD.com.
Область научных интересов: аппаратно-программные комплексы обработки сигна-
лов, дистанционное зондирование Земли.
Сергей Степанович Щесняк, профессор, д.т.н., генеральный директор, ОАО «НЦ
ПЭ», 190103, г. С.-Петербург, Рижский проспект, д.26, лит.А, пом.ЮН, ком.22,
sergev.schesnyak@scaegrouD.com.
Область научных интересов: антенны, электромагнитная совместимость, аппаратно-
программные комплексы обработки сигналов.
Андрей Олегович Славянский, ведущий инженер-конструктор отдела комплекс-
ных средств, ОАО «НЦ ПЭ», 190103, г. С.-Петербург, Рижский проспект, д.26, лит.А,
пом.ЮН, ком.22, aslawanskiy@scaegrouD.com.
Область научных интересов: аппаратно-программные комплексы обработки сигна-
лов, цифровая обработка сигналов, программируемые логические интегральные схемы.
Alexander Semenovich Kuznetsov, Ph.D., chief designer of EWF, SCAE Ltd., 190103,
Saint-Petersburg, Rizhskiy pr., 26-A- ION-22, alexander.kuznetsov@scaegroup.com.
Area of research: complexes of signal processing, remote sensing.
Sergey Stepanovich Schesnyak, professor, doctor of technical sciences, G.M., SCAE
Ltd., 190103, Saint-Petersburg, Rizhskiy pr., 26-A-ION-22, sergev.schesnvak@scaegrouD.com.
Area of research: antennas, electromagnetic compatibility, complexes of signal processing.
Andrey Olegovich Slavyanskiy, lead engineer, SCAE Ltd., 190103, Saint-Petersburg,
Rizhskiy pr., 26-A-ION-22, aslawanskiy@scaegroup.com.
Area of research: complexes of signal processing, digital signal processing, field-
programmable gate array.
205

УДК 621.396.673
МОДЕЛИРОВАНИЕ ШИРОКОПОЛОСНОЙ ПЕЧАТНОЙ ЩЕЛЕВОЙ АНТЕННЫ
КРУГОВОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ
©2015 А.В. Лепунов1, А.В. Кантышев1, И.В. Романов2
'АО «Информационные спутниковые системы им. академика М.Ф. Решетнева»,
г. Железногорск;
Национальный исследовательский Томский государственный университет, г. Томск
Предложена, изготовлена и измерена широкополосная печатная щелевая антенна с круговой поляри-
зацией. Рассмотренный в статье тип антенны имеет широкополосные свойства благодаря повороту щели.
Результаты измерений показывают, что полоса частот предложенной антенны по уровню коэффициента эл-
липтичности 0,7 превышает 58%. Антенна имеет простую геометрию и может быть легко изготовлена.
Ключевые слова: Параметрическое исследование, компьютерное моделирование, печатная и/елевая
антенна, круговая поляризация.
Антенны с круговой поляризацией
широко распространены во многих обла-
стях техники. Они находят применение как
в беспроводных сетях, таких как RFID си-
стемы, так и в спутниковой связи и радио-
навигационных системах. Печатные щеле-
вые антенны хорошо зарекомендовали себя
благодаря своим широкополосным свой-
ствам, а также малым габаритам и простоте
изготовления, что позволяет им конкури-
ровать с другими типами антенн (напри-
мер, спиральными антеннами). Существует
несколько технологий расширения полосы
рабочих частот щелевых печатных антенн,
например [1], [2]. В данной статье, с помо-
щью специализированного программного
обеспечения CST Microwave Studio 2014,
исследуется улучшение характеристик ан-
тенны путем поворота широкой щели во-
круг своей оси. Данная методика описана в
[3] для щелевой антенны линейной поля-
ризации, однако для антенн с круговой по-
ляризацией, по мнению авторов, ранее не
применялась.
На рис. 1 показана топология антен-
ны и приведены обозначения основных ее
размеров. В качестве подложки выбран ди-
электрик фирмы Rogers R04003 толщиной
0,813 мм и диэлектрической проницаемо-
стью 3,55.
Антенна запитывается коаксиальной
линией с волновым сопротивлением 50
Ом, переходящей в копланарный волновод,
что позволяет получить антенну с металли-
зацией только с одной стороны. Парамет-
рическое моделирование, проведенное с
помощью специализированного программ-
ного обеспечения CST Microwave
Studio 2014, позволяет оценить влияние
угла поворота щели и длины L-фидера (А/)
на поляризационные и частотные свойства
исследуемого типа антенны. Результаты
представлены в табл. 1.
206

Табл. I - Влияние изменения параметров на характеристики антенны
№ п/п	Lf, мм	Угол поворота, град.	Полоса частот (si 1<-10 дБ), ГГц	Ширина полосы частот (si 1<-10 дБ), ДГГц	Полоса частот (КЭ > 0,7), ГГц	Ширина полосы частот (КЭ > 0,7), ДГГц
1	39,9	45	1,96-2,88	0,92	1,5-2,3	0,8
2	41,9	45	1,99-2,94	0,95	1,5-2,2	0,7
3	43,9	45	1,98-2,97	0,99	1,2-2	0,8
4	39,9	60	1,6-3,5	1,9	1,5-3	1,5
5	41,9	60	1,64-3,5	1,86	1,5-3	1,5
6	43,9	60	1,64-3,5	1,86	1,5-3	1,5
7	39,9	80	1,7-3,5	1,8	1,8-3	1,2
8	41,9	80	1,7-3,5	1,8	1,7-3	1,3
9	43,9	80	1,7-3,44	1,74	1,6-3	1,4
10	39,9	90	2,6-3,26	0,66	1,9-3	1,1
И	41,9	90	2,48-3,21	0,73	1,7-3	1,3
12	43,9	90	2-3,13	1,13	1,8-3	1,2
Расчетные коэффициенты эллип-
тичности, а также изменение параметра
s 11 (в зарубежной литературе - обратные
потери), в зависимости от частоты, при-
ведены для наглядности на рисунках 2 и
3 соответственно.
Рис. 2 - Коэффициент эллиптичности для различных
углов поворота щели
(£/=41,9 мм)
Рис. 3 - Обратные потери для различных углов пово-
рота щели (£/ = 41,9 мм)
Расчетные распределения токов на
частоте f= 2,4 ГГц для разных значений
времени показаны на рис. 4. Видно, что
токи сосредоточены по длине L-
подобного фидера. Токи на рисунках 4а и
4в (cot=0 и cot=l 80 соответственно) равны
по амплитуде и имеют противоположное
направление. Токи для cot=90 и o>t=270
также равны и противоположно направ-
лены. Токи изменяются со временем та-
ким образом, что в результате излучается
электромагнитная волна эллиптической
поляризации (в нашем случае с левым
направлением вращения вектора Е).
207

Рис. 4 - Распределение токов
а - <Dt=O; б - cot=90; в - cot=l 80; г - cot=27O
По результатам параметрического анализа для изготовления макета выбрана модель,
соответствующая №8 из таблицы 1 (Lf= 41,9 мм, угол поворота = 80°). Макет антенны по-
казан на рис. 5.
Рис. 5 - Макет антенны для измерений
Измеренные значения обратных по- приведены на рисунках 6 и 7 соответ-
терь и коэффициента эллиптичности ственно. Измеренные значения обратных
208

потерь (по уровню минус 10 дБ) пере-
крывают полосу свыше 1,35 ГГц (от 1,65
ГГц до более 3 ГГц), что соответствует
58,06% перекрытия по частоте. Характер
измеренной кривой отличается от рас-
четной, главным образом, наличием глу-
бокого минимума на частоте примерно
2,8 ГГц.
Рис. 6 - Обратные потери антенны
Анализ измеренных и расчетных
значений коэффициента эллиптичности
показывает, что антенна обеспечивает
работу в полосе частот от 1,8 ГГц до бо-
лее 3 ГГц, что совпадает с рабочей поло-
сой по обратным потерям. Измеренные
поляризационные характеристики не-
сколько превосходят расчетные.
Антенна излучает в двух направле-
ниях - прямом и обратном, то есть имеет
2 главных лепестка. Этот факт несколько
затрудняет измерение ее направленных
характеристик. Для испытаний антенна
была закреплена на блок пенопласта, ко-
торый, в свою очередь, прикреплялся с
помощью диэлектрических штырей к
опорно-поворотному устройству (ОПУ).
Для исключения влияния ОПУ на харак-
теристики антенны, сзади был помещен
радиопоглощающий материал (рис. 8).
Таким образом, измерение диаграммы
направленности, ввиду описанных осо-
Рис. 7 - Коэффициент эллиптичности по оси излуче-
ния
бенностей, было возможно в секторе уг-
лов от минус 150° до плюс 150°.
Рассчитанные диаграммы направ-
ленности в 2-х плоскостях приведены на
рис. 9а, измеренные ДН показана на
рис. 96.
209

о
Рис. 9 - Диаграмма направленности для частоты/= 2,4 ГГц
а - расчет, б - измерения
В статье представлен результат мо-
делирования микрополосковой щелевой
антенны с полосой рабочих частот от 1,65
ГГц до 3 ГГц (по уровню обратных по-
терь - минус 10 дБ). Предложенный тип
антенны позволяет обеспечить поляриза-
ционные характеристики в широкой по-
лосе частот, от 1,8 ГГц до 3 ГГц (по
уровню КЭ = 0,7). Антенна обеспечивает
полосу частот более 50%. Полученные
характеристики позволяют использовать
разработку, например, в качестве антен-
ны для Wi-Fi.
Библиографический список:
1.	J.-Y. Sze, J.-C. Wang, and С.-С.
Chang Axial-Ratio Bandwidth Enhancement
of Asymmetric CPW-fed Circularly-
Polarized Square Slot Antenna; - ELEC-
TRONICS LETTERS, 2008 Vol. 44, No. 18
2.	Jia-Yi Sze, Kin-Lu Wong, and
Chieh-Chin Huang Coplanar Waveguide-
Fed Square Slot Antenna for Broadband
-150
0.0
15.0
Circularly Polarized Radiation; - ELEC-
TRONICS LETTERS, 2013 Vol. 49, No. 16
3.	Jen-Yea Jan, Jia-Wei Su Bandwidth
Enhancement of a Printed Wide-Slot Anten-
na With a Rotated Slot; - IEEE Transactions
on Antennas and Propagation, 2005, Vol.
53, Issue 6, pp. 2111-2114
References:
1.	J.-Y. Sze, J.-C. Wang, and C.-C.
Chang Axial-Ratio Bandwidth Enhancement
of Asymmetric CPW-fed Circularly-
Polarized Square Slot Antenna; - ELEC-
TRONICS LETTERS, 2008 Vol. 44, No. 18
2.	Jia-Yi Sze, Kin-Lu Wong, and
Chieh-Chin Huang Coplanar Waveguide-
Fed Square Slot Antenna for Broadband
Circularly Polarized Radiation; - ELEC-
TRONICS LETTERS, 2013 Vol. 49, No. 16
3.	Jen-Yea Jan, Jia-Wei Su Bandwidth
Enhancement of a Printed Wide-Slot Anten-
na With a Rotated Slot; - IEEE Transactions
on Antennas and Propagation, 2005, Vol.
53, Issue 6, pp. 2111-2114
210

MODELING OF BROADBAND CIRCULARLY POLARIZED PRINTED
SLOT ANTENNA
©2015 A.V. Lepunov1, A.V. Kantyshev1, LV. Romanov2
1 JSC Academician M.F. Reshetnev Information Satellite Systems, Zheleznogorsk
2 National Research Tomsk State University, Tomsk
A CPW-fed broadband circularly polarized printed slot antenna is proposed, fabricated and tested. The article
reviewed type of antenna obtains the broadband performances by rotating square slot. Measured results show that
the 0,7 axial-ratio bandwidth of the proposed antenna can reach more than 50%. The antenna has simple coplanar
geometry which can be easily fabricated.
Key words: Parametric study, computer modeling, printed slot antenna, circular polarization
Информация об авторах:
Лепунов Артем Валерьевич, аспирант кафедры радиотехники Института Инженер-
ной Физики и Радиоэлектроники Сибирского Федерального Университета, инженер-
электроник 2 категории АО «Информационные спутниковые системы имени академика
М.Ф. Решетнева», 662972, Россия, Красноярский край, г. Железногорск, ул. Ленина 52,
tyomich rtf@mail.ru.
Область научных интересов: микрополосковые антенны, печатные схемы
Кантышев Алексей Валентинович, аспирант кафедры радиотехники Института
Инженерной Физики и Радиоэлектроники Сибирского Федерального Университета, ин-
женер-конструктор 2 категории АО «Информационные спутниковые системы имени ака-
демика М.Ф. Решетнева», 662972, Россия, Красноярский край, г. Железногорск,
ул. Ленина 52, т. 8 (3919) 73-69-92, kantAV@iss-reshetnev.ru., kantAV@sibmail.com.
Область научных интересов: моделирование антенно-фидерных устройств, микро-
полосковые антенны, частотно-избирательные поверхности, распространение радиоволн.
Романов Илья Владимирович, к.ф.-м.н., младший научный сотрудник, Националь-
ный исследовательский Томский Государственный Университет, 634041, Россия, г. Томск,
ул. Ленина 36, т. 8-913-818-2352, drsuvar@gmail.com.
Область научных интересов: распространение радиоволн, прикладная нелинейная
динамика.
Lepunov Artem Valerievich, post-graduate student of chair of radioengineering of Sibe-
rian Federal University, electronic engineer, JSC Academician M.F. Reshetnev Information Sat-
ellite Systems, 662972, Russia, Krasnoyarsk region, Zheleznogorsk, Lenina street. 52,
tyomich rtf@mail.ru.
Area of research: microstrip antennas, printed circuit.
Kantyshev Alexey Valentinovich, post-graduate student of radioengineering chair of Si-
berian Federal University (Institute of Engineering Physics and Radioelectronic), engineer-
designer, JSC Academician M.F. Reshetnev Information Satellite Systems, 662972, Russia,
Krasnoyarsk region, Zheleznogorsk, Lenina street. 52,	8	(3919)	73-69-92,
kantAV@iss-reshetnev.ru., kantAV@sibmail.com.
Area of research: modeling of antenna-feed devices, microstrip antennas, frequency-
selective surfaces, propagation of radiowaves.
Romanov Ilia Vladimirovich, Candidate of Physic-Mathematical Sciences, Research As-
sistant, National Research Tomsk State University, 634041, Russia, Tomsk, Lenina street. 36,
8-913-818-2352, drsuvar@gmail.com.
Area of research: propagation of radiowaves, applied nonlinear dynamics.
211

УДК 533.9.01
ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОЙ ЧАСТОТЫ МИКРОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
ДЛЯ КОСМИЧЕСКОЙ РЕГИСТРАЦИИ МИКРОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
АТМОСФЕРНЫХ ИСТОЧНИКОВ
©2015 К.С. Мозгов1, В.Ф. Федоров2
'ОАО «Научно-производственная корпорация «Системы прецизионного
приборостроения» (ОАО «НПК «СПП»), г. Москва
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
(НИЯУ МИФИ), г. Москва
Рассмотрена проблема выбора оптимального спектрального диапазона для космической регистрации
электромагнитного излучения мощных атмосферных источников, в том числе молниевых разрядов и источ-
ников с асимметричным выбросом гамма-квантов. Учитывались следующие факторы: особенности микро-
волнового сигнала от атмосферных источников; ослабление сигнала при распространении в атмосфере Зем-
ли; ослабление сигнала при прохождении через ионосферу; уровень и спектральное распределение есте-
ственных шумов и искусственных помех. Показано, что рабочую частоту радиометрического комплекса для
регистрации микроволновых сигналов на космических аппаратах целесообразно выбрать в диапазоне частот
1 - 10 ГГц.
Ключевые слова: микроволновое излучение, поглощение и рассеяние электромагнитного излучения,
атмосфера Земли, космический аппарат.
Механизмы генерации мощными
атмосферными источниками когерентно-
го микроволнового излучения подробно
рассмотрены в работах [1-3]. В есте-
ственных условиях когерентное микро-
волновое излучение возникает, в частно-
сти, на начальной стадии возвратного
удара молнии, при наличии асимметрии
вылета длиннопробежного излучения ат-
мосферного взрыва, при возникновении
двойного источника гамма-квантов.
При выборе оптимальной рабочей
частоты приемника для регистрации из-
лучения на борту космического аппарата
следует принять во внимание следующие
основные факторы: характерные особен-
ности микроволнового сигнала от атмо-
сферных источников; ослабление сигнала
на трассе при распространении в атмо-
сфере Земли; ослабление и трансформа-
ция сигнала при прохождении через
ионосферу; уровень и спектральное рас-
пределение естественных шумов и искус-
ственных помех; возможность работы
совместно с другими радиослужбами си-
стем связи при допустимых значениях
радиопомех.
Земная атмосфера почти полностью
прозрачна для электромагнитного излу-
чения лишь в нескольких узких спек-
тральных интервалах: видимом и ближ-
нем инфракрасном (длина волны
0,4-1,2 мкм); тепловом инфракрасном
(3 - 5 мкм и 8-13 мкм, причем область
до 8 мкм состоит из ряда узких полос
пропускания); в радиодиапазоне 1 мм -
30 м.
В области миллиметровых длин
волн ослабление излучения зависит от
влажности атмосферы и определяется
полосами поглощения НрЭ, а также О2. В
отдельных полосах поглощение достига-
ет 100 дБ. На Рис. 1 приведены кривые
ослабления излучения в атмосфере aa (р),
где по оси абсцисс отложена величина
ослабления. Угол возвышения /3 характе-
ризует длину пути излучения в атмосфе-
ре.
Известно, что через ионосферу про-
ходит электромагнитное излучение с ча-
стотами, превышающими критическую
частоту. Если частота превышает
100 МГц, то ослаблением при прохожде-
нии через ионосферу можно пренебречь.
Ослабление электромагнитного излуче-
ния в тропосфере, в основном, определя-
ется кислородом, водяным паром, озоном
и углекислым газом. Кислородом опреде-
ляется основная доля поглощения в
длинноволновой части сантиметрового
212

диапазона волн. Ослабление в коротко-
волновой области сантиметрового диапа-
зона и во всем миллиметровом диапазоне
связано с молекулярным поглощением
водяных паров. Гидрометеообразования
(осадки, туман, облака) вызывают ослаб-
ление электромагнитных волн с длиной
волны меньше 3 см. Таким образом,
ослаблением излучения с частотами ниже
10 ГГц на трассе можно пренебречь.
Рассмотрим уровень и спектральное
распределение естественных шумов в
микроволновом диапазоне. На Рис. 2 по-
казаны зависимости эквивалентной тем-
пературы атмосферы, приведенной к ан-
тенне Т}а, от частоты/и угла возвышения
р. На этом же графике показаны пример-
ные пределы изменения эквивалентной
температуры космических шумов 7^..
Тепловое радиоизлучение поверх-
ности и атмосферы Земли оценивается
эффективной шумовой температурой,
равной примерно 300 К. Другие космиче-
ские помехи, которые могут попасть в
поле зрения приемника, имеют большую
величину на частотах, меньших 0,1 ГГц.
Таким образом, в диапазоне частот от 1 -
10 ГГц (длины волн 30-3 см) поглоще-
ние микроволнового излучения и внеш-
ние помехи оказываются наименьшими.
Спектральная интенсивность
электромагнитного сигнала в
микроволновом диапазоне для мощных
атмосферных источников существенно
определяется	пространственно-
временной функцией излучающего тока
электронов и убывает с ростом частоты
по квадратичному закону. Используем
модель тока электронов для начальных
моментов времени после взрыва из работ
[4-6]. Пусть в окружающей точечный
источник среде распространяются
мгновенные гамма-кванты, имеющие
малую асимметрию вылета. Под
действием выбитых быстрых
комптоновских электронов отдачи
происходит ионизация среды, причем
процесс ионизации среды в данной точке
отстает по времени от момента
прохождения фронта гамма-импульса
примерно на время торможения быстрого
электрона, составляющее ~10 нс. Число
вторичных электронов, возникающих при
торможении даже мгновенного импульса
быстрых электронов, согласно данным
работы [7], возрастает со временем по
линейному закону приблизительно в
течение первых 10 нс для электронов с
энергией порядка 1 МэВ. Вторичные
электроны термализуются и прилипают к
молекулам кислорода, образуя
отрицательные ионы примерно со
скоростью а = 1,1 • 108 с'1.
На основании результатов работы
[1] оценим спектральную мощность Pv
микроволнового излучения. В случае,
если выполняется соотношение
Д = с/(2Яусг)= 1, для максимальной
спектральной мощности Pv получаем
соотношение:
2е2 v2 £2£2a2/3N2
ЗЛу с2 (2лт)2+а2
(1)
Формула (1) записана в гауссовой
системе единиц. Учитем, что согласно [1]
<>7^4	(2)
Р 2Zyv
Подставляя соотношение (2) в (1),
получим оценку спектральной мощности
Pv микроволнового излучения:
44 gw
v Зс > (2лт)2+<z2
Полагая £Z = 106c-1, ^=10-1,
У=1,0ГГц, v = 3-107m/c, У = 3-1023
(соответствует энергии взрыва
W = 4,2 ТДж), (Ле /Лу) = 10-4 получаем
следующую оценку:
Pv = 5,8 -10 2 Вт/Гц	(4)
Оценим для такого источника
антенную температуру, которая связана
со спектральной интенсивностью
соотношением Ta = PvScff/Ълкг2, где к
— постоянная Больцмана. Для
эффективной площади приемной
антенны 5cff = 1 м2 и расстояния от
источника до приемника г = 20 000 км с
учетом оценки (4) получаем
Та ~ 4,2 • 105 К, что значительно
превышает эффективную шумовую тем-
213

пературу теплового радиоизлучения по-
верхности и атмосферы Земли, равную
примерно 300 К.
Таким образом, учитывая особенно-
сти генерации и распространения микро-
волнового излучения в атмосфере Земли,
а также спектральное распределение
естественных шумов в микроволновом
диапазоне, рабочую частоту радиометри-
ческого комплекса для регистрации мик-
роволновых сигналов на космических ап-
паратах целесообразно выбрать в диапа-
зоне частот 1 - 10 ГГц.
Рис. 2. Зависимость эквивалентной шумовой
температуры от частоты
Библиографический список:
1.	Микроволновое излучение ядер-
ного взрыва / В.Ф. Федоров, Ю.Б. Котов,
К.С. Мозгов, Т.А. Сеиенова. — М.: Либ-
роком, 2012. — 304 с.
2.	Генерация когерентного сверх-
высокочастотного излучения мощными
атмосферными источниками /
Ю.П. Вагин, К.С. Мозгов, Т.А. Семенова
и др. // Электромагнитные волны и элек-
тронные системы. — 2011. — № 3. — Т.
16, —С. 81-87.
3.	Сверхвысокочастотное тормоз-
ное излучение взрывов, сопровождаю-
щихся выбросом гамма-квантов / Ю.П.
Вагин, Ю.Б. Котов, К.С. Мозгов и др. //
Электромагнитные волны и электронные
системы. — 2011. — № 3. — Т. 16. — С.
75-80.
4.	Федоров В.Ф. Микроволновое
излучение, возбуждаемое в воздухе вы-
соко энергетичными нестационарными
источниками // Физические принципы
определения параметров состояния атмо-
сферы и океана: сб. науч. тр. —
№0186.0076148. — М.: Изд-во МИФИ,
1991, —С. 17-32.
5.	Федоров В.Ф. ЭМИ в микровол-
новом диапазоне, возбуждаемый асим-
метричным нестационарным источником
гамма-излучения // Изв. ВУЗ’ов. Радио-
физика. — 1991. — № 10, 11, 12, —Т. 34.
— С. 1116-1119.
6.	Федоров В.Ф. Микроволновое
излучение воздушной плазмы, образо-
ванной источником длиннопробежного
излучения: препринт МИФИ. 038-90. —
М.: Изд-во МИФИ, 1990. — 20 с.
7.	Вагин Ю.П., Сталь Н.Л., Хохлов
В.Д., Черноярский А.А. Электрофизиче-
ские и оптикофизические свойства воз-
духа, ионизированного коротким им-
пульсом быстрых электронов // Изв.
ВУЗ’ов Радиофизика. — 1987, — № 6. —
Т. 30. С. 720 - 728.
References:
1.	Microwave Radiation from the Nu-
clear Explosion / V.F. Fedorov, Y.B. Kotov,
K.S. Mozgov, Т/A/ Semenova. - M.: Libro-
com, 2012. - 304 pages.
214

2.	Coherent Micro wave Radiation
Generated by Strong Atmospheric Sources /
Yu.P. Vagin, K.S. Mozgov, T.A. Semenova,
V.F. Fedorov // Electromagnetic Waves and
Electronic. - 2011. - No 3. - V. 16. - p. 81 -
87.
3.	Micro wave Braking Radiation of
Explosions Accompanied by Gamma-
Quanta Ejection I Yu.P.Vagin, Yu.B. Kotov,
K.S. Mozgov, T.A. Semenova, V.F. Fedorov
// Electromagnetic Waves and Electronic. -
2011.-No 3.-V. 16.-p. 75-80.
4.	Microwave Radiation Excited in
Air by High-energy Nonstationary Sources /
V.F. Fedorov // Physical principles of at-
mosphere and ocean condition parameter
determination. - No 0186.0076148. — M.:
МЕРЫ publishing. - 1991. - p. 17 - 32.
5.	Electromagnetic Radiation in
Microwave Wave Band Excited by Asym-
metric Nonstationary Gamma-ray Source. /
V.F. Fedorov // Proceedings of High School.
Radiophysics. - 1991. - No 10, 11, 12. - V.
34,-p. 1116-1119.
6.	Microwave Radiation of the Air
Plasma Formed by the Source of Long-path
Radiation I V.F. Fedorov // M.: МЕРЫ pub-
lishing. - 1990 - 20 pages.
7.	Electro-physical and Optical- phys-
ical Properties of the Air Ionized by the
Short Pulse of Fast Electrons I Yu. P. Vagin,
N.L. Stal, V.D. Hohlov, A.A. Chemoyarsky
// Proceedings of High School. Radiophys-
ics. - 1987. - No 6. - V.30. - p. 720 - 728.
OPTIMAL OPERATION FREQUENCY OF MICROWAVE RADIATION FOR SPACE
BASED DETECTION OF MICROWAVE RADIATION FROM THE ATMOSPHERIC
SOURCES
©2015 K.S. Mozgov1, V.F. Fedorov2
1	Open Joint-stock Company “Research and production Corporation “Precision Systems
and Instruments” (OJC “RPC “PSI”), Moscow
2	National Research Nuclear University МЕРЫ (Moscow Engineering Physics Institute),
Moscow
The problem of optimal spectral range selection for space based detection of high-power electromagnetic ra-
diation from the atmospheric sources including radiation of lightning discharges and asymmetric gamma-ray quan-
tum ejection. The following factors have been taken into account: microwave signal features from the atmospheric
sources; signal attenuation during Earth atmosphere propagation; attenuation during ionosphere propagation; level
and spectral distribution of the natural noises and the artificial interference. It is revealed that operation frequency of
the radiometric system for space based microwave signal detection should be selected within the 1-10 GHz fre-
quency band
Keywords: microwave radiation, absorption and scattering of electromagnetic radiation, Earth atmosphere,
spacecraft.
Информация об авторах:
Мозгов Константин Сергеевич, к.ф.-м.н., начальник отдела ОАО «НПК «СПП»,
111024, Россия, г. Москва, ул. Авиамоторная, д. 53, т. (495) 673-45-35,
mks 150360@mail.ru.
Область научных интересов: электромагнитные излучения нестационарных высоко-
энергетических источников.
Федоров Виталий Федорович, д.ф.-м.н., профессор кафедры общей физики НИЯУ
МИФИ, 115409, г.Москва, Каширское шоссе, д. 31, т. (495) 788-56-99, доб. 90-38,
fvf48@yandex.ru.
Область научных интересов: электромагнитные излучения нестационарных высоко-
энергетических источников.
215

Mozgov Konstantin Sergeevich, Candidate of Physico-mathematical Sciences, head of
department, OJC «RPC «PSI», 53, Aviamotornaya str., Moscow, Russia, 111024, tel.: (495) 673-
45-35, mks 150360@mail.ru.
Area of research: electromagnetic radiation from nonstationary high-energy sources.
Fedorov Vitaly Fedorovich, Doctor of Physico-mathematical Sciences, Professor at the
Department of Physics, Moscow Engineering Physics Institute, 31 Kashirskoe Route Moscow
115409 Russian Federation, tel.: (495) 788-56-99, fvf48@yandex.ru.
Area of research: electromagnetic radiation from nonstationary high-energy sources.
216

УДК 535.8
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ КОСМИЧЕСКОГО ГИПЕРСПЕКТРОМЕТРА,
ОСНОВАННОГО НА СХЕМЕ ОФФНЕРА
©2015 Н.Л. Казанский, С.И. Харитонов, Л.Л. Досколович, А.В. Павельев
Институт систем обработки изображений РАН,
Самарский государственный аэрокосмический университет
имени академика С.П. Королёва
(национальный исследовательский университет) (СГАУ)
В статье рассмотрено моделирование гиперспектрометра, основанного на схеме Оффнера с дифракци-
онной решёткой, в рамках геометрооптического подхода. Показано, что при параметрах схемы, характерных
для аппаратуры космических аппаратов дистанционного зондирования Земли, геометрические аберрации яв-
ляются малыми по сравнению с размерами элементов используемых ПЗС-матриц. Получено интегральное
уравнение для восстановления спектральных компонент сигнала при наличии перекрытия спектров различных
порядков.
Ключевые слова: гиперспектрометр, схема Оффнера, дифракционная решётка, спектральные ком-
поненты изображения, трассировка лучей
Введение
Эффективность использования дан-
ных дистанционного зондирования Земли
(ДЗЗ) может быть существенно повышена
за счёт детального анализа информации на
разных длинах волн [1-2]. Для этого раз-
рабатываются малогабаритные изобража-
ющие гиперспектрометры, имеющие вы-
сокое пространственное и спектральное
разрешение. До появления гиперспектро-
метров спектры отражения и излучения
поверхности Земли мало использовались в
качестве идентификационных признаков,
хотя изучались десятки лет и были хорошо
известны. Это было связано с тем, что
авиационные спектрометры имели низкое
геометрическое разрешение, давали ин-
формацию только вдоль линии полёта и
позволяли судить о спектральных свой-
ствах лишь достаточно протяжённых объ-
ектов [3-5]. Появление гиперспектромет-
ров связано с развитием новых технологий
производства высокоразрешающих мат-
ричных приёмников и полихроматоров. В
состав гиперспектрометров входят система
формирования изображения наблюдаемой
области пространства и изображающий
спектрометр, который разлагает принятое
электромагнитное излучение в набор спек-
тральных полос. В результате гиперспек-
тральной съёмки формируется многомер-
ное пространственно-спектральное изоб-
ражение, в котором каждый элементарный
участок изображения, «пиксел», характе-
ризуется собственным спектром. Такое
изображение носит название «гиперспек-
трального куба» информации [6], два из-
мерения которого соответствуют про-
странственному изображению местности, а
третье - характеризует спектральные свой-
ства изображения. Спектральное разреше-
ние современных гиперспектрометров до-
стигает 1,8-2,0 нм [7] и обеспечивает по-
строение спектральных характеристик
подстилающей поверхности, определяемой
мгновенным полем зрения прибора.
Для решения конкретных задач ис-
пользуются гиперспектрометры различ-
ных типов - дисперсионные, фильтровые
и интерференционные. В качестве дис-
пергирующего элемента в спектрометре
может использоваться как призма [8, 9],
так и дифракционная решётка [10]. Оче-
видным преимуществом дифракционной
решётки по сравнению с призмой являет-
ся компактность. Изображающие спек-
трометры, содержащие в качестве дис-
пергирующего элемента дифракционную
решётку, как правило, основаны на кон-
фигурации Оффнера [11-13]. В работе
рассмотрено моделирование гиперспек-
трометра, основанного на схеме Оффне-
217

ра, в рамках геометрической оптики,
проведено сравнение величины геомет-
рических аберраций и характерного раз-
мера ячеек ПЗС-матрицы, получено инте-
гральное уравнение для восстановления
спектра излучения в случае наложения в
фокальной плоскости спектров различ-
ных порядков. Для облегчения понима-
ния мы повторили часть предваритель-
ных материалов, представленных в рабо-
те [10]. В [10] изложен общий подход к
расчёту оптических схем, содержащих
дифракционные оптические элементы на
криволинейной поверхности. В данной
работе общий подход адаптирован для
расчёта и моделирования оптической
схемы с дифракционной решёткой на
сферической поверхности.
1. Постановка задачи
Для того чтобы сформировать гипер-
спектральный куб [6], изображения, полу-
ченные с помощью гиперспектральной ап-
паратуры, необходимо подвергнуть проце-
дурам обработки и фильтрации. Для этого
необходимо знание аппаратных функций
различного уровня, в частности, функции
рассеяния точки. В случае гиперспектраль-
ной аппаратуры точка на изображении
превращается в линию, каждая точка кото-
рой содержит информацию о спектральной
характеристи ке.
Для того чтобы рассчитать распре-
деление интенсивности в области фоку-
сировки, необходимо найти ход лучей в
оптической системе. Гиперспектрометр
состоит из телескопической части и ги-
перспектрального блока (рис. 1). Методы
расчёта телескопической части описаны в
работе [14].
Гиперспектральный блок аппарата
ДЗЗ, основанного на схеме Оффнера, со-
стоит из трёх зеркал, входной щели и де-
тектора в плоскости изображения. Вход-
ная щель расположена таким образом,
что плоскость, проходящая через неё и
центры кривизны зеркал, перпендику-
лярна к оси z и перпендикулярна плоско-
сти рисунка. Первое и третье зеркала
имеют радиус кривизны R, второе зерка-
ло имеет радиус кривизны R/2. Иногда
конструктивно первое и третье зеркала
выполнены в виде одного зеркала
(рис. 1). Луч выходит из источника пада-
ет на первое зеркало Ml, отражается и
падает на дифракционную решётку, рас-
положенную на втором выпуклом сфери-
ческом зеркале М2. Далее, отражаясь от
третьего зеркала М3, приходит в плос-
кость регистрации. Моделирование опи-
санного гиперспектрального блока явля-
ется предметом настоящей работы.
Рис. 1. Ход лучей в оптической системе
Математический аппарат,
используемый при моделировании
работы гиперспектрометра в рамках
геометрической оптики
Пересечение- луча с первой сферой
Рассмотрим отражение луча от сфе-
рической поверхности. Пусть вектор ц»
определяет положение точки на щели.
Уравнение исходящего луча имеет вид:
r = r„+s0Z,	(1)
где So - единичный вектор луча, / - длина
пути вдоль луча. Точка пересечения луча
с первой сферой радиуса определяется из
квадратного уравнения:
(r0+s0/0)* 2 *-/?2 =0.	(2)
Решая его, получаем положитель-
ный корень:
—(*о)	— (*0 ’ )•	(3)
Тогда точка пересечения луча с
первой сферой имеет вид:
rI=ro+so4>-	(4)
Закон отражения в векторном виде
можно представить следующим образом:
s, =s0-2n(s0,n),	(5)
218

где n - единичный вектор нормали к сфе-
ре в точке падения луча.
1.1.1.1 Пересечение луча со второй
сферой
После отражения от первой сферы
луч падает на вторую сферу и отражается
от неё. Точка пересечения луча со второй
сферой, на которую нанесена дифракци-
онная решётка, может быть получена в
виде:
r2=ri+* Sl/H	(6)
где
/, = -7(«'|,sl)2-(r,)2 + (/?/2)2 —(г, ,s,).	(7)
Пусть t - единичный вектор вдоль
направления штрихов дифракционной
решётки, п - вектор, перпендикулярный
плоскости решётки, b - перпендикуляр-
ный вектору направления штрихов. Раз-
ложение падающего вектора si в (6) по
трём базисным векторам, определённым
в каждой конкретной точке сферы, имеет
вид:
s, =.y,t+.vAb + .s-„n.	(8)
Направляющий вектор луча, отра-
жённого от решётки, имеет вид:
s„ = .v,t + | s, +—т |b-.|l -.v; -( s, +—m | n, (9)
m I	/> i	л!	f I ’’ i	z
\ d )	\ у d J
где X - длина волны, m - порядок ди-
фракционного максимума, d - период
решётки.
Вектора локального базиса (t, b, п) в
точке r2 =(rx,rt„r:)r в (6) несложно полу-
чить в виде:
n = r2 =(r,,r,.,r)r,	(10)
t = [nxx] = (0,r,-r1.)/,	(11)
b = [nx[nxx]J = (—г2 — r? ,rxrv,t\r. )T,	(12)
где x = (1,0,0)' - вектор, перпендикуляр-
ный проекции штрихов дифракционной
решётки на плоскость регистратора. Для
получения ортонормированного базиса
нормируем полученные вектора. Тогда
компоненты направляющего вектора па-
дающего луча на вторую сферическую
поверхность в новом базисе примут вид:
s, = (s,,t), s„ = (s,,b), s„ = (s,,n).	(13)
Имея коэффициенты разложения
(13), представим направляющий вектор
отражённого луча (9) в виде:
s = (s..OI + (s..b)b + — »ib--(s.,b)J -2(s.,b)—
,/ V	./ d
Согласно (14), направление отра-
жённого луча зависит от номера т ди-
фракционного порядка, что и использует-
ся для спектрального анализа данных в
гиперспектральной аппаратуре.
Пересечениелуча с третьей сферой
Уравнение отражённого от второй
сферы луча имеет вид:
r = r2+sra/.	(15)
Аналогично с пунктом 1, получаем
точку пересечения луча с третьим зерка-
лом:
r3=r2+Sm/2>	(I6)
где
l2 =7(r2’Sm)2-(r2)2 + /?2 -(r2,Sm)'	(17)
При этом направляющий вектор лу-
ча, отражённого от большей сферы, со-
гласно (5), имеет вид:
s, =s„ -2n(s„,n),
где n - вектор нормали к сфере в точке пе-
ресечения луча.
1.1.1.2 Пересечение луча с
выходной плоскостью
Уравнение отражённого луча имеет
вид:
r = r3+s3/.	(18)
Выражение для точки пересечения
этого луча с плоскостью приёмника
представляется в виде:
rout = Г3 +М.З >
где
I (r3’Z)
(S3’Z) ’
Вычисление освеифнности в рамках гет
метрооптического подхода
Распределение освещённости в
плоскости детектора, формируемой точ-
кой щели, можно представить в виде [15]:
К(х,у) = |/(0.<p;«,v)S(.r-.r(0,<p).у — y(0,<p))sin(0)d0d<p.	(21)
где (х,у) - координаты в плоскости детек-
тора, S(x,y) - дельта-функция Дирака,
функции х(0,<р) и v(0,<p) определяют ко-
ординаты точки прихода луча в плос-
кость изображения в зависимости от сфе-
рических координат (0,ф) исходящего
луча из точки (u,v) щели. Интегрирование
производится по сфере S’ единичного ра-
диуса с центром в точке (г/,у). Функция
/(0, ф;к, у) соответствует интенсивности
219

точки щели. При расчётах дельта-
функция Дирака заменяется следующей
аппроксимацией [16]:
5(х, у) =----7ехр
2ло"
-(т2+т2)
2<г
(22)
Для расчёта освещённости с учётом
нескольких дифракционных порядков
применяем следующую модификацию
формулы (21):
Л'(л, г) = £(\]7(0.<р;и.г)6(л -л(0.<р), г- >(0.<p))sin(0)d0d<p, (^3)
где С,„ - интенсивности дифракци-
онных порядков решётки.
1.1.2	3. Расчёт формирования
изображения в схеме Оффнера с дифрак-
ционной решёткой. Моделирование ис-
кажений
Схема Оффнера, использованная
для моделирования, приведена на рис. 1.
В левой части схемы располагается теле-
скопический блок с фокусным расстоя-
нием 300 мм. В правой части располага-
ется блок с двумя сферическими зерка-
лами Ml и М2, имеющими радиусы -
159,6 мм и -80,6 мм соответственно. На
зеркало М2 нанесена дифракционная ре-
шётка с частотой штрихов 30 линий на
1 мм. Изображение регистрируется в
плоскости детектора D. Параметры, при-
нятые при данном моделировании, соот-
ветствуют планируемым параметрам ги-
перспектрального блока проектируемого
ИСОИ РАН совместно с АО «РКЦ-
Прогресс» малого космического аппарата
ДЗЗ.
На рис. 2 приведены результаты мо-
делирования геометрических аберраций
[17] такой схемы с использованием про-
граммного продукта, реализующего мате-
матическую модель, предложенную в п. 2
данной статьи.
Рис. 2. Зависимость средне-квадратичного отклонения точки изображения от координаты на щели: для нулево-
го дифракционного порядка (а); для первого дифракционного порядка (б); для второго дифракционного поряд-
ка (в)
Графики на рис. 2 получены для ще-
ли длиной 12 мм, расположенной на рас-
стоянии 25 мм от оси симметрии полу-
сфер. Щель сонаправлена со штрихами
дифракционной решётки. По оси ординат
откладывается координата точки на щели,
по оси абсцисс - среднеквадратичное от-
клонение координаты в плоскости приём-
ника от параксиального изображения точ-
ки щели. Угол раствора конуса лучей, вы-
220

ходящих из точки, расположенной на ще-
ли, полагался равным 15°.
Графики на рис. 2 соответствуют
нулевому, первому и второму порядкам
дифракции, наблюдаемым на расстояни-
ях 25 мм, 23,31 мм и 21,61 мм соответ-
ственно. Негладкий характер графиков
обусловлен случайным алгоритмом гене-
рации лучей для трассировки, обеспечи-
вающим равномерность распределения
лучей по площади сферы.
Как видно из приведённых графи-
ков, среднеквадратичное отклонение лу-
чей (геометрические аберрации) не пре-
вышает 3,5 мкм, что в несколько раз
меньше линейного размера элемента
чувствительной матрицы, который для
подобных аппаратов составляет 10-
13 мкм [18]. Это означает, что в рамках
геометрической оптики схема Оффнера
при вышеуказанных параметрах имеет
аберрации, которые малы по сравнению с
размером ячейки ПЗС-матрицы.
4. Моделирование формирования
изображения с учётом дифракцион-
ных порядков
В предыдущем разделе было полу-
чено, что аберрации, возникающие в схе-
ме Оффнера, малы, и поэтому данную
систему можно считать дифракционно-
ограниченной. Рассмотрим простейшую
модель формирования изображений с
учётом дифракционных порядков. Рас-
смотрим одну точку щели с координата-
ми (m,v). В плоскости регистратора эта
точка в каждом порядке дифракции пре-
образуется в линию (спектр) с распреде-
лением освещённости:
С (•'• у."• Э = А>(«, ЭФт (* - « - " (С'«). у - v), (24)
где /о(м,г) - интенсивность точки щели с
координатами (u,v), т - номер порядка
дифракции, Ф„,(х,у) - функция рассеяния
точки, а (Х,/и) - смещение изображения в
зависимости от номера порядка и длины
волны. Изображения различных порядков
в плоскости регистратора накладываются
друг на друга, и в результате одна точка
щели формирует в плоскости регистрато-
ра распределение освещённости:
/(.Г. Г.И.у) = X А, ("' )С, ф,„ ( ' - 11	V- >’).	(25)
где коэффициенты Ст соответствуют ин-
тенсивностям дифракционных порядков
и зависят от длины волны. Методы рас-
чёта коэффициентов Ст описаны в рабо-
те [19].
Приближённое выражение для
функции а (Х,т) имеет вид:
a(k,m) - акт,	(26)
где а - коэффициент, определяемый пе-
риодом дифракционной решётки и пара-
метрами оптической схемы.
Если на входе гиперспектрометра
имеем изображение, то в плоскости изоб-
ражения формируется распределение
освещённости вида:
=	(22)
В случае, когда входная щель выре-
зает из входного изображения одну ли-
нию, распределение (27) принимает вид:
'М =	ф™ (•<-«*'«.>-.)drdx.	(28)
При этом область, занимаемая
изображением в плоскости регистратора,
имеет вид:
х е I	i i	 •	(29)
уе|-£/2,£/2|,
где Х,ш„, ктах - минимальная и максималь-
ная длина волны, Мтах - максимальный
номер рассматриваемого порядка ди-
фракции.
Рассмотрим случай идеальной опти-
ческой системы, для которой точка в
окрестности щели переходит в точку в
плоскости регистратора. Функция рассея-
ния точки в этом случае является дельта-
функцией:
фга U, у) =	(3°)
При условии (30) выражение (28)
принимает вид:
= ZfI J A„(X,v)A’„8(.r-aX»>,r-v)dvdX.	(31)
Вычисляя интеграл (31) с учётом
свойств дельта - функции, получим вы-
ражение для освещённости в области ре-
гистратора в виде:
Ст ( Y \
= — 7о — ’У •	(32)
mtnam \ат )
Отметим, что полученное выраже-
ние (32) аналогично выражению, полу-
ченному в работе [20]. При учёте только
первого и второго порядков дифракции
выражение для освещённости (32) при-
нимает вид:
221

l(x, v) = Cl/llf—,й + С,/(1(-^,Д	(33)
(а )	(2а )
При этом первый и второй порядки
занимают области:
< х < аХ„„„, 2аХ„„„ < х < 2аХ„шл,	(34)
а перекрытие порядков происходит
при 2аХ„„„ <х<аХ„„„.
5. Коррекция гиперспектрального
изображения с учётом дифракцион-
ных порядков
В работе [21] предложено для ком-
пенсации эффекта наложения порядков
использовать специальные спектральные
фильтры. Однако эти фильтры сложны
для изготовления. В работе [20] был рас-
смотрен алгоритм восстановления гипер-
спектрального изображения с учётом
наложения различных порядков дифрак-
ции, позволяющий исключить указанные
фильтры. В данном пункте рассмотрим
алгоритм, учитывающий искажения опти-
ческой системы, в том числе конечные
размеры функции рассеяния точки [14].
Интенсивность в плоскости реги-
стратора имеет вид (28). Сделаем замену
переменных = В случае, когда
функция рассеяния точки не зависит от
длины волны и порядка дифракции, по-
лучим:
1 (*•»’) = f\	-Ш)ф(* -v- v)dvd^, (35)
где
d-Ы	(36)
,,„0 т \т )
Функция Л(^) может быть опреде-
лена из решения интегрального уравне-
ния (35). Далее, для восстановления
/о(Х,у) можно использовать алгоритм,
рассмотренный в работе [20].
Заключение
В работе на основе геометрооптиче-
ского подхода получены конкретные
формулы для моделирования гиперспек-
трометра, основанного на схеме Оффнера
с дифракционной решёткой. Показано, что
при геометрических параметрах спектро-
метра, характерных для космических ап-
паратов ДЗЗ, геометрические аберрации
меньше, чем размеры пиксела используе-
мых ПЗС-матриц. Получено интегральное
уравнение для восстановления спектраль-
ных компонент сигнала с учётом пере-
крытия спектров различных порядков.
Благодарности
Работа выполнена при поддержке
Министерства образования и науки РФ и
Российского фонда фундаментальных
исследований (проекты № 13-07-12181-
офи-м и № 14-07-97008-р).
Библиографический список:
1.	Журавель, Ю.Н. Особенности
обработки гиперспектральных данных
дистанционного зондирования при реше-
нии задач мониторинга окружающей сре-
ды / Ю.Н. Журавель, А.А. Федосеев //
Компьютерная оптика. - 2013. - Т. 37,
№4.-С. 471-476.
2.	Mouroulis, Р. Optical design of а
compact imaging spectrometer for planetary
mineralogy / P. Mouroulis, R.G. Sellar,
D.W. Wilson // Optical Engineering. - 2007.
- Vol. 46, Issue 6 - P. 063001-1-9.
3.	Rickard, L.J. HYDICE: An air-
borne system for hyperspectral imaging /
L.J. Rickard [et al.] // Optical Engineering
and Photonics in Aerospace Sensing. -
1993.-P. 173-179.
4.	Oskotsky, M. Airborne hyperspec-
tral imaging system / M. Oskotsky,
M.J. Russo, Jr. // Patent No.
US 7944559 B2. Date of Publication
17.05.2011.
5.	Prieto-Blanco, X. Off-plane anas-
tigmatic imaging in Offner spectrometers /
X. Prieto-Blanco, H. Gonzalez-Nunez, R. de
la Fuente // Journal of the Optical Society of
America A. - 2011. - Vol. 28, Issue 11.-
P. 2332-2339.
6.	Зимичев, E.A. Пространственная
классификация гиперспектральных изоб-
ражений с использованием метода класте-
ризации k-means++ / Е.А. Зимичев,
H.JI. Казанский, П.Г. Серафимович // Ком-
пьютерная оптика. - 2014. - Т. 38, №2. -
С. 281-286.
7.	Mouroulis, Р. Convex grating types
for concentric imaging spectrometers /
P. Mouroulis, D.W. Wilson, P.D. Maker,
R.E. Muller // Applied Optics. - 1998. -
Vol. 37, Issue 31. - P. 7200-7208.
8.	Казанский, Н.Д. Моделирование
гиперспектрометра на спектральных
фильтрах с линейно-изменяющимися па-
раметрами / Н.Л. Казанский,
222

С.И. Харитонов,	С.Н. Хонина,
С.Г. Болотовский, Ю.С. Стрелков // Ком-
пьютерная оптика. - 2014. - Т. 38, № 2. -
С. 256-270.
9.	Казанский, Н.Л. Моделирование
гиперспектрометра на спектральных
фильтрах с линейно-изменяющимися па-
раметрами с использованием векторных
Бесселевых пучков / Н.Л. Казанский,
С.И. Харитонов, С.Н. Хонина // Компь-
ютерная оптика. - 2014. - Т. 38, № 4. -
С. 770-776.
10.	Казанский, Н.Л. Моделирова-
ние работы гиперспектрометра, основан-
ного на схеме Оффнера, в рамках геомет-
рической оптики / Н.Л. Казанский,
С.И. Харитонов,	А.В. Карсаков,
С.Н. Хонина // Компьютерная оптика. -
2014. - Т. 38, № 2. - С. 271-280.
11.	Chrisp, М.Р. Convex diffraction
grating imaging spectrometer И Patent No.
US 5880834 A. Date of Publication
9.03.1999.
12.	Reininger, F.M. Imaging spec-
trometer/camera having convex grating //
Patent No. US 6100974 A. Date of Publica-
tion 8.08.2000.
13.	Offner, A. An : 1.0 Camera for As-
tronomical Spectroscopy / A. Offner,
W.B. Decker // Journal of the Optical
Society of America. - 1951. - Vol. 41. -
P. 169-169.
14.	Казанский, Н.Л. Математиче-
ское моделирование оптических систем /
Н.Л. Казанский. - Самара: СГАУ, 2005. -
240 с.
15.	Doskolovich, L.L. Design of re-
fractive spline surface for generating re-
quired irradiance distribution with large an-
gular dimension / L.L. Doskolovich,
M.A. Moiseev // Journal of Modem Optics.
- 2010. - Vol. 57(7). - P. 536-544.
16.	Владимиров, B.C. Уравнения ма-
тематической физики / B.C. Владимиров. -
M.: Наука, 1981.-512 с.
17.	Gonzalez-Nunez, Н. Pupil aberra-
tions in Offner spectrometers / H. Gonzalez-
Niinez, X. Prieto-Blanco, R. de la Fuente //
Journal of the Optical Society of America A.
- 2012. - Vol. 29, Issue 4. - P. 442-449.
18.	Lee, J.H. A very compact imaging
spectrometer for the micro-satellite STSAT3
/ Jun Ho Lee, Kyung In Kang, Jong Ho Park
// International Journal of Remote Sensing. -
2011. - Vol. 32, Issue 14. - P. 3935-3946.
19.	Дифракционная компьютерная
оптика I Д.Л. Головашкин,
Л.Л. Досколович, Н.Л. Казанский,
В.В. Котляр,	В.С. Павельев,
Р.В. Скиданов, В.А. Сойфер, С.Н. Хо-
нина; под ред. В.А. Сойфера. - М.: Физ-
матлит, 2007. - 736 с.
20.	Досколович, Л.Л. О коррекции
эффекта перекрытия дифракционных по-
рядков в спектрометре на основе схемы
Оффнера / Л.Л. Досколович, Е.А. Безус,
Д.А. Быков // Компьютерная оптика. -
2014. - Т. 38, № 4. - С. 777-781.
21.	Norton, A. Diffraction order sorting
filter for optical metrology / A. Norton,
H. Tuitje, F. Stanke // Patent No.
US 8107073 B2. Date of Publication
31.01.2012.
223

MODELING THE PERFORMANCE OF A SPACEBORNE HYPERSPECTROMETER
BASED ON THE OFFNER SCHEME
©2015 N.L. Kazanskiy, S.L Kharitonov, L.L. Doskolovich, A.V. Pavelyev
Image Processing Systems Institute, Russian Academy of Sciences,
Samara State Aerospace University
This article deals with modeling of a hyperspectrometer based on the Offner scheme within geometric optics.
We show that at a certain set of parameters, the geometric aberrations are small compared with the size of a conven-
tional CCD matrix sensor. An integral equation for the reconstruction of spectral components of the signal under the
overlapping of spectral orders is derived.
Keywords: hyperspectrometer, Offner scheme, dispersing element, spectral components of an image, ray tracing.
Информация об авторах:
Казанский Николай Львович, 1958 года рождения. В 1981 году с отличием окончил
Куйбышевский авиационный институт (КуАИ, ныне - Самарский государственный аэро-
космический университет имени академика С.П. Королёва (национальный исследовательский
университет) - СГАУ) по специальности «Прикладная математика». Доктор физико-
математических наук (1996 год), профессор, работает заместителем директора по научной
работе и заведующим лабораторией дифракционной оптики Института систем обработки
изображений РАН (ИСОИ РАН), профессором кафедры технической кибернетики СГАУ.
Ведущий научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории прорывных технологий
дистанционного зондирования Земли в СГАУ, заведующий базовой (СГАУ в ИСОИ РАН)
кафедрой высокопроизводительных вычислений. Является членом международных научных
обществ SPIE и IAPR. Н.Л. Казанский - специалист в области дифракционной оптики, мате-
матического моделирования, обработки изображений и нанофотоники. В списке научных ра-
бот Н.Л. Казанского 240 статей, 10 монографий, 46 авторских свидетельств и патентов.
Страница в интернете: http://www.ipsi.smr.ru./staff/kazansky.htm.
E-mail: kazansky@smr.ru.
Nikolay Lvovich Kazanskiy (b. 1958) graduated with honours (1981) from S. P. Koroly-
ov Kuibyshev Aviation Institute (presently, S. P. Korolyov Samara State Aerospace University
(SSAU)), majoring in Applied Mathematics. He received his Candidate in Physics & Maths
(1988) and Doctor in Physics & Maths (1996) degrees from Samara State Aerospace University.
He is the vice-director for research and the head of Diffractive Optics laboratory at the Samara
Image Processing Systems Institute of the Russian Academy of Sciences (IPSI RAS), holding a
part-time position of professor at SSAU’s Technical Cybernetics sub-department. Leading re-
searcher at the Breakthrough Technologies for Earth's Remote Sensing laboratory in S.P. Korolyov
Samara State Aerospace University (National Research University), holding the chair of SSAU’s
base sub-department of High-Performance Computing at IPSI RAS. He is a SPIE- and IAPR-
member. He is co-author of 240 scientific papers, 7 monographs, and 35 inventions and patents.
His current research interests include diffractive optics, mathematical modeling, image pro-
cessing, and nanophotonics.
Харитонов Сергей Иванович, доктор физико-математических наук, ведущий
научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории прорывных технологий ди-
станционного зондирования Земли в СГАУ, ведущий научный сотрудник лаборатории
дифракционной оптики Института систем обработки изображений РАН. 1984 г. - окон-
чил физический факультет Самарского государственного университета. 1993 г. - защитил
кандидатскую диссертацию на тему «Асимптотические методы дифракционного расчёта
фокусаторов лазерного излучения». 2010 г. - защитил докторскую диссертацию на тему
«Асимптотические методы расчёта дифракции когерентного электромагнитного излуче-
ния на дифракционных оптических элементах». Область научных интересов: дифракци-
224

онная, квантовая оптика, физика плазмы. В списке научных работ С.И. Харитонова 87
статей, 5 авторских свидетельств и патентов.
E-mail: prognoz2007@gmail.com.
Sergey Ivanovich Kharitonov, leading researcher of Diffractive Optics laboratory of the Im-
age Processing Systems Institute of RAS, leading researcher at the Breakthrough Technologies for
Earth's Remote Sensing laboratory in S.P. Korolyov Samara State Aerospace University (National
Research University). Doctor of Physical and Mathematical Sciences. 1984 - graduated from Phys-
ics department of Samara State University. 1993 - defended his dissertation "Asymptotic methods of
calculation of the diffraction of laser radiation Focuser". 2010 - defended his doctoral thesis on "As-
ymptotic methods for calculating the diffraction of coherent electromagnetic radiation in diffractive
optical elements". Research interests: diffraction, quantum optics, plasma physics. The list of scien-
tific papers S.I. Kharitonov's 87 articles, 5 patents.
Досколович Леонид Леонидович в 1989 году с отличием окончил Куйбышевский
авиационный институт (КуАИ, ныне - Самарский государственный аэрокосмический уни-
верситет имени академика С.П. Королёва, СГАУ) по специальности «Прикладная матема-
тика». Доктор физико-математических наук (2001 год), профессор, работает главным науч-
ным сотрудником лаборатории дифракционной оптики Института систем обработки изоб-
ражений РАН (ИСОИ РАН), профессором кафедры технической кибернетики СГАУ и ве-
дущим научным сотрудником научно-исследовательской лаборатории прорывных техноло-
гий дистанционного зондирования Земли СГАУ. Специалист в области дифракционной оп-
тики, лазерных информационных технологий, нанофотоники.
E-mail: leonid@smr.ru.
Leonid Leonidovich Doskolovich graduated with honours (1989) from S.P. Korolyov
Kuibyshev Aviation Institute (presently, Samara State Aerospace University, SSAU), majoring
in Applied Mathematics. He received his Doctor in Physics & Maths (2001) degree from Samara
State Aerospace University. Leading researcher of the Image Processing Systems Institute of the
RAS, professor at SSAU’s Technical Cybernetics sub-department, the senior researcher at the
Breakthrough Technologies for Earth's Remote Sensing laboratory at SSAU. His leading re-
search interests include diffractive optics, laser information technologies, nanophotonics.
Павельев Андрей Владимирович, студент Самарского государственного аэрокос-
мического университета имени академика С. П. Королёва (национальный исследователь-
ский университет), техник лаборатории дифракционной оптики ИСОИ РАН. E-mail:
44Dragon44@rambler.ru.
Область научных интересов: дифракционная оптика.
Andrei Vladimirovich Pavelev, student of Samara State Aerospace University named af-
ter S.P. Korolyov (National Research University), technician of Diffractive Optics laboratory,
IPSI RAS. Area of research: diffractive optics.
225

УДК 535.8
ЮСТИРОВКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МАКЕТНОГО ОБРАЗЦА
ГИПЕРСПЕКТРОМЕТРА ПО СХЕМЕ ОФФНЕРА
©2015 С.В. Карпеев1, С.Н. Хонина1, С.И. Харитонов2
'Самарский государственный аэрокосмический университет
имени академика С.П. Королёва (национальный исследовательский университет) (СГАУ);
2Институт систем обработки изображений РАН
Проведены испытания макетного образца гиперспектрометра по схеме Оффнера. Разработаны
чертежи и изготовлены основные зеркальные элементы гиперспектрометра, в том числе дифракционная
решётка на выпуклой сферической поверхности. Измерен профиль штриха изготовленной дифракционной
решётки и проведено моделирование распределения энергии света по дифракционным порядкам в
зависимости от длины волны для видимого диапазона длин волн. Разработана и изготовлена оптомеханика
для необходимых юстировок элементов гипрспектрометра. Проведена юстировка макетной оптической
схемы и получены изображения точки для трёх длин волн монохроматического излучения. Распределения
энергии света по дифракционным порядкам и координаты максимумов согласуются с результатами
моделирования.
Ключевые слова: гиперспектрометр, схема Оффнера, профиль штриха, распределения энергии по
дифракционным порядкам, юстировка макетной оптической схемы.
Перспективными спектрометрами
для использования на малых КА
являются изображающие спектрометры в
конфигурации Оффнера [1	-	5].
Основными преимуществами таких
спектрометров являются их компактный
размер и возможность снижения
хроматических аберраций и дисторсии до
низкого уровня. В простейшем случае
спектрометр Оффнера содержит два
концентрических зеркала. В качестве
диспергирующего элемента используется
дифракционная решётка, выполненная на
одном из зеркал. Использование
дифракционной решётки позволяет
достичь большей компактности и
меньших хроматических аберраций.
Моделирование работы такого
спектрометра [6 - 8] подтвердило
высокие характеристики получаемых
гиперспектральных изображений.
Для	экспериментального
подтверждения работоспособности
прибора были проведены испытания
макетного образца гиперспектрометра по
схеме Оффнера. Вначале были
разработаны чертежи и изготовлены
основные зеркальные элементы
гиперспектрометра, в том числе образцы
дифракционных решёток на выпуклой
сферической поверхности. Были
измерены профили штриха
изготовленных дифракционных решёток
и проведено моделирование
распределения энергии света по
дифракционным порядкам в зависимости
от длины волны для трех длин волн
видимого диапазона -430нм, 530 нм, и
630 нм. Результаты моделирования
показали, что эффективность для разных
длин волн существенно зависит от формы
профиля решётки. В среднем
эффективность в первом порядке для
разных длин волн меняется в пределах 15
- 35 %. Натурные эксперименты с
измерителем мощности показали
результаты, близкие к расчётным.
После испытания решеток была
разработана и изготовлена оптомеханика,
обеспечивающая	необходимые
юстировки	элементов
гиперспектрометра. Была проведена
юстировка макетной оптической схемы и
получены изображения входной щели и
точки для трёх указанных длин волн
монохроматического излучения от
перестраива-емого лазера EKSPLA NT-
200. Полученные распределения энергии
света по дифракционным порядкам и
координаты максимумов согласуются с
результатами моделирования оптической
системы.	Достигнутое	в
гиперспектрометре пространственное
разрешение в изображении
226

соответствовало	паспортному
разрешению изображающего объектива.
Для стандартных параметров орбиты
разрешение на местности составит около
20 м. При таком пространственном
разрешении достигается спектральное
разрешение около 2 нм.
Библиографический список:
1.	Mouroulis, Р. Optical design of а
compact imaging spectrometer for planetary
mineralogy / P. Mouroulis, R.G. Sellar,
D.W. Wilson, J.J. Shea, R.O. Green //
Optical Engineering. - 2007. - Vol. 46(6) -
P. 063001.
2.	Mouroulis, P. Convex grating types
for concentric imaging spectrometers /
P. Mouroulis, D.W. Wilson, P.D. Maker,
R.E. Muller // Applied Optics. - 1998. -
Vol. 37(31 ),-P. 7200-7208.
3.	Prieto-Blanco, X. Analytical design
of an Offner imaging spectrometer I
X. Prieto-Blanco, C. Montero-Orille,
B. Coulee, R. de la Fuente // Optics
Express. - 2006. - Vol. 14(20). - P. 9156-
9168.
4.	Prieto-Blanco, X. The Offner
imaging spectrometer in quadrature /
X. Prieto-Blanco, C. Montero-Orille,
H. Gonzalez-Nunez, M.D. Mouriz,
E.L. Lago, R. de la Fuente // Optics Express.
-2010.-Vol. 18(12).-P. 12756-12769.
5.	Lee, J.H. Optical Design of a
Compact Imaging Spectrometer for STSAT3
/ J.H. Lee, T.S. Jang, H.-S. Yang, S.-W.
Rhee // Journal of the Optical Society of
Korea. - 2008. - Vol. 12(4). - P. 262-268.
6.	Казанский, Н.Л. Моделирование
работы гиперспектрометра, основанного
на схеме Оффнера, в рамках
геометрической оптики / Н.Л. Казанский,
С.И. Харитонов, А.В. Карсаков,
С.Н. Хонина // Компьютерная оптика. -
2014. - Т. 38, № 2. - С. 271-280.
7.	Досколович, Л.Л. О коррекции
эффекта перекрытия дифракционных
порядков в спектрометре на основе
схемы Оффнера / Л.Л. Досколович,
Е.А. Безус, Д.А. Быков // Компьютерная
оптика.-2014.-Т. 38, №4.-С. 777-781.
8.	Казанский, Н.Л. Моделирование
работы космического гиперспектрометра,
основанного на схеме Оффнера /
Н.Л. Казанский, С.Н. Харитонов,
Л.Л. Досколович ,А.В. Павельев //
Компьютерная оптика. - 2015. - Т. 39, №
1.-С. 70-76.
References:
1.	Mouroulis, Р. Optical design of a
compact imaging spectrometer for planetary
mineralogy / P. Mouroulis, R.G. Sellar,
D.W. Wilson, J.J. Shea, R.O. Green //
Optical Engineering. - 2007. - Vol. 46(6) -
P. 063001.
2.	Mouroulis, P. Convex grating types
for concentric imaging spectrometers /
P. Mouroulis, D.W. Wilson, P.D. Maker,
R.E. Muller // Applied Optics. - 1998. -
Vol. 37(31 ),-P. 7200-7208.
3.	Prieto-Blanco, X. Analytical design
of an Offner imaging spectrometer /
X. Prieto-Blanco, C. Montero-Orille,
B. Coulee, R. de la Fuente // Optics
Express. -2006.-VO1. 14(20).-P. 9156-9168.
4.	Prieto-Blanco, X. The Offner
imaging spectrometer in quadrature /
X. Prieto-Blanco, C. Montero-Orille,
H. Gonzalez-Nunez, M.D. Mouriz,
E.L. Lago, R. de la Fuente // Optics Express.
-2010.-Vol. 18(12).-P. 12756-12769.
5.	Lee, J.H. Optical Design of a
Compact Imaging Spectrometer for STSAT3
I J.H. Lee, T.S. Jang, H.-S. Yang, S.-W.
Rhee // Journal of the Optical Society of
Korea. - 2008. - Vol. 12(4). - P. 262-268.
6.	Kazanskiy, N.L. Modeling action
of a hyperspectrometer based on the Offner
scheme within geometric optics /
N.L. Kazanskiy, S.L Kharitonov,
A.V. Karsakov, S.N. Khonina // Computer
Optics. - 2014. - Vol. 38(2). - P. 271-280.
7.	Doskolovich, L.L. On the
compensation of the diffraction orders
overlap effect in the Offner spectrometer /
L.L. Doskolovich, E.A. Bezus, D.A. Bykov
// Computer Optics.-2014.-Vol. 38(4).-P.
777-781.
8.	Kazanskiy, N.L. Modeling the
performance of a spacebarne
hyperspectrometer based on the Offner
scheme / N.L. Ka^zanskiy, S.L Kharitonov,
L.L. Doskolovich, A.V. Pavelyev //
Computer Optics. - 2015.-Vol. 39(1 ).-P.
70-76.
227

ALIGNMENT AND STUDY PROTOTYPES OF HYPERSPECTROMETER UNDER
THE SCHEME OFFNER
©2015 S.V. Karpeev1, S.N. Khonina1, S.I. Kharitonov2
’Samara State Aerospace University;
2Image Processing Systems Institute, Russian Academy of Sciences
The tests of the prototype of the hyperspectrometer based on the Offner scheme are implemented. Main
mirror elements of the hyperspectrometer including diffraction grating on a convex spherical surface are fabricated.
Ruling profile of the grating is measured and light energy distribution in diffraction orders is calculated as a function
of wavelength in the visible wavelength range. Optomechanical elements for the necessary alignments of the
hyperspectrometer elements are designed and manufactured. Adjustment of the optical prototyping scheme is
implemented and point images of three wavelengths of monochromatic radiation are registered. Distribution of light
energy in diffraction orders and maxima positions are in an agreement with the simulation results.
Keywords: hyperspectrometer, Offner scheme, ruling profile, energy distribution in diffraction orders,
adjustment of the optical prototyping scheme
Сведения об авторах:
Карпеев Сергей Владимирович, доктор физико-математических наук, профессор
Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика
С.П. Королёва; ведущий научный сотрудник Института систем обработки изображений
РАН. Область научных интересов: дифракционная оптика, модовые и поляризационные
преобразования, волоконная оптика, оптическая обработка изображений. E-mail:
kar@smr.ru.
Sergei Vladimirovich Karpeev, Doctor of Physical and Mathematical Sciences; Professor
of Samara State Aerospace University named after S.P. Korolyov. Leading researcher of the
Image Processing Systems Institute of the RAS. Research interests: diffractive optics, singular
optics, mode and polarization transformations, optical manipulating, optical and digital image
processing.
Хонина Светлана Николаевна, доктор физико-математических наук, профессор
Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика
С.П. Королёва; ведущий научный сотрудник Федерального государственного бюджетного
учреждения науки Институт систем обработки изображений РАН. Область научных
интересов: дифракционная оптика, сингулярная оптика, модовые и поляризационные
преобразования, оптическое манипулирование, оптическая и цифровая обработка
изображений. E-mail: khonina@smr.ru.
Svetlana Nikolaevna Khonina, Doctor of Physical and Mathematical Sciences; Professor
of Samara State Aerospace University named after S.P. Korolyov. Leading researcher of the
Image Processing Systems Institute of the RAS. Research interests: diffractive optics, singular
optics, mode and polarization transformations, optical manipulating, optical and digital image
processing.
228

Харитонов Сергей Иванович, доктор физико-математических наук, доцент
кафедры технической кибернетики, старший научный сотрудник лаборатории
дифракционной оптики Учреждения Российской академии наук Институт систем
обработки изображений РАН. 1984 г. - окончил физический факультет Самарского
государственного университета. 1993 г. - защитил кандидатскую диссертацию на тему
«Асимптотические методы дифракционного расчёта фокусаторов лазерного излучения».
2010 г. - защитил докторскую диссертацию на тему «Асимптотические методы расчёта
дифракции когерентного электромагнитного излучения на дифракционных оптических
элементах». Область научных интересов: дифракционная, квантовая оптика, физика
плазмы. В списке научных работ С.И. Харитонова 87 статей, 5 авторских свидетельств и
патентов.
E-mail: Drognoz2007@gmail.com
Sergey Ivanovich Kharitonov, senior researcher of Diffractive Optics laboratory of the
Image Processing Systems Institute of RAS, Doctor of Physical and Mathematical Sciences.
1984 - graduated from Physics department of Samara State University. 1993 - defended his
dissertation "Asymptotic methods of calculation of the diffraction of laser radiation Focuser".
2010 - defended his doctoral thesis on "Asymptotic methods for calculating the diffraction of
coherent electromagnetic radiation in diffractive optical elements". Research interests:
diffraction, quantum optics, plasma physics. The list of scientific papers S.I. Kharitonov's 87
articles, 5 patents.
229

УДК 528.8 +629.78
ПЕРСПЕКТИВНАЯ ГИПЕРСПЕКТРАЛЬНАЯ АППАРАТУРА «БИСЕР»:
ВАРИАНТЫ СХЕМНОГО РЕШЕНИЯ
©2015 С.А. Архипов, К.С. Беляев, М.Ю. Лузганова, М.А. Сальникова,
С.А. Морозов
ПАО «Красногорский завод им. С.А. Зверева», г. Красногорск
В докладе приведены предварительные тактико-технические характеристики перспективной
гиперспектральной аппаратуры для дистанционного зондирования Земли из космоса. Рассмотрено два
варианта схемного построения аппаратуры, обозначены проблемы их создания и намечены пути их
решения.
Ключевые слова: гиперспектральная аппаратура, дистанционное зондирование Земли.
Для определения тактико-
технических	характеристик
перспективной оптико-электронной
гиперспектральной аппаратуры были
проанализированы	аналогичные
зарубежные, активные и перспективные,
аппараты по таким параметрам как:
-	наличие или отсутствие видимого
и инфракрасного диапазонов съемки,
-	спектральное разрешение,
-	пространственное разрешение,
- полоса захвата,
-	число спектральных каналов.
В результате проведенного анализа
для аппаратуры «Бисер» предложены
следующие	тактико-технические
характеристики (для базовой высоты 500
км и съемки в надир): пространственное
разрешение 30 м, полоса захвата 30 км,
спектральное разрешение не хуже 5 нм,
количество спектральных каналов - не
менее 250. Аппаратура с такими
параметрами как минимум не уступает, а
по некоторым из них даже превосходит
зарубежные аналоги.
Ключевой	особенностью
предлагаемого решения является
покрытие широкого спектрального
диапазона 0,4 - 2,5 мкм с помощью
спектрометров видимого (0,4 - 1,0 мкм),
ближнего инфракрасного (0,95 - 1,7) и
коротковолнового инфракрасного (1,9 -
2,5 мкм) поддиапазонов. Такое разбиение
позволит максимально использовать
задел, полученный в рамках работ по
созданию изделия ГСА для КА «Ресурс-
11» [1], а также существенно упростит
техническую реализацию спектрометров
на базе дифракционных решеток, так как
позволит из-бежать эффекта наложения
на гиперспектральное изображение
спектров высших порядков и применить
более простые дифракционные решетки.
Важнейшим вопросом реализации
предлагаемой аппаратуры является выбор
фото-приёмного устройства (ФПУ).
Требования к нему в значительной мере
определяются спецификой регистрации
гиперспектральной информации, и
состоят в том, чтобы ФПУ были
крупноформатными, матричными,
высокочастотными.	Поскольку
отечественных ФПУ на широкий
спектральный диапазон 0,4-2,5 мкм нет,
необходимо либо разрабатывать и
создавать их в России, либо использовать
зарубежные. Для видимого
спектрального диапазона оно может быть
создано на основе задела, полученного в
ходе работ по ГСА для КА «Ресурс-П». В
ближнем и коротковолновом
инфракрасных спектральных диапазонах
могут использоваться ФПУ европейских
фирм Xenics и Sofradir.
Предлагается два варианта схемных
решений аппаратуры «Бисер». Первый
вариант, состоит из входного зеркального
объектива,	линзово-призменного
автоколлимационного спектрометра
видимого диапазона и двух
спектрометров инфракрасного диапазона,
построенных по схеме Оффнера [2, 3].
230

Важным достоинством данного варианта
является компактность его размеров
вдоль направления полета. Основной
недостаток варианта: наличие линзовых и
призменных оптических элементов, что
усложняет конструкцию и увеличивает
массу аппаратуры. По результатам
проработки	предварительной
конструктивно-компоновочной схемы
габариты аппарата не превысят
900x730x300 мм, масса составит не более
120 кг.
Чтобы совсем избежать применения
стеклянной оптики и уйти от
использования автоколлимационной
схемы работы дисперсионного
устройства, предлагается второй вариант
аппаратуры, в котором спектрометры
всех трех спектральных поддиапазонов
выполнены по схеме Оффнера. Данный
вариант имеет большие размеры вдоль
направления полета по сравнению с
первым вариантом и, соответственно,
потребует большего пространства для
своего размещения на космическом
аппарате. Предварительные габариты и
масса варианта - не более 900x730x450
мм и 100 кг соответственно.
Существует ряд проблем,
осложняющих	реализацию
предложенных вариантов:
отсутствие отечественных
матричных	крупноформатных
высокочастотных ФПУ (кадровые
частоты не менее 50-100 Гц) для области
спектра 0,4-2,5 мкм,
-	сложности с закупкой зарубежных
ФПУ,
необходимость использования
Оффнеровских решеток с асферическим
профилем подложки, переменным
периодом и углом блеска,
криволинейными штрихами,
высокие	точности
позиционирования элементов (до 1 мкм и
1 угл. сек.) при сборке, юстировке и
контроле внеосевых зеркальных
эксцентричных оптических систем.
Однако имеются следующие пути
их решения:
-	разработка отечественных ФПУ
для области спектра 0,4-2,5 мкм,
разработка методик расчета,
технологий изготовления, а также
создание и исследование опытных
образцов Оффнеровских решеток
(работы в данном направлении уже
начаты ПАО КМЗ).
Кроме того, в рамках работ по ОКР
«Прибор-ШМАСР» в 2015 году ПАО
КМЗ получит реальный опыт сборки,
юстировки и контроля высокоточных
внеосевых зеркально-линзовых систем.
В случае решения приведенных
выше проблем перспективная
гиперспектральная аппаратура «Бисер»
будет создана и станет важным
элементом отечественной группировки
аппаратов дистанционного зондирования
Земли.
Библиографический список:
1.	С.А. Архипов, С.А. Морозов,
В.А. Целиков. Гиперспектральная
аппаратура космического аппарата
«Ресурс-П». // Системы наблюдения,
мониторинга и дистанционного
зондирования Земли: Материалы научно-
технической	конференции.
М.:МНТОРЭС им. А.С. Попова, 2009.
С.119-123.
2.	С.А. Архипов, С.О. Кравченко,
А.В. Ли, В.М. Линько, С.А. Морозов,
М.А. Сальникова. Гиперспектральная
аппаратура для космического аппарата
«Ресурс-П»: направления модернизации и
перспективы	развития.	//
Г иперспектральные приборы и
технологии: Сборник тезисов докладов
научно-технической конференции.
М.:ОАО КМЗ, 2013. С.43.
3.	В.М. Линько, А.В. Ли, С.А.
Морозов, М.А. Сальникова. Оптические
схемы спектрометров для перспективной
космической	гиперспектральной
съемочной аппаратуры. // Системы
наблюдения, мониторинга и
дистанционного зондирования Земли:
Материалы	научно-технической
конференции. М.:МНТОРЭС им. А.С.
Попова, филиал ФГУП «ГНП РКЦ
«ЦСКБ-Прогресс» «НПП «ОПТЭКС»,
2014. С.151-154.
231

References:
1.	S.A. Arkhipov, S.A. Morozov,
V.A. Tselikov. Giperspektral'naya
apparatura kosmich-eskogo apparata
«Resurs-Р». Sistemy nablyudeniya,
monitoringa i distantsionnogo zondirovaniya
Zemli: Materialy nauchno-tekhnicheskoy
konferentsii. M.:MNTORES im. A.S.
Popova Publ., 2009. P. 119-123. (In Russ.)
2.	S.A. Arkhipov, S.O. Kravchenko,
A.V. Li, V.M. Lin'ko, S.A. Morozov, M.A.
Sal'nikova. Giperspektral'naya apparatura
dlya kosmicheskogo apparata «Resurs-Р»:
napravleniya modemizatsii i perspektivy
razvitiya. Giperspektral'nye pribory i
tekhno-logii: Sbomik tezisov dokladov
nauchno-tekhnicheskoy konferentsii.
M.:OAO KMZ Publ., 2013. P. 43. (In Russ.)
3.	V.M. Lin'ko, A.V. Li, S.A.
Morozov, M.A. Sal'nikova. Opticheskie
skhemy spek-trometrov dlya perspektivnoy
kosmicheskoy	giperspektral'noy
s"emochnoy apparatury. Sistemy na-
blyudeniya, monitoringa i distantsionnogo
zondirovaniya Zemli: Materialy nauchno-
tekhnicheskoy konferentsii. M.:MNTORES
im. A.S. Popova, filial FGUP «GNP RKTs
«TsSKB-Progress» - «NPP «OPTEKS»
Publ., 2014. P. 151-154. (In Russ.)
ADVANCED HYPERSPECTRAL SENSOR «BISER»: DESIGN OPTIONS
©2015 S.A. Arkhipov, K.S. Belyaev, M.Y. Luzganova, M.A. Salnikova, S.A. Morozov
PJSC «KMZ ZENIT», Krasnogorsk
This paper provides preliminary performance characteristics of advanced hyperspectral sensor for remote
sensing of the Earth from space. Two variants of design are considered, problems of their creation are identified and
the ways of their solution are discussed.
Keywords: hyperspectral sensors, remote sensing.
Информация об авторах:
Архипов Сергей Алексеевич, к.т.н., начальник СКБ-1 - главный конструктор
космических и авиационных средств ДЗЗ, ПАО «Красногорский завод им. С.А. Зверева»,
143 403, Россия, Московская область, г. Красногорск, ул. Речная, д. 8, т. (495) 562-82-20,
arhipof@zenit-kmz.ru.
Область научных интересов: теплофизика, конечно-элементное моделирование
физических процессов, оптика, дистанционное зондирование Земли.
Беляев Кирилл Станиславович, начальник конструкторского отдела, ПАО
«Красногорский завод им. С.А. Зверева», 143 403, Россия, Московская область, г.
Красногорск, ул. Речная, д. 8, т. (495) 561-89-94, k.belyaev@zenit-kmz.ru.
Область научных интересов: расчет и проектирование узлов, конструкций и
приборов, конечно-элементное моделирование, дистанционное зондирование Земли.
Лузганова Марина Юрьевна, заместитель начальника тематического научно-
проектного отдела, ПАО «Красногорский завод им. С.А. Зверева», 143 403, Россия,
Московская область, г. Красногорск, ул. Речная, д. 8, т. (495) 561-89-67,
luzm@zenit-kmz.ru.
Область научных интересов: дистанционное зондирование Земли, анализ
видеоинформации, определение выходных параметров аппаратуры, построение схемных
решений аппаратуры.
Сальникова Марина Анатольевна, инженер-исследователь 2 категории
тематического научно-проектного отдела, ПАО «Красногорский завод им. С.А. Зверева»,
143 403, Россия, Московская область, г. Красногорск, ул. Речная, д.8, т. (495)
561-89-67, m.salnikova@zenit-kmz.ru.
232

Область научных интересов: расчет оптических систем; расчет, проектирование и
конечно-элементное моделирование оптических узлов и конструкций; дистанционное
зондирование Земли.
Морозов Сергей Александрович, начальник сектора оптотехнических работ, ПАО
«Красногорский завод им. С.А. Зверева», 143 403, Россия, Московская область, г.
Красногорск, ул. Речная, д. 8, т. (495) 561-89-67, msa@zenit-kmz.ru.
Область научных интересов: оптотехника, расчет и проектирование оптических
систем, проектирование оптических узлов и конструкций, дистанционное зондирование
Земли.
Arkhipov Sergey Alekseevich, candidate of technical sciences, head of design office -
chief de-signer of space and airborne remote sensing devices, PJSC «KMZ ZENIT», 143 403,
Russia, Moscow Region, Krasnogorsk, Rechnaya str., 8, phone: +7 (495) 562-82-20,
arhipof@zenit-kmz.ru.
Area of research: thermal physics, finite element modeling of physical processes, optics,
remote sensing of the Earth.
Belyaev Kirill Stanislavovich, head of design department, PJSC «KMZ ZENIT», 143
403, Russia, Moscow Region, Krasnogorsk, Rechnaya str., 8, phone: +7 (495) 561-89-94,
k.belvaev@zenit-kmz.ru.
Area of research: calculation and design of components, structures and devices, finite
element modeling, remote sensing of the Earth.
Luzganova Marina Yur’evna, deputy head of thematic research and design department,
PJSC «KMZ ZENIT», 143 403, Russia, Moscow Region, Krasnogorsk, Rechnaya str., 8, phone:
+7 (495) 561-89-67,, luzm@zenit-kmz.ru.
Area of research: remote sensing of the Earth, analysis of video information, definition of
output parameters of the sensor, building sensor schematics.
Sal'nikova Marina Anatol’evna, research engineer of thematic research and design
department, PJSC «KMZ ZENIT», 143 403, Russia, Moscow Region, Krasnogorsk, Rechnaya
str., 8, phone: +7 (495) 561-89-67, m.salnikova@zenit-kmz.ru.
Area of research: optical systems design; calculation, design and finite element modeling
of optical components and structures; remote sensing of the Earth.
Morozov Sergey Alexandrovich, head of optical engineering section, PJSC «KMZ
ZENIT», 143 403, Russia, Moscow Region, Krasnogorsk, Rechnaya str., 8,
phone: +7 (495) 561-89-67, msa@zenit-kmz.ru.
Area of research: optical engineering, calculation and design of optical systems, design of
optical components and structures, remote sensing of the Earth.
233

УДК 004.932
СПОСОБ ПОИСКА ПЛОСКОСТИ НАИЛУЧШЕГО ИЗОБРАЖЕНИЯ
ДЛЯ КА ДЗЗ СВЕРХВЫСОКОГО ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАЗРЕШЕНИЯ
В ПРОЦЕССЕ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИИ
©2015 В.В. Еремеев1, П.А. Князьков1, В.М. Фёдоров2
'Рязанский государственный радиотехнический университет, г. Рязань
2АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Рассматриваются проблемные вопросы и способ поиска плоскости наилучшего изображения для КА
ДЗЗ сверхвысокого разрешения в процессе их эксплуатации.
Ключевые слова: качество изображения, светосигнальная характеристика, уровень шума, функция
передачи модуляции, линейное разрешение на местности, статистическая обработка результатов
Важной задачей в процессе летных
испытаний КА ДЗЗ является поиск плос-
кости наилучшего изображения (ПНИ)
объектива с целью получения наиболее
качественных изображений с точки зре-
ния их дешифрируемости. В настоящее
время в рамках проекта «Ресурс-П» Ря-
занским государственным радиотехниче-
ским университетом разработано мето-
дическое и программное обеспечение
определения основных показателей каче-
ства изображений [1]. Среди этих показа-
телей выполняется оценка линейного
разрешения на местности (ЛРМ) - наибо-
лее агрегированного показателя качества
космических изображений, определяю-
щего возможности их дешифрирования.
При оценке ЛРМ последовательно вы-
полняется определение сквозной свето-
сигнальной характеристики, шумовой
характеристики, функции передачи мо-
дуляции, масштаба наблюдения земной
поверхности и использование модели
распознавания	наблюдателем-
дешифровщиком тестовых объектов в
виде квадратных трехшпальных мир.
Поиск ПНИ для КА «Ресурс-П» ос-
нован на перемещении положения фо-
кального узла с установленным на нем
оптико-электронным преобразователем
вдоль оптической оси объектива в про-
цессе съемки протяженного маршрута и
оценке ЛРМ изображения для каждого
постоянного положения фокального узла.
На основе интерполирования оценок
ЛРМ по набору изображений и поиска
минимума делается вывод о положении
ПНИ. Необходимость создания КА
сверхвысокого пространственного раз-
решения требует разработки телескопов с
еще большим диаметром апертуры и фо-
кусным расстоянием, в которых с целью
минимизации массы и габаритов выпол-
няется переход от линзовых телескопов
на использование зеркальных схем типа
Ричи-Кретьена [2]. Проблема использо-
вания подхода поиска ПНИ КА «Ресурс-
П» для телескопов типа «ОЭК-ВР» [2]
заключается в том, что управление плос-
костью изображения осуществляется с
помощью вторичного зеркала, имеющего
пять степеней свободы, что подразумева-
ет многократно большее количество ва-
риантов положения и требует сравнения
измерений ЛРМ от разных маршрутов
съемки. Использование для поиска ПНИ
измерений ЛРМ изображений на разных
маршрутах съемки затруднительно, по-
скольку даже при планарной съемке сю-
жетов с аналогичной отражательной спо-
собностью меняются условия освещенно-
сти, что дает различные уровни полезно-
го сигнала и шума на изображениях. Это
приводит к разбросу оценок ЛРМ, полу-
ченных при одинаковых настройках теле-
скопа. Способ поиска ПНИ с осреднени-
ем измерений ЛРМ, выполненных для
одного положения вторичного зеркала и
различных условий освещенности, явля-
ется трудоемким и затратным по времени
из-за необходимости съемки и анализа
большого количества изображений.
234

В докладе представлен способ ста-
тистической обработки и использования
параметров качества изображений, полу-
ченных на различных маршрутах съемки,
для поиска ПНИ перспективного оптико-
электронного комплекса сверхвысокого
пространственного	разрешения
«ОЭК-ВР». Результаты эксперименталь-
ной отработки предложенного способа
приводятся на основе материалов съемки
от КА «Ресурс-П».
Библиографический список:
1. Еремеев В.В., Князьков П.А.,
Фёдоров В.М. Методика апостериорной
оценки линейного разрешения изображе-
ний от систем детальной съемки Земли //
Материалы II Всерос. науч.-техн. конф.
«Актуальные проблемы ракетно-
космической техники». Самара: СамНЦ
РАН, 2011.
2. Савицкий А.М., Никифоров А.М.,
Данилов В.А., Истомина Н.А.,
Петров	Ю.Н.,	Путилов	И.Е.,
Сенюков Ю.В., Сокольский М.Н. / Кос-
мический крупногабаритный телескоп
нового поколения для ДЗЗ И Материалы
XI науч.-техн. конф. «Системы
наблюдения, мониторинга и
дистанционного зондирования Земли».
Сочи, 2014.
References:
1. Eremeev V.V., Knyazkov Р.А.,
Fedorov V.M. Methods a posteriori estima-
tion of image linear resolution from high
resolution imagery land systems I I Materials
of II Russia, scientific.-tech. conf. "Actual
problems of rocket and space technology".
Samara, 2011.
2. Savitsky A.M., Nikiforov A.M.,
Danilov V.A., Istomina N.A., Petrov Y.N.,
Putilov I.E., Senyukov Y. V., Sokolsky M.
N. / Large space telescope for a new genera-
tion of ERS // proceedings of the XI scien-
tific.-tech. conf. "Surveillance, monitoring
and remote sensing of the Earth". Sochi,
2014.
METHOD TO SEARCH THE BEST IMAGE PLANE FOR REMOTE SENSING
SATELLITES WITH HIGH SPATIAL RESOLUTION DURING THEIR OPERATION
©2015 V.V. Eremeev1, P.A. Knyazkov1, V.M. Fedorov2
1	Ryazan State Radio Engineering University, Ryazan
2	JSC SRC «Progress», Samara
Consider the problem and the method to search the best image plane for remote sensing satellite satellites
with high spatial resolution during their operation.
Key words: image quality, light-signal function, noise level, modulation transfer function, image resolution,
linear resolution on the terrain, statistical processing of results
Информация об авторах:
Еремеев Виктор Владимирович, д.т.н., профессор, директор НИИ «Фотон»
Рязанского государственного радиотехнического университета, 390005, Россия, г. Рязань,
ул. Гагарина 59/1, т. 46-03-72, foton@rsreu.ru.
Область научных интересов: технологии обработки данных ДЗЗ.
Князьков Павел Александрович, к.т.н., с.н.с. НИИ «Фотон» Рязанского
государственного радиотехнического университета, 390005, Россия, г. Рязань,
ул. Гагарина 59/1, т. 46-03-72, foton@rsreu.ru.
Область научных интересов: оценка параметров качества изображений ДЗЗ.
Федоров Виктор Максимович, к.т.н., начальник отдела АО «РКЦ «Прогресс»,
443009, Россия, г. Самара, ул. Земеца 18, т. 228-90-48, dl 131 @samspace.ru.
235

Область научных интересов: проектирование и эксплуатация космических аппаратов
ДЗЗ.
Eremeev Viktor Vladimirovich, professor, doctor of technical sciences, director of
research institute «Photon» of Ryazan State Radioengeneering University, 390005, Russia,
Ryazan, 59/1, Gagarin Str., tel. (+74912) 46-03-72, foton@rsreu.ru.
Area of research: remote sensing data processing technology.
Knyazkov Pavel Aleksandrovich, candidate of technical sciences, senior researcher of
research institute «Photon» of Ryazan State Radioengeneering University, 390005, Russia,
Ryazan, 59/1, Gagarin Str., tel. (+74912) 46-03-72, foton@rsreu.ru.
Area of research: quality evaluation of remote sensing images.
Fedorov Viktor Maksimovich, candidate of technical sciences, head of department of
JSC SRC «Progress», 443009, Russia, Samara, 18, Zemets Str., tel. (+7846) 228-90-48,
d 1131 @samspace.ru.
Area of research: design and operation of spacecraft for remote sensing of the Earth.
236

УДК 004.932
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АПРИОРНОЙ ИНФОРМАЦИИ ПРИ
ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ ВЫСОКОДЕТАЛЬНОЙ
РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ
©2015 В.А. Ушенкин, Н.А. Егошкин
Рязанский государственный радиотехнический университет, г. Рязань
Показана необходимость использования априорной информации при интерферометрической обра-
ботке высокодетальных данных от РСА космического базирования. Предлагается алгоритм быстрого сов-
мещения радиолокационных изображений с учетом опорной информации о рельефе. Рассматривается воз-
можность использования в качестве априорной информации глобальных цифровых моделей рельефа низко-
го разрешения.
Ключевые слова: РСА, интерферометрическая обработка, цифровая модель рельефа
Интерферометрическая обработка
радиолокационной информации является
одним из наиболее перспективных спо-
собов получения цифровых моделей ре-
льефа земной поверхности по данным
дистанционного зондирования Земли. В
основе интерферометрической обработки
лежит анализ разности фаз сигнала в од-
ноименных пикселях двух и более ком-
плексных радиолокационных изображе-
ний, полученных с близких, но не совпа-
дающих орбит.
Одним из свойств интерферометри-
ческой пары радиолокационных изобра-
жений является когерентность, характе-
ризующая отношение сигнал-шум на фа-
зоразностном изображении - интерферо-
грамме. Когерентность зависит от каче-
ства исходных изображений, временной и
пространственной базы при интерферо-
метрической съемке, типа подстилающей
поверхности, точности совмещения и пе-
редискретизации изображений при ин-
терферометрической обработке. Для того
чтобы не наблюдалось значимое сниже-
ние когерентности, совмещение изобра-
жений должно выполняться с точностью
до десятых долей пикселя.
Для совмещения радиолокационных
изображений среднего и низкого разре-
шения, полученных с близких орбит, тра-
диционно используется полиномиальная
модель геометрического соответствия.
Однако в случае высокого простран-
ственного разрешения на геометрическое
соответствие изображений начинает ока-
зывать существенное влияние рельеф
земной поверхности. При больших пере-
падах высоты рельефа ошибка полино-
миальной модели может составлять не-
сколько пикселей, что приводит к сниже-
нию когерентности практически до нуля
[1]. Оценить величину влияния рельефа
путем корреляционного совмещения ра-
диолокационных изображений на прак-
тике затруднительно, поскольку наличие
спекл-шума на изображениях достаточно
часто приводит к ошибочным результа-
там работы коррелятора. Следовательно,
необходим учет априорной информации
о рельефе для высокоточного совмеще-
ния радиолокационных изображений при
интерферометрической обработке. В ка-
честве априорной информации могут ис-
пользоваться глобальные цифровые мо-
дели рельефа низкого разрешения
(например, SRTM, ASTER GDEM и др.).
Влияние рельефа на геометрическое
соответствие изображений может быть
найдено для каждого пикселя из геомет-
рической модели радиолокационной
съемки с помощью функций прямого и
обратного преобразования плоскостных
координат в геодезические. Однако в
этом случае для совмещения изображе-
ний требуется большой объем вычисле-
ний, поскольку значения и прямой, и об-
ратной функций преобразования коорди-
нат вычисляются по сложным итераци-
онным алгоритмам. При этом проведен-
ные исследования показывают, что зави-
симость величины влияния рельефа от
237

его высоты носит гладкий, практически
линейный характер. Следовательно, дан-
ную зависимость можно с высокой точ-
ностью аппроксимировать полиномом
малой степени А. Для получения коэф-
фициентов полинома достаточно постро-
ить (А +1) полиномиальную модель сов-
мещения, считая высоту постоянной по
всему изображению. При этом все значе-
ния высоты, используемые для построе-
ния (А + 1) полиномиальной модели,
различны. Каждая полиномиальная мо-
дель строится по небольшому числу
опорных точек М. Таким образом, функ-
ции прямого и обратного преобразования
координат, вызываются только M(N + 1)
раз, что позволяет существенно сокра-
тить объем вычислений при совмещении
изображений [2].
Учет априорной информации необ-
ходим также для более точной оценки
когерентности. В классическом способе
оценки когерентности предполагается,
что при полном отсутствии шума ампли-
туды сигнала на обоих изображениях
одинаковы, а разность фаз постоянна.
При крутом наклоне рельефа местности
наблюдаются значительные изменения
разности фаз сигналов даже при полном
отсутствии шума. Таким образом, в этом
случае оценка когерентности получается
заниженной. Для более точной оценки
когерентности изменения разности фаз,
вызванные влиянием рельефа, необходи-
мо предварительно скомпенсировать.
Наконец, априорная информация
необходима при пересчете развернутых
значений фазы в абсолютные значения
высоты. В результате развертки значения
фазы известны с точностью до некоторой
величины, одинаковой для всех пикселей
изображения, если интерферометриче-
ская база известна с высокой точностью.
При значительных погрешностях интер-
ферометрической базы наблюдается па-
разитное квазилинейное изменение фазы
в направлении дальности. Указанные эф-
фекты не позволяют получить абсолют-
ные значения высоты без знания высоты
хотя бы в одной опорной точке при точ-
ной интерферометрической базе и хотя
бы в трех точках при неточной. Здесь ис-
точником опорных значений высоты мо-
гут быть наземные GPS-измерения, либо
глобальные цифровые модели рельефа
низкого разрешения.
В докладе представлены алгоритмы
выполнения рассмотренных этапов ин-
терферометрической обработки и резуль-
таты их применения к данным от РСА
TerraS AR-X.
Библиографический список:
1. Huanyin Y., et al. Sensitivity of
topography on InSAR data coregistration //
ESA SP-572. 2005. P. 313-318.
2. Егошкин H.A., Ушенкин В.A.
Совмещение высокодетальных изобра-
жений с использованием опорной цифро-
вой модели рельефа при интерферомет-
рической обработке радиолокационной
информации // Вестник Рязанского госу-
дарственного радиотехнического универ-
ситета. 2015. №51. С. 72-79.
References:
1. Huanyin Y., et al. Sensitivity of
topography on InSAR data coregistration //
ESA SP-572. 2005. P. 313-318.
2. Egoshkin N.A., Ushenkin V.A.
DEM-assisted high resolution image coreg-
istration for InSAR processing // Vestnik of
Ryazan state radioengineering university.
2015. No. 51. P. 72-79.
238

USING OF A PRIORY INFORMATION IN INTERFEROMETRIC PROCESSING
OF HIGH RESOLUTION SAR DATA
©2015 V.A. Ushenkin, N.A. Egoshkin
Ryazan State Radio Engineering University
The need of using of a priory information in interferometric processing high resolution spacebome SAR data
is shown. The algorithm of fast SAR image coregistration using reference relief information is proposed. The
possibility of using of low resolution global digital elevation models as a priory information is considered.
Keywords: SAR, interferometric processing, digital elevation model
Информация об авторах:
Ушенкин Виктор Андреевич, младший научный сотрудник НИИ «Фотон» РГРТУ,
аспирант кафедры вычислительной и прикладной математики РГРТУ, 390005, Россия,
г. Рязань, ул. Гагарина, 59/1, т. (4912) 46-03-72, foton@rsreu.ru.
Область научных интересов: цифровая обработка изображений.
Егошкин Николай Анатольевич, к.т.н., ведущий научный сотрудник НИИ «Фо-
тон» РГРТУ, 390005, Россия, г. Рязань, ул. Гагарина, 59/1, т. (4912) 46-03-72,
foton@rsreu.ru.
Область научных интересов: цифровая обработка изображений.
Ushenkin Victor Andreevich, junior researcher of SRI “Foton” of RSREU, postgraduate
student, 390005, Russia, Ryazan, Gagarina str., 59/1, (4912) 46-03-72, foton@rsreu.ru.
Area of research: digital image processing.
Egoshkin Nikolay Anatolievich, candidate of technical science, leader researcher of SRI
“Foton” of RSREU, 390005, Russia, Ryazan, Gagarina str., 59/1, (4912) 46-03-72,
foton@rsreu.ru.
Area of research: digital image processing.
239

УДК 629.396
ТЕМАТИЧЕСКИЕ ПРОДУКТЫ, СОЗДАВАЕМЫЕ НА ОСНОВЕ
ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ, ПОЛУЧЕННЫХ
В L- И Р- ДИАПАЗОНАХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО СПЕКТРА
© 2015 В.А. Малиновский, А.А. Расторгуев
АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Приводятся примеры тематических продуктов, созданных на базе свободно распространяемой радио-
локационной информации, полученной от реальных космических и авиационных радиолокационных систем.
Ключевые слова: дистанционное зондирование Земли, измерение высоты рельефа, космические ра-
диолокационные системы, интерферометрическая съёмка
Опыт, накопленный в течение не-
скольких десятилетий использования
космических радиолокационных данных
дистанционного зондирования Земли
(ДЗЗ), позволяет говорить о решении на
их основе широкого круга тематических
задач, к которым можно отнести, напри-
мер:
обнаружение участков разгрузки
(вскрытия) грунтовых вод на поверхно-
сти, выявление косвенных признаков и
обнаружение участков местоположения
грунтовых вод, оконтуривание водонос-
ных слоев (гидрология);
ранжирование территорий по густо-
те эрозионного расчленения, определение
высотных отметок рельефа и построение
цифровых моделей рельефа (геоморфоло-
гия);
выявление морфологического типа
рельефа по глубине расчленения (иссле-
дование экзогенных геологических про-
цессов);
определение границ зон затопления
при наводнениях, предварительная оцен-
ка последствий наводнений и выявление
областей питания и стока ледников (гид-
рология суши);
оценка влажности почв (почвенное
дешифрирование);
оценка возрастной структуры и
продуктивности лесов (лесоустройство,
инвентаризация, охрана и защита леса) и
др.
Особая ценность данных, получае-
мых с помощью космических радиолока-
ционных систем, определяется их незави-
симостью от времени суток и погодных
условий (облачность, осадки и др.) в рай-
оне съёмки.
Зондирование земной поверхности с
использованием нескольких различных
видов поляризации сигналов на приём и
передачу значительно расширяют воз-
можности классификации земных покро-
вов (аналог - создание тематических
продуктов на базе данных ДЗЗ, получен-
ных мультиспектральной аппаратурой
космического аппарата видимого и
ближнего инфракрасного диапазона).
Наибольшее распространение, осо-
бенно в последнее время, получили такие
тематические продукты, как цифровые
модели местности, позволяющие изме-
рять высоту рельефа местности и карты
деформаций поверхности Земли, осно-
ванные на использовании радиолокаци-
онной интерферометрической и диффе-
ренциальной интерферометрической
съёмки соответственно.
Потенциальное преимущество кос-
мических радиолокаторов, работающих
на более длинных волнах (L-диапазона, а
особенно, P-диапазона), связано с повы-
шенной проникающей способностью по
сравнению с более высокочастотными
радиолокаторами X, С, S - диапазонов. В
связи с этим, открываются новые воз-
можности для получения информации о
состоянии верхних слоёв земных покро-
вов, в частности, для изучения состояния
верхних слоёв почвы, находящихся под
снегом и структуры ледовых покровов, а
также для расчёта биомассы лесов в пла-
240

нетарном масштабе. Особенно глубоко
электромагнитные волны Р-диапазона
проникают в полностью обезвоженную
почву (например, сухой песок), что даёт
возможность использовать полученную
информацию в интересах археологии и
гидрологии при съёмке песчаных пу-
стынь.
Приводимые данные подтверждают
возможность решения широкого круга
тематических задач на базе информации
космических радиолокационных систем.
THE THEMATIC PRODUCTS CREATED ON THE BASIS REMOTE SENSING
DATA, RECEIVED IN L - AND P - RANGES OF ELECTROMAGNETIC SPEKTR
© 2015 V.A. Malinovskii, A.A. Rastorguev
JSC «SRC «Progress», Samara
Examples of the thematic products created on the basis of freely extended radar information, received from
real space and aviation radar systems are resulted.
Keywords: remote sensing, measurement of position data, spacebome radar systems, synthetic aperture in-
terferometer, interferometry survey
Сведения об авторах:
Малиновский Владимир Андреевич, заместитель начальника отдела, АО «РКЦ
«Прогресс», т. (846) - 228-99-90, vladmalinovski@gmail.com.
Область научных интересов: дистанционное зондирование Земли, методы обработки
информации дистанционного зондирования Земли, методы измерения координат объек-
тов, радиолокационные системы с синтезированной апертурой.
Malinovskii Vladimir Andreevich, JSC «SRC «Progress», Samara, Russian Federation,
assistant chief of department. Research intrests are in the field remote sensing, methods of pro-
cessing remote sensing information, measurement of position data, synthetic aperture radars.
Расторгуев Андрей Алексеевич, ведущий инженер-конструктор, АО «РКЦ «Про-
гресс», т. (846) - 228-99-90, goto.anras@gmail.com.
Область научных интересов: дистанционное зондирование Земли, методы обработки
информации дистанционного зондирования Земли, методы измерения координат объек-
тов.
Rastorguev Andrey Alexeevich, JSC «SRC «Progress», Samara, Russian Federation,
leading engineer. Research intrests are in the field remote sensing, methods of processing remote
sensing information, measurement of position data.
241

УДК 004.92
МЕДИАННЫЕ ФИЛЬТРЫ ФРЕШЕ ДЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ
ГИПЕРСПЕКТРАЛЬНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
©2015 А.В. Мартьянова1’2, В.Г. Лабунец2
*ОАО "НПО автоматики", г. Екатеринбург
2Уральский федеральный университет, г. Екатеринбург
Приведен метод векторной медианной фильтрации (фильтрации Фреше) для мультиспектральной об-
работки изображений. В основу метода заложена минимизация расстояний одномерных данных. Статья
описывает методы борьбы с шумами и результаты математического моделирования.
Ключевые слова: нелинейные фильтры, обработка гиперспектральных изображений
Мы разработали концептуальную
основу и методику проектирования для
систем медианной фильтрации многока-
нальных изображений с возможностью
оценки. Термин многоканальное (много-
компонентное, мультиспектральное, мно-
гоцветное, гиперспетральное) изображе-
ние используется для изображений более
чем с одной компонентой. Они состоят из
серий изображений в различных участках
оптического диапазона на длинах волн
Х],Х2,...,А.а, называемых спектральными
каналами:
f (*, У) = (Д (х, у), Д (х, у),..., Д, (х, у)),
где К - число различных оптических ка-
налов, то есть f(x,y):R2 —>RA , где R*
- это многоцветное пространство.
Медианная фильтрация широко ис-
пользуется в обработке изображений как
«сохраняющий фронт» операция. Основ-
ная идея состоит в том, что значение пик-
селя заменяется медианой пикселей, со-
держащихся в окне вокруг него. В данной
работе эта идея переносится на векторно-
значные изображения, основываясь на
факте, что медиана - значение, которое
минимизирует расстояние Ц (сити-
метрика) в R между всеми пикселями в
окне (смотри рис. 1).
Рис. 1 Два положения тестовой точки с и расстояние от точки с до каждой точки XI,X2,...,XW € R.
Обычная медиана - это позиция точки с, которая минимизирует общее расстояние между с и всеми
В этом случае мы должны опреде-
лить расстояние между парами объектов
в предметной области приложения. Пусть
\RK,pj будет метрическим простран-
ством, где р это функция расстояния.
Пусть WpWj,...,^ будут N весов, в
242

сумме дающих 1, и пусть
x’jX2,...,^eDcR* - это N наблюдений.
Оптимальным взвешенной точкой
Фреше, согласно [1-3], связанной с мет-
рикой р(х,у), называется вектор copl е D
, который минимизирует стоимостную
N
функцию Фреше (СФФ) £ wtp (с, х‘')
1=1
(взвешенная сумма расстояний от произ-
вольной точки с до каждой точки
x*,x2,...,x,v gRa ). Она формально опреде-
ляется как:
%= FrechPtp (x',x2,...,xw) = arg min £ wtp(c,x‘).
Заметим, что argmin означает аргу-
мент, по которому сумма минимизирует-
ся. В этом случае, это вектор со/)( из RA ,
для которой сумма всех расстояний до х'
's минимальна.
Рис. 2 Расстояния от произвольной точки с до каждой точки X1,X2,...,X/V G DgRA
Таким образом, векторнозначная
медиана дискретного набора точек в Ев-
клидовом пространстве R* - это точка,
сумма расстояний от которой до других
точек минимальна. Это обобщает обыч-
ную медиану, которая имеет свойство
минимизации суммы расстояний для од-
номерных данных.
Свойства этой точки широко изуча-
лись со времен Ферма, (эта точка часто
называется точкой Фреше [1], или точкой
Ферма-Вебера [4]).
В данной работе мы применяем по-
нятие геометрической медианы для раз-
работки медианных М1МО-фильтров,
предназначенных для фильтрации гипер-
спектральных изображений.
Субоптимальный взвешенный век-
тор Фреше.
С точки зрения вычислений лучше
сократить область поиска с R* до конеч-
ного набора D=|x‘,x2,...,xA,J cR*.В этом
случае мы получаем новое определение
векторной медианы Фреше.
Оптимальная взвешенная медиана
Фреше, связанная с метрикой р(х,у) это
вектор copl g {x‘,x2,...,xwJ, который ми-
нимизирует СФФ на сокращенной поис-
ковой области Dc|x1,x2,...,xN}cR*
= FrechMedp (х1, х2,..., xw ) = argmin £ w:p (с, х‘).
ceD ,=|
Пример 1. Если наблюдаемые дан-
ные - это вещественные числа, то есть
x1,x2,...,xwgR, функция расстояния это
сити метрика р(х, у) = рх (х, у) = |х - у|,
тогда оптимальными точкой и медианой
Фреше (1) и (2) для точек x’,x2,...,xw G R
будут следующие величины
^«FrechPt^ (xI,x2,...,xN) = argmin£|c-x’j,
1=1
сор, = FrechMed^ (х1,х2,...,х") = argmin £ |с - х‘ I =
ceD f=]
= Med(x',x2,...,xw).
Пример 2. Если наблюдаемые дан-
ные - это векторы, то есть
х1,х2,...,хЛГ g RA функция расстояния это
сити-метрика р(х,у) = рх(х,у), то точкой
и медианой Фреше (1) и (2) для векторов
x*,x2,...,xwg R* будут
243

~ FrechPtp| (x1, x2,x'v) = arg min £|| c - x j|,,
/=1
^«FrechMed,. (x',x2,...,xv)=argmin£||c-x' ||,=
cgD /=(
= VecMed(x',x2,...,xAJ.
Пример 3. Если наблюдаемые дан-
ные - это векторы, то есть
x',x2,...,x'vе R* функция расстояния это
Евклидово	расстояние
р(х,у) = р2(х,у)=}|х-у||2, то точкой и ме-
дианой Фреше (1) и (2) для векторов
x',x2,...,x'v е RA будут точка и медиана
Фреше, связанные с квадратичной метри-
кой /Э2(х,у), соответственно
“ FrechPt/?2 (х1, х2,x v) = arg min £|| с - х'’ ||2,
/=|
Л'
= FrechMedp^ (х1, х2,...,хЛ) = argmin^||с - х' ||,,
Медианный фильтр Фреше.
Мы считаем, что шум изображения
описывается	как
f Mcoi (х) = Sa/™/ (х) +1] Мсо1 (х), где Sa/™/ (х)
это оригинальное К -канальное изобра-
жение Sa/™/ (х) = (5, (х),52 (х),..., SK (х)) И
Па/™/(х) обозначает К-канальный шум
Йл/™/(х) = (П1(х),Т|2(х),...,Т|к(х)), который
вводится в изображение Saw(x) для полу-
чения искаженного изображения
f л/™/(х) = (./; (х), /; (х),..., fK (х)). Здесь,
х = (Л У) G Z2 - это двухмерное простран-
ство, которое принадлежит к области
изображения и представляет собой ме-
стоположение пикселей. Целью повыше-
ния качества изображения является
уменьшение шума на столько, на сколько
это возможно или поиск метода, который,
из данного Sa/™/(x), получает изображе-
ние Sm™/(x) максимально близкое к ори-
гиналу Sm™/(x) согласно подходящему
критерию оптимальности. В двухмерном
стандартном линейном изображении ме-
дианный фильтр с квадратным окном
ГМ..	+'п +'	размера
М = (2г + 1)х(2г + 1), расположенным в
(/,/), заменяет центральный пиксель
средним значением:
Sa/™/ (/, /) = Mean < f мс<>1 (m, n)I,
(м,й)еА/((1П L	J
где Sa/™/(z,j) - это отфильтрованное
изображение,	это
I	J (w,Z7)G/V/(/ /}
блок изображения фиксированного раз-
мера N, извлеченный из Га/™/ движу-
щимся окном М,. в позиции (/,/),
Mean означает усредняющий оператор.
Если этот фильтр изменяется следующим
образом:
S/Wco/ У) - FrechPtlf а/™/(М)1,
(kj)EM(i.j) I	J
&Мсо1 (1) j) - FrechMedlf Meo! (Jt, /) f
(A./)eA/(/./) I	J
то он превращается в пару MI МО-
фильтров Фреше.
Эксперименты.
Обобщенный вектор агрегации
фильтрации был применен к зашумлен-
ному изображению «Собака» размера
256x256 (рис. 3). Мы использовали окно
размера 3x3. «Очищенные» изображения
показаны на рис. 4-6. Все фильтры имеют
очень хорошие «очищающие» парамет-
ры.
244

Рис. 3 Оригинальное изображение
а) Зашумленное изображение,	б) Медианная фильтрация, в) Медианная фильтрация Фреше,
PSNR = 21.83	PSNR = 28.293	PSNR = 32.524
Рис. 4 Зашумленное (шум: “СоЛЬ-Перец”) и отфильтрованное изображения
а) Зашумленное изображение,	б) Медианная фильтрация, в) Медианная фильтрация Фреше,
PSNR= 17.189	PSNR= 19.046	PSNR = 21.831
Рис. 5 Зашумленное (шум: “ГауССОВСКИЙ”) и отфильтрованное изображения
а) Зашумленное изображение,	б) Медианная фильтрация, в) Медианная фильтрация Фреше,
PSNR = 28.24	PSNR = 27.772	PSNR = 30.681
Рис. 6 Зашумленное (шум: “Лаплассовский”) и отфильтрованное изображения
245

Заключение
В данной работе представлен новый
класс нелинейных обобщенных вектор-
нозначных фильтров (медианные филь-
тры или фильтры Фреше) для многока-
нальной обработки изображений. Эти
фильтры основаны на произвольной паре
агрегационных операторов, которые мо-
гут меняться независимо друг от друга.
Для каждой пары параметров мы получа-
ем уникальный класс новых нелинейных
фильтров. Главная цель данной работы
показать, что обобщенное среднее агре-
гирование Фреше может быть использо-
вано для решения проблем фильтрации
изображений естественным и эффектив-
ным образом.
Благодарности.
Эта работа была поддержана гран-
тами RFBR № 13-07-12168, RFBR
№ 13-07-00785 и грантом MES RF
№218-03-167.
Библиографический список:
1.	Frechet М. Les elements
aleatoires de nature quelconque dans un
espace distancie. Ann. Inst. H. Poincare,
1948, vol. .10, No 3, pp. 215-310.
2.	Bajaj C. Proving geometric algo-
rithms nonsolvability: An application of fac-
toring polynomials. Jomal of Symbolic
Computaton, 1986, No. 2, pp. 99-102.
3.	Bajaj C. The algebraic degree of
geometric optimization problems. Discrete
and Computation Geometry, 1988, No. 3,
pp. 177-191.
4.	Chandrasekaran R., Tamir F.
Algebraic optimization: The Fermat-Weber
problem. Mathe-matical Programming,
1990, 46, pp. 219-224,
5.	J. Astola, P. Haavisto, and
Y. Neuvo, “Vector median filters,” Proc.
IEEE, vol. 78, pp. 678-689, Apr. 1990.
6.	K. Tang, J. Astola, and Y. Neuvo,
“Nonlinear multivariate image filtering
techniques,” IEEE Trans. Image Processing,
vol. 4, pp. 788-798, 1996.
References:
1.	Frechet M. Les elements
aleatoires de nature quelconque dans un
espace distancie. Ann. Inst. H. Poincare,
1948, vol. .10, No 3,pp. 215-310.
2.	Bajaj C. Proving geometric algo-
rithms nonsolvability: An application of fac-
toring polynomials. Jomal of Symbolic
Computaton, 1986, No. 2, pp. 99-102.
3.	Bajaj C. The algebraic degree of
geometric optimization problems. Discrete
and Computation Geometry, 1988, No. 3,
pp. 177-191.
4.	Chandrasekaran R., Tamir F.
Algebraic optimization: The Fermat-Weber
problem. Mathe-matical Programming,
1990, 46, pp. 219-224,
5.	J. Astola, P. Haavisto, and
Y. Neuvo, “Vector median filters,” Proc.
IEEE, vol. 78, pp. 678-689, Apr. 1990.
6.	K. Tang, J. Astola, and Y. Neuvo,
“Nonlinear multivariate image filtering
techniques,” IEEE Trans. Image Processing,
vol. 4, pp. 788-798, 1996.
MEDIAN FILTERS FRESHE FOR THE FILTRATION
OF HYPERSPECTRAL IMAGES
©2015 A.V. Martyanova1’2, V.G. Labunets2
1 Academician Semikhatov Scientific-production Association of Automatics,
Yekaterinburg
2 Ural Federal University, Yekaterinburg
The methods using vector median filtrations (Frege-filtration) for multispectral processing of images. The ba-
sis of the method - minimisation of distances of one-dimensional data. The article describes the methods of struggle
against noise and the results of mathematical modeling.
Key words: Nonlinear filters, hyperspectral images processing
246

Информация об авторах:
Мартьянова Анна Викторовна, аспирант кафедры теоретических основ радиотех-
ники, УрФУ, 620 002, Россия, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19. Инженер-конструктор 2 кате-
гории ОАО "Научно-производственное объединение автоматики имени академика
Н.А. Семихатова", 620 075, Россия, г. Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка, 145, т. 8-902-
2679623. kurzinaav@gmail.com.
. Область научных интересов: обработка изображений, распознавание образов.
Лабунец Валерий Григорьевич, профессор, д.т.н., профессор кафедры теоретиче-
ских основ радиотехники, УрФУ, 620 002, Россия, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19,
vlabunets05@vahoo.com.
Область научных интересов: алгебраическая теория распознавания образов, кванто-
вые компьютеры, квантовая теория сигналов и систем, цифровая обработка сигналов и
изображений, криптография, радиолокационные станции с синтезированной апертурой.
Martyanova Anna Viktorovna, Design Engineer, Academician Semikhatov Scientific-
production Association of Automatics, post-graduate student of Theoretical bases of a radio en-
gineering of Ural Federal University, kurzinaav@gmail.com, tel.: 8-902-2679623.
Area of research:.
Labunets Valery Grigorievich, professor, doctor of technical sciences, professor of Theo-
retical bases of a radio engineering, Ural Federal University, 620 002, Russia, Yekaterinburg,
Mira, 19, vlabunets05@vahoo.com.
Area of research: The algebraic theory of recognition of images, quantum computers, the
quantum theory of signals and systems, digital processing of signals and images, cryptography,
radar stations with the synthesised aperture.
247

УДК 533.9.01
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТРУКТУРЫ И ВАРИАЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ
ПО ПОЛЯРИЗАЦИОННЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ ПОЛЯРНЫХ СИЯНИЙ
©2015 Ю.В. Пузанов, С.И. Ренский, К.С. Мозгов, В.А. Шувалов
ОАО «Научно-производственная корпорация «Системы прецизионного
приборостроения» (ОАО «НПК «СПП»), г. Москва
Магнитное поле Земли имеет огромное значение для существования жизни на планете, защищая её от
губительного воздействия космической радиации. В интересах глобального мониторинга магнитного поля
Земли следует искать новые возможности, в том числе косвенные методы, обеспечивающие измерения не
только вдоль трассы полета космического аппарата, но и в более широкой области околоземного простран-
ства. Сияние авроры на длине волны линии кислорода 630 нм частично поляризовано. Предлагается прове-
дение измерений с помощью фотополяриметра, размещенного на борту космического аппарата. Учитывая
зависимость поляризации авроры от магнитного поля оказывается возможным обнаружение конфигурации
и построение актуальной карты магнитного поля Земли.
Ключевые слова: магнитное поле Земли, верхняя атмосфера, поляризация
Магнитное поле Земли имеет
огромное значение для существования
жизни на планете, защищая её от губи-
тельного воздействия космической ради-
ации. Существуют различные наземные и
космические методы измерения магнит-
ного поля. Как правило, это измерения
непосредственно в точке расположения
прибора, использующие различного вида
магнитометры. В интересах глобального
мониторинга магнитного поля Земли сле-
дует искать новые возможности, в том
числе косвенные методы, обеспечиваю-
щие измерения не только вдоль трассы
полета космического аппарата, но и в бо-
лее широкой области околоземного про-
странства.
Недавно обнаружено, что свечение
полярных сияний в оптическом диапа-
зоне частично поляризовано. Совместные
работы были проведены в лаборатории
Планетологии (Гренобль, Франция) и в
университете Осло (Норвегия) [1]. В те-
чение зим 2006-2007 г.г. и 2007-2008 г.г.
для изучения свечения верхней атмосфе-
ры использовался специальный телескоп,
размещенный в обсерватории Kjell
Henriksen на Шпицбергене. С помощью
спектрофотополяриметра было обнару-
жено, что сияние авроры на длине волны
линии кислорода 630 нм частично поля-
ризовано. Авторы работы [1] объяснили
поляризацию анизотропией, возникаю-
щей вследствие формирования направ-
ленного потока заряженных частиц в
магнитном поле Земли. Таким образом,
поляризация оптического излучения мо-
жет служить косвенным средством для
дистанционного изучения структуры и
динамики изменения магнитного поля
Земли. Наличие поляризации в свечении
полярных сияний было подтверждено ис-
следованиями на полярной базе Polish
Homsund зимой 2010-2011 г.г. [2].
В связи с этим актуальной и инте-
ресной задачей представляется проведе-
ние космического эксперимента, в кото-
ром спектрополяриметр будет размещен
на борту космического аппарата. В ходе
эксперимента предполагается обосновать
возможность построения глобальной кар-
ты магнитного поля Земли по поляриза-
ции оптического излучения полярных си-
яний. Для решения этой задачи спектро-
поляриметр должен обеспечить построе-
ние двумерной картины. В настоящее
время прорабатываются варианты конфи-
гурации бортовой аппаратуры, включа-
ющие двумерную фотоприемную матри-
цу КМОП или ПЗС, а также одномерные
фотоприемники в схеме со сканировани-
ем. Сложность заключается в сочетании
высокой чувствительности прибора, тра-
диционно достижимой только при ис-
пользовании модуляции, с достаточно
высоким быстродействием, определяе-
248

мым динамикой изменения картины по-
лярного сияния во времени. Схема поля-
риметра может предусматривать под-
стройку ориентации поляризаторов либо
одновременную работу нескольких кана-
лов с различной поляризацией.
В бортовой комплекс аппаратуры
целесообразно включить феррозондовый
магнитометр для локальной оценки маг-
нитного поля, а также датчики регистра-
ции электронов и протонов для выявле-
ния взаимосвязи потоков частиц с маг-
нитным полем Земли.
Библиографический список:
1. Jean Lilensten, Joran Moen,
Mathieu Barthelemy, Roland Thissen, Cyril
Simon, Dag A. Lorentzen, Odile Dutuit,
Pierre Olivier Amblard, Fred Sigemes. Po-
larization in aurorae: A new dimension for
space environments studies. // Geophysical
Research Letters . Vol. 35. L08804 2008
2. Jean Lilensten, Mathieu Barthele-
my, Pierre-Olivier Amblard, Herve Lamy,
Cyril Simon Wedlund, Veronique Bommier,
Joran Moen, Hanna Rothkaehl, Julien Ey-
mard, Jocelyn Ribot. The thermospheric au-
roral red line polarization: confirmation of
detection and first quantitative analysis. //
J. Space Weather Space Clim. 3 (2013) A01
p. 01-12
DETECTION OF THE STRUCTURE AND EARTH MAGNETIC FIELD VARIATION
BASED ON THE POLARIZATION CHARACTERISTICS OF POLAR AIRGLOW
©2015 Y. Pusanov1, S. Rensky1, K. Mozgov1, V. Shuvalov2
*Open Joint-stock Company “Research-and -production Corporation “Precision Systems
and Instruments”, Moscow
2Federal State Unitary Enterprise Central Research Institute for Machine Building
Earth magnetic field has significant importance for the life survival on the planet, protecting it from the disas-
trous impact of the space radiation. In the interests of global Earth magnetic field monitoring, we should look for the
new opportunities, including indirect methods, providing measurements both along the spacecraft flight line and
covering wider area of circumterrestrial space. Aurorae emission of the oxygen 630 nm line is polarized. Space
based measurements using photopolarimeter are proposed. Considering aurorae polarization dependence on magnet-
ic field the actual Earth magnetic field map can be created.
Keywords: Earth magnetic field, upper atmosphere, polarization
Информация об авторах:
Пузанов Юрий Васильевич, д.т.н., ведущий научный сотрудник ОАО «НПК
«СПП», 111024, Россия, г. Москва, ул. Авиамоторная, д. 53, т. (495) 673-45-35.
Область научных интересов: электромагнитные излучения нестационарных высоко-
энергетических источников.
Ренский Сергей Игоревич, начальник сектора ОАО «НПК «СПП», 111024, Россия,
г.Москва, ул. Авиамоторная, д. 53, т. (495) 673-45-35, serg.rensk@mail.ru.
Область научных интересов: разработка космических систем мониторинга высоко-
энергетических процессов в атмосфере Земли.
Мозгов Константин Сергеевич, к.ф.-м.н., начальник отдела ОАО «НПК «СПП»,
111024, Россия, г. Москва, ул. Авиамоторная, д. 53, т. (495) 673-45-35,
mks 150360@mail.ru.
Область научных интересов: электромагнитные излучения нестационарных высоко-
энергетических источников.
249

Шувалов Вячеслав Александрович, к.т.н., ведущий научный сотрудник, ОАО
«НПК «СПП», 111024, Россия, г. Москва, ул. Авиамоторная, д. 53, т. (495) 673-45-35,
S5134146@yandex.ru.
Область научных интересов: разработка космических систем мониторинга высоко-
энергетических процессов в атмосфере Земли.
Puzanov Yuri Vasilevich, Doctor of Engineering Sciences, researcher, OJC «RPC «PSI»,
53, Aviamotornaya str., Moscow, Russia, 111024, teL: (495) 673-45-35.
Area of research: electromagnetic radiation from nonstationary high-energy sources.
Rensky Sergey Igorevich, head of sector, OJC «RPC «PSI», 53, Aviamotornaya str.,
Moscow, Russia, 111024, tel.: (495) 673-45-35, serg.rensk@mail.ru.
Area of research: space system development for high-energy process monitoring in the
Earth atmosphere.
Mozgov Konstantin Sergeevich, Candidate of Physico-mathematical Sciences, head of
department, OJC «RPC «PSI», 53, Aviamotornaya str., Moscow, Russia, 111024, teL: (495) 673-
45-35, mks 150360@mail.ru.
Area of research: electromagnetic radiation from nonstationary high-energy sources.
Shuvalov Vyacheslav Aleksandrovich, Candidate of Engineering Sciences, researcher,
OJC «RPC «PSI», 53, Aviamotornaya str., Moscow, Russia, 111024, tel.: (495) 673-45-35,
S5134146@yandex.ru.
Area of research: space system development for high-energy process monitoring in the
Earth atmosphere.
250

УДК 004.932.2
МЕТОД СЖАТИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ В СИСТЕМАХ ДЗЗ БЕЗ ПОТЕРЬ
©2015 Е.П. Петров, Н.Л. Харина, П.Н. Сухих
Вятский государственный университет, г. Киров
В данной работе представлена математическая модель (ММ) цифрового изображения на основе
двумерной цепи Маркова. На основе ММ разработан алгоритм предсказания элементов цифровых изобра-
жения, передаваемых с борта космического аппарата. Предложенный алгоритм служит основой построения
метода сжатия без потерь изображений в системах ДЗЗ.
Математическая модель, цепь Маркова, цифровое изображение, спутниковое изображение, мат-
рица вероятностей перехода, элемент изображения, предсказание элементов изображения, сжатие изоб-
ражений.
Современные средства дистанци-
онного зондирования Земли (ДЗЗ) фор-
мируют на борту космического аппарата
(КА) огромные объемы информационных
потоков, значительная часть которых
связана с передачей цифровых изображе-
ний (ЦИ). Необходимость применения
компрессии видеоинформации на борту
КА обусловлена использованием датчи-
ков, обеспечивающих съемку земной по-
верхности в различных спектральных
диапазонах с максимально возможным
пространственным разрешением. В
настоящее время для кодирования ЦИ
используются различные алгоритмы, ба-
зирующиеся на следующих основных ме-
тодах: ВТС (усеченное блочное кодиро-
вание), ДИКМ (дифференциальная им-
пульсно-кодовая модуляция), DCT (дис-
кретное косинусное преобразование),
DWT (дискретное вейвлет-
преобразование) [1, 2]. Большинство со-
временных многотонных КА обладают
энергетическими возможностями для
обеспечения непрерывного режима пере-
дачи информации, которого требуют
больших вычислительных ресурсов на
борту КА. Наметившаяся в последнее
время тенденция на «миниатюризацию»
космических средств наблюдения (малые
спутники) ведет к ужесточению требова-
ний к эффективности использования
энергетических ресурсов, и не всегда
позволяет реализовать вышеперечислен-
ные методы сжатия ЦИ, особенно ЦИ с
большим разрешением. Отсюда следует,
что для сжатия ЦИ на борту малых КА
необходимо решить задачу разработки
новых методов, не уступающих по своей
эффективности известным методам сжа-
тия ЦИ, и требующих меньших вычисли-
тельных ресурсов. В данной работе пред-
лагается один из возможных методов
сжатия ЦИ, удовлетворяющий указанным
требованиям.
Будем полагать, что g-разрядное
ЦИ является двумерным марковским
процессом с несколькими состояниями
N = 2s с вектором вероятностей началь-
ных СОСТОЯНИЙ Р = ||р,,Р2’ •••> Рь|Г и мат"
рицами вероятностей переходов (МВП)
'П и 2П из Л/, в соседнее Л/7 состояние
(z,je (V) по горизонтали и вертикали со-
ответственно [3]:
1^	1^.	1 тт-
^11	^12	^IN
^21	К22	^2N
1^-	!«
2_	2_	2 _
П\\	71 \2	^IN
2	2	2
2	_	^21	^22	^2N	Q)
^N1	7FN2	7Tnn
Разработка метода сжатия ЦИ в
таком представлении требует больших
вычислительных ресурсов, особенно для
ЦИ с большим разрешение (g>8). Поэто-
му предлагается разделить g-разрядное
ЦИ на g разрядных двоичных изображе-
ний (РДИ) (рис. 1).
251

Каждое РДИ представляет собой
двумерный марковский процесс с двумя
(/V = 2) равновероятными состояниями
(р, = р2) и МВП 'п и 2П из Л/(. в со-
седнее состояние М. (i,je /V) по гори-
зонтали и вертикали соответственно [3]:
£^=l,zeW,<7 = l,2; (3)
./•=1
и стационарности
/v
р ,=2лЛ’/е•	(4)
./=1
РДИ представляет марковское слу-
чайное поле размером тхп на несим-
метричной полуплоскости, полученной
классической разверткой с левого верх-
него угла слева направо вниз (рис.2).
Элементы МВП (2) удовлетворяют
условию нормировки
4.1 4.1	4з - 4.2	4,4 4,-,	4, 4,	- 4,„ - 4,„
4-и	4-1.2 •••	4-1,4	4ч,	- 4ч.„
4,	-	4,4	1 мч	- 4,„
4„ 4,2 - 4„ч 4,, - 4,„
Рис. 2. Модель РДИ
4-L/-1 „	_
т
4./-I	4.7-
Рис. 3. Окрестность элемента РДИ
Состояние элемента д/. . (/е т,/е л)
зависит только от известных элементов
некоторого подмножества Л;., называе-
мого окрестностью элемента Л/(. Луч-
шим образом удовлетворяющее условию
252

каузальности является конфигурация
окрестности (рис. 3) [3],
Л«	(5)
Вероятности перехода от состоя-
ний элементов окрестности А/у к состо-
янию Mtj образуют МВП вида [3]:
Основой алгоритма является про-
цедура предсказания каждого элемента
РДИ на основе известной окрестности
Л(. j и МВП (6), используя критерий мак-
симальной вероятности. В результате
предсказания формируется РДИ по сле-
дующему правилу - если элемент пред-
сказан верно, то обозначим 0, иначе 1.
При восстановлении РДИ нулевые эле-
менты заменяются результатов предска-
зания, а единичные - инверсией резуль-
тата предсказания.
Рис. 4а. Старший разряд ЦИ
Рис. 46. Сжатый старший разряд ЦИ
В качестве примера на рис. 4а,б
приведен результат предсказания стар-
шего разряда панхроматического ЦИ
(рис. 1), белым показаны области, при-
сутствующие в битовом потоке (рис. 46).
РДИ после предсказания представ-
ляет собой разреженную матрицу, что
позволяет эффективно применять алго-
ритмы кодирования RLE и Хаффмана.
Формализованное описание алго-
ритма [4,5]:
1.	ЦИ разбивается на g РДИ;
2.	Для каждого РДИ вычисляются
МВП по горизонтали 'п и вертикали
2 П, соответственно;
3.	Исходя из МВП *П и 2П вычис-
ляется МВП 3П .
4.	Прогнозируется элемент Му на
основе МВП П и окрестности л, у •
5.	Если Му = Му, то элемент пред-
сказан верно;
6.	Если Му Ф Му, элемент Mtj
предсказан неверно;
7.	Формирование РДИ после пред-
сказания;
8.	Одномерный поток сжимается
кодом Хаффмана;
9.	Полученные данные и служебная
информация записываются в файл фор-
мата mrk.
Младшие РДИ содержат значитель-
ные области с фоном, характеристики ко-
торого близки к белому гауссовскому
шуму. Процедура предсказания в этом
случае мало эффективна, поэтому данные
253

РДИ подвергаются кодированию без
процедуры предсказания. Для принятия
решения о необходимости применения
процедуры предсказания используется
пороговое значение элементов ’д.. и 2лй
МВП (2), равное Н=0,6.
Для исследования эффективности
предложенного алгоритма (выходной
формат .mrk) произведено сжатие сним-
ков (рис. 5-7) поверхности земли со спут-
ника (группа А), беспилотного летатель-
ного аппарата (группа В) и фотографий
(группа С). Исходное разрешение сним-
ков 1920x1200 пикселей (снимки с бес-
пилотного летательного аппарата -
1280x720), в каждой группе представлено
по 100 однотипных снимков.
Рис. 5 - Снимок со спутника
Рис. 6 - Снимок с беспилотного летательного аппарата
Рис. 7 - Фотография
В качестве аналогов представлены
известные алгоритмы сжатия без потерь
PNG (формат .png) и JPEG-LS (формат
.jls). На рисунках 8-10 представлены
графики зависимости среднего коэффи-
циента сжатия в зависимости от размера
изображения. Для оценки быстродей-
ствия алгоритма на рисунках 11-13 пред-
ставлены зависимости среднего времени
сжатия одного изображения в мс, от его
размера.
254

♦— .mrk
Рис. 8. Зависимость степени сжатия от размера изображения для снимков группы Л
Рис. 9. Зависимость степени сжатия от размера изображения для снимков группы В
Рис. 10. Зависимость степени сжатия от размера изображения для снимков группы С
Рис.11 - Зависимость времени сжатия (мс) от размера изображения для снимков группы А
/
Рис. 12 - Зависимость времени сжатия (мс) от размера изображения для снимков группы В
Рис. 13 - Зависимость времени сжатия (мс) от размера изображения для снимков группы С
255

По результатам исследования вид-
но, что предложенный алгоритм не усту-
пает аналогам по быстродействию, и об-
ладает большей степенью сжатия. Алго-
ритм имеет ряд преимуществ:
•	сжатие каждого РДИ происхо-
дит независимо других, это дает возмож-
ность увеличения быстродействия за счет
параллельной обработки РДИ;
•	алгоритм позволяет обрабаты-
вать изображения любой разрядности;
•	алгоритм строится на простых
вычислительных операциях, что снижает
требования к элементной базе. Так реали-
зовав данный алгоритм на ПЛИС можно
существенно сократить энергетические
затраты, не теряя в быстродействии, что
актуально для использования в системах
ДЗЗ на борту КА.
Библиографический список:
1.	Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая
обработка изображений. М.: Техносфера,
2005,- 1072 с.
2.	Яне Б. Цифровая обработка
изображений. М.: Техносфера, 2007. -
584с.
3.	Петров Е.П., Медведева Е.В.,
Харина Н.Л. Математическая модель
цифровых полутоновых изображений
Земли из космоса// Материалы II Всерос.
НТК «Актуальные проблемы ракетно-
космической техники» - Самара, 2011.-
с. 179-185
4.	Петров Е.П., Харина Н.Л.,
Ржаникова Е.Д. Метод сжатия цифровых
полутоновых изображений на основе
цепей Маркова с несколькими
состояниями//Материалы	III
Всероссийской НТК «Актуальные
проблемы	ракетно-космической
техники»- Самара, 2013. - с. 163-170
5.	Петров Е.П., Харина Н.Л.,
Ржаникова Е.Д. Метод сжатия цифровых
изображений без потерь минимальными
вычислительными ресурсами// Труды
РНТОРЭС им. А. С. Попова. Серия:
Цифровая обработка сигналов и ее при-
менение. - М., 2015. Вып.: XVII-2, - с.
544-548
6.	Яндекс. Карты // Яндекс [сайт].
[2015]. URL: http://market.yandex.ru. (дата
обращения: 15.05.2015).
References:
1.	Gonzalez R. С., Woods R. E.
Digital Image Processing. M.:
Technosphera, 2005. - 1072 p.
2.	Yane B. Digital Image
Processing. Technosphera, 2007. - 584 p.
3.	Petrov E.P., Medvedeva E.V.,
Kharina N.L. Mathematical model of digital
half-tone images of Earth from space//
Proceedings of II scientific-technical conf.
«Actual problems of the missile and space
equipment» - Samara, 2011 - p. 179-185
4.	Petrov E.P., Kharina N.L.,
Rzhanikova E.D. Method of digital half-tone
images compression on the basis of Markov
chains with several states// Proceedings of
III scientific-technical conf. «Actual
problems of the missile and space
equipment» - Samara, 2013 - p. 163-170
5.	Petrov E.P., Kharina N.L.,
Rzhanikova E.D. Method of digital images
compression without loss minimum
computing resources// Proceedings 17
International conference «Digital Signal
Processing and its Applications - DSPA-
2013», Moscow, 2015. - pp. c. 544-548.
6.	Yandex. Maps // Yandex [сайт].
[2015]. URL: http://market.yandex.ru. (enter
data: 15.05.2015).
256

METHOD OF IMAGES COMPRESSION IN EARTH REMOTE SENSING SYSTEMS
WITHOUT LOSS
©2015 E.P. Petrov, N.L. Kharina, P.N. Suhih
Vyatka State University, Kirov
The mathematical model (MM) of digital image on the basis of a twodimensional Markov chain is
presented. On the basis of MM the algorithm of a prediction of digital images elements transferred from a spacecraft
board is developed. The offered algorithm forms a basis of creation of a method of images compression without loss
in earth remote sensing systems.
Mathematical model, Markov chain, digital image, satellite image, a matrix of probabilities of transition,
prediction of digital images elements, image compression
Информация об авторах:
Петров Евгений Петрович, доктор технических наук, профессор, заведующий
кафедрой радиоэлектронных средства, Вятский государственный университет, г.Киров
e-mail: eDDetrov@mail.ru.
Область научных интересов - исследование алгоритмов и устройств цифровой
фильтрации дискретных коррелированных сигналов, цифровая обработка изображений.
Petrov Eugeny Petrovich, Dr. Tech. Sci., the professor, the Head of the Department of
the Radio Electronic Means, Vyatka State University, Kirov.
Area of scientific interests - research of algorithms and devices of digital filtration of dis-
crete correlated signals, digital processing of images.
Харина Наталья Леонидовна, кандидат технических наук, доцент кафедры ра-
диоэлектронных средств, Вятский государственный университет, г. Киров.
e-mail: natal res@mail.ru.
Область научных интересов: многомерные марковские поля в обработке изображе-
ний.
Kharina Natalya Leonidovna, Cand.Tech.Sci., the associate-professor of Department of
the Radio Electronic Means, Vyatka State University, Kirov.
Area of scientific interests - multidimensional Markov fields in digital image processing.
Сухих Павел Николаевич, аспирант, Вятский государственный университет,
г. Киров, e-mail: raznodel@vandex.ru.
Область научных интересов: многомерные марковские поля в обработке изображе-
ний.
Suhih Pavel Nikolaevich, the postgraduate of the department of radio-electronic devices,
Vyatka state university, Kirov.
Area of scientific interests - multidimensional Markov fields in digital image processing.
257

УДК 004.932.2
МЕТОД ВЫДЕЛЕНИЯ КОНТУРОВ НА СПУТНИКОВЫХ СНИМКАХ
©2015 Н.Л. Харина
Вятский государственный университет, г. Киров
В данной работе представлена математическая модель (ММ) цифрового изображения на основе дву-
мерной цепи Маркова. На основе ММ разработан алгоритм выделения контуров на спутниковых изображе-
ниях.
Математическая модель, цепь Маркова, цифровое изображение, спутниковое изображение, матри-
ца вероятностей перехода, выделение контуров.
Выделение контуров на цифровых
изображениях (ЦИ) занимает централь-
ное место при обработке информации в
системах дистанционного зондирования
Земли (ДЗЗ) и других предложениях,
представляя собой начальный и решаю-
щий этап в распознавании объектов. Вы-
бор того или иного метода сегментации
зависит от конечной цели всего процесса
обработки изображений, типа обрабаты-
ваемых изображений, имеющихся вычис-
лительных мощностей. Труднее всего
выбрать алгоритм для выделения конту-
ров ЦИ с небольшим градиентом, како-
выми являются изображения, получен-
ные с спутников в системах ДЗЗ. Поэто-
му разработка алгоритмов сегментации,
способных функционировать с такими
ЦИ, является особенно актуальной и
важной задачей.
Большинство алгоритмов выделе-
ния контуров на цифровых изображениях
основаны на вычислении градиента изоб-
ражения. Наиболее распространенными
являются операторы Робертса, Превитта,
Собела.
Оператор Робертса основан на
дифференцировании амплитуды сигнала
[1]
Э/ (х,у)/дх ~ tyx(x,y)= f(x,y)-f(x - 1,у);
Э/(х,у)/Эу ~ \fy(x,y) = f(x,y)~ f\x,y - 1).
Градиент изображения вычисляется
при помощи матриц свертки
где А - исходное изображение; * - опера-
тор свертки; G - градиент изображения.
Оператор Превитта основывается на
понятии центральной разности [1]
д/(х,у)/дх ~ Д/Х(х,у)= (f(x + 1,у)- f(x - \,у))/2-,
3/(т,у)/Эу ~ A/V(x,y) = (f(x,y + 1)- f(x,y - 1))/2.
При этом вычисляется градиент
изображения по матрицам свертки
	-1 0 + 1“		-1 -1 -1“	
Gx =	-1 0 +1	* А > G„ =	ООО	* л ’
	-1 0 +1		+1 +1 +1	
	G	=Jgx+g^, .		
Оператор Собела тоже основывает-
ся на понятии центральной разности, но
вес центральных пикселей увеличивается
вдвое [1].
В отличие от рассмотренных мето-
дов предлагаемый метод основан на ма-
тематической модели изображения на ос-
нове двумерной цепи Маркова [2] и тре-
258

бует для своей реализации минимум вы-
числительных ресурсов. При этом не тре-
буется использование полноразрядного
изображения, достаточно старшего раз-
рядного двоичного изображения (РДИ)
яркостной компоненты цветного изобра-
жения YCbCr (рис. 1).
а) тестовое изображение
б) старший разряд тестового изображения
Рис. 1. Тестовое ЦИ и его старший разряд
Старшее РДИ представляет собой
двумерный марковский процесс с N - 2
равновероятными состояниями (р{=р2) и
МВП 'П и 2П из Л/; в соседнее состоя-
ние Mj. (i,jeN) по горизонтали и вер-
тикали соответственно [2]:
Я'н	#|2
#2!	7Г22
, 2П =
2	2
^11	^12
#21	^22
•(2)
Элементы МВП (2) удовлетворяют
условию нормировки
N	__
2Х=1-,еЛ'-г = 1-2;	<’)
;=1
и стационарности
р	N •	(4)
;=1
РДИ представляет марковское
случайное поле размером тхп на
несимметричной полуплоскости, полу-
259

ценной классической разверткой с левого
верхнего угла слева направо вниз (рис.2).
П =
Чп
412
421
422
411
4,2
421
422
•(6)
Ч, Ч2 - Чн Ч, - Ч,
ч.1 ч,2 ••• Ч;-1 ч, ••• Чл
Ч-ц м,и ... м,_1И	... л/,_и„
ч.Чл_- ч>-1 |ГчГ - ч„
Л/„, 1 Э	• • • Мт ; .	М,„;	• • • Мт „
т,\	т,2.	m,j—i m,j	т,п
Рис. 2. Модель РДИ
4------------>4
MiJ-\	М ij
Рис. 3. Окрестность элемента РДИ
Состояние элемента	Мt у
(iem,jen) зависит только от известных
элементов некоторого подмножества
Az •, называемого окрестностью элемен-
та М{, fЛучшим образом удовлетворя-
ющее условию каузальности является
конфигурация окрестности (рис. 3) [2]
(5)
Вероятности перехода от состояний
элементов окрестности А,- • к состоянию
М. . образуют МВП вида [2]:
Для выделения контуров применя-
ется метод предсказания элементов РДИ
[3,4], позволяющий удалить статистиче-
скую избыточность ЦИ, при этом все
«оставшиеся» биты составляют контур
объектов изображения. Формализованное
описание метода:
1.	Для РДИ вычисляются МВП по
1 п	2
горизонтали П и вертикали П , соот-
ветственно;
2.	Исходя из МВП 'П и 2П вы-
числяется МВП П.
3.	Прогнозируется элемент Л/, на
основе МВП и окрестности Л,..
4.	Если Л/ = Л/. , то элемент пред-
сказан верно и заменяется значением 0;
5.	Если Чу * Ч,-, элемент М~
предсказан неверно и заменяется значе-
нием 1;
6.	Формирование контура ЦИ.
На рис. 4 приведен пример выделе-
ния контуров тестового изображения
(рис.1) с применением стандартных ме-
тодов Робертса (рис. 4а), Превитта
(рис.4б), Собела (рис. 4в) и с применени-
ем предложенного метода (рис. 4.в).
а) выделение контуров с применением оператора Робертса
260

б) выделение контуров с применением оператора Превитта
в) выделение контуров с применением оператора Собела
г) выделение контуров с применением предложенного метода
Анализ результатов показывает эф-
фективность предложенного метода при
обработке ЦИ с малым градиентом. Осо-
бенностями метода являются:
261

-	отсутствие вычислительных опе-
раций,
-	при обработке используется толь-
ко старшее РДИ;
-	простота реализации.
Библиографический список:
1.	Фисенко В.Т., Фисенко Т.Ю.
Компьютерная обработка	и
распознавание	изображений.	-
СПб.:СПбГУ ИТМО, 2008. - 192 с.
2.	Петров Е.П., Медведева Е.В.,
Харина Н.Л. Математическая модель
цифровых полутоновых изображений
Земли из космоса// Материалы II Всерос.
НТК «Актуальные проблемы ракетно-
космической техники» - Самара, 2011. -
с. 179-185
3.	Петров Е.П., Харина Н.Л.,
Ржаникова Е.Д. Метод сжатия цифровых
полутоновых изображений на основе
цепей Маркова с несколькими
состояниями // Материалы III
Всероссийской НТК «Актуальные
проблемы	ракетно-космической
техники»- Самара, 2013. - с. 163-170
4.	Петров Е.П., Харина Н.Л.,
Ржаникова Е.Д. Метод сжатия цифровых
изображений без потерь минимальными
вычислительными ресурсами// Труды
РНТОРЭС им. А. С. Попова. Серия:
Цифровая обработка сигналов и ее
применение. - М., 2015. Вып.: XVII-2, - с.
544-548
References:
1.	Phisenko V.T., Phisenko T.Yu.
Image computer processing and recognition.
- SPb SPbSU ITMO, 2008. - 192 p.
2.	Petrov E.P., Medvedeva E.V.,
Kharina N.L. Mathematical model of digital
half-tone images of Earth from space//
Proceedings of II scientific-technical conf.
«Actual problems of the missile and space
equipment» - Samara, 2011 - p. 179-185
3.	Petrov E.P., Kharina N.L.,
Rzhanikova E.D. Method of digital half-tone
images compression on the basis of Markov
chains with several states// Proceedings of
III scientific-technical conf. «Actual
problems of the missile and space
equipment» - Samara, 2013 - p. 163-170
4.	Petrov E.P., Kharina N.L.,
Rzhanikova E.D. Method of digital images
compression without loss minimum
computing resources// Proceedings 17
International conference «Digital Signal
Processing and its Applications - DSPA-
2013», Moscow, 2015. - pp. c. 544-548
METHOD OF CONTOURS SELECTION ON SATELLITE IMAGES
©2015 N.L. Kharina
Vyatka State University, Kirov
In this work the mathematical model (MM) of digital image on the basis of a twodimensional Markov chain
is presented. On the basis of MM the algorithm of contours selection on satellite images is developed.
Mathematical model, Markov chain, digital image, satellite image, a matrix of probabilities of transition,
contours selection
Информация об авторе:
Харина Наталья Леонидовна, кандидат технических наук, доцент кафедры радио-
электронных средств, Вятский государственный университет, г. Киров.
e-mail: natal res@mail.ru.
Область научных интересов: многомерные марковские поля в обработке изображе-
ний.
Kharina Natalya Leonidovna, Cand.Tech.Sci., the associate-professor of Department of
the Radio Electronic Means, Vyatka State University, Kirov.
e-mail: natal res@mail.ru.
Area of scientific interests - multidimensional Markov fields in digital image processing.
262

УДК 528.8
СПОСОБ РЕАЛИЗАЦИИ МНОГОКРАТНОЙ АДАПТИВНОЙ
КОСМИЧЕСКОЙ СТЕРЕОСЪЁМКИ ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ
©2015 Г.П. Аншаков, Г.Н. Мятов, В.А. Малиновский
АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Рассматривается способ многократной стереосъёмки заданного участка поверхности Земли при од-
ном пролёте. Приводятся сравнительные характеристики существующего и предлагаемого способа стерео-
съёмки.
Ключевые слова: дистанционное зондирование Земли, цифровая модель рельефа, стереосъёмка, тан-
гажное замедление
В настоящее время наиболее значи-
мыми информационными продуктами,
создаваемыми на основе данных дистан-
ционного зондирования Земли (ДЗЗ)
становятся цифровые модели рельефа
(ЦМР) местности, что связано, прежде
всего, с высокой потребностью в таких
продуктах на мировом рынке данных
ДЗЗ, а также с появлением новых инно-
вационных методов и средств, обеспечи-
вающих реализацию процесса получе-
ния, обработки и предоставления потре-
бителям информации такого рода.
Наиболее важную роль применение
цифровых моделей рельефа местности
играет при решении задач картографиро-
вания, которые в свою очередь исполь-
зуются для таких разнообразных прило-
жений, как трехмерная визуализация,
анализ поверхности в целях «прецизион-
ного земледелия», картирование в преде-
лах прямой видимости для размещения
станций сотовой связи и прокладки трасс
теплоносителей, анализ аварийных ситу-
аций (так называемого картирования
наводнений), навигация и т. д.
Задача создания ЦМР достаточно
успешно решается космическими сред-
ствами наблюдения, обеспечивающими
стереосъёмку поверхности Земли, напри-
мер, КА «Ресурс-П». При этом реализу-
ется максимальная длительность марш-
рута стереосъёмки 115 км, а при реализа-
ции триплета длина маршрута не превы-
шает 20 км.
Предлагаемый адаптивный режим
может за счёт уменьшения углов конвер-
генции не только обеспечить значительно
большую длину маршрута, но и реализо-
вать мультиплетную съёмку, обеспечивая
получение до 11 стереопар для каждой
точки земной поверхности на маршруте
съёмки.
Возможность реализации нового
адаптивного режима стереосъёмки осно-
вана на следующем.
При съёмке поверхности Земли не-
сколькими оптико-электронными преоб-
разователями (ОЭП), например, двумя
или тремя, съёмка одной и той же точки
производится с определённым времен-
ным сдвигом(Ал7(,,г,Д значение которого
зависит от расстояния между фотозонами
(/) ОЭП-ми и скорости бега изображения
в фокальной плоскости (Г/р) (As7m-„ =
HVpp), а следовательно, формируется сте-
реопара, базис (5) которой будет равен
произведению временного сдвига на ско-
рость полёта носителя (B=J/s7m,„ Ks-c).
Очевидно, значение стерео базиса
можно изменять, варьируя расстоянием
между ОЭП или скоростью бега изобра-
жения в фокальной плоскости. Наиболее
доступным способом изменения стерео
базиса является изменение скорости бега
изображения (например, с помощью тан-
гажного замедления), при этом закон из-
менения угловой скорости выбирается из
условия обеспечения постоянства значе-
ния скорости движения изображения в
фокальной плоскости (в её центре).
Результаты расчёта основных ха-
рактеристик нового режима стереосъёмки
и его сопоставление с используемым в
263

настоящее время режимом приведены в
табл.1.
Табл. 1 - Сравнительные характеристики вариантов стереомаршрутов (Н=470 км)
Основные характеристики	Существующий вариант(А) (стереосъёмка)	Предлагаемый вариант (Б) (триплет)	Примечание
Длина маршрута, км	115	от 155 до 545	углы конвергенции для (Б) - от 16,48° до 6,6° соответ- ственно
Угол упреждения,...°	+30; -30 (дискретно)	от +30 до -30 (непрерывно)	(Б) - изменение с постоянной угловой скоростью
Количество стереопар	1	6 (МС) + 5(ПХ+МС)=11	
Надирная съёмка	отсутствует	есть	
Уровень разрешения (проекция пиксела)	0,98	0,98...0,71 (ПХ) 2,47...2,12 (МС)	ПХ - 1 маршрут МС - 5 маршрутов
При другом варианте построения
фокальной плоскости целевой аппарату-
ры возможно заметное улучшение харак-
теристик предлагаемого режима.
METHOD OF REALIZATION REPEATED ADAPTIVE
SPACE STEREOSHOOTING OF THE EARTH SURFACE
©2015 G.P. Anshakov, G.N. Myatov, V.A. Malinovskii
JSC «SRC «Progress», Samara
A method of multiple stereo photography given portion of the surface of the Earth are discussed. Results of
the spent experimental works are discussed. Comparative characteristics currently used on the spacecraft
"Resource-P" in stereo mode and offer mode.
Keywords: remote sensing, digital elevation model, slow angular motion
Сведения об авторах:
Аншаков Геннадий Петрович, доктор технических наук, член-корреспондент
РАН, профессор, заместитель генерального конструктора, АО «Ракетно-космический
центр «Прогресс», т. (846) 992-61-98. e-mail: csdb@samspace.ru.
Область научных интересов: дистанционное зондирование Земли, методы обработки
информации дистанционного зондирования Земли.
Anshakov Gennadiy Petrovich, Doctor of Engineering, Corresponding Member of Rus-
sian Academy of Sciences, professor, Deputy General Designer, JSC «SRC «Progress», Samara,
Russian Federation, phone (846) 992-61-98, e-mail: csdb@samspace.ru.
Research interests are in the field remote sensing, methods of processing remote sensing
information.
Мятов Геннадий Николаевич, кандидат технических наук, зам. главного конструк-
тора - зам. начальника отделения, АО «Ракетно-космический центр «Прогресс»,
т. (846) 228-10-62, e-mail: csdb@samspace.ru.
Область научных интересов: дистанционное зондирование Земли, методы обработки
информации дистанционного зондирования Земли.
264

Myatov Gennadiy Nikolaevich, candidate of technical science, deputy chief designer -
deputy head of department, JSC «SRC «Progress», Samara, Russian Federation, phone (846)
228-10-62, e-mail: csdb@samspace.ru.
Research interests are in the field remote sensing, methods of processing remote sensing
information.
Малиновский Владимир Андреевич, заместитель начальника отдела, АО «Ракет-
но-космический центр «Прогресс», т. (846) 228-99-90, vladmalinovski@gmail.com.
Область научных интересов: дистанционное зондирование Земли, методы обработ-
ки информации дистанционного зондирования Земли, методы измерения координат объ-
ектов, радиолокационные системы с синтезированной апертурой.
Malinovskii Vladimir Andreevich, JSC «SRC «Progress», Samara, Russian Federation,
assistant chief of department, tel. (846)-228-99-90, vladmalinovski@gmail.com.
Research intrests are in the field remote sensing, methods of processing remote sensing in-
formation, measurement of position data, synthetic aperture radars.
265

УДК 004.932
ВЫРАВНИВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАЗРЕШЕНИЯ
ГИПЕРСПЕКТРАЛЬНЫХ СНИМКОВ ЗЕМЛИ,
ПОЛУЧЕННЫХ В РАЗЛИЧНЫХ СПЕКТРАЛЬНЫХ ДИАПАЗОНАХ
©2015 Н.А. Егошкин, В.В. Еремеев, А.А. Макаренков
Рязанский государственный радиотехнический университет, г. Рязань
Рассматривается подход к выравниванию пространственных разрешений гиперспектральных сним-
ков, полученных от различных видеотрактов гиперспектральной аппаратуры, с целью формирования едино-
го гиперкуба данных. Выравнивание разрешений производится на основе линейной фильтрации снимков, с
расчетом параметров фильтра на основе обрабатываемых изображений.
Ключевые слова: гиперспектральные изображения, комплексирование, повышение пространствен-
ного разрешения, фильтрация изображения
При создании современной гипер-
спектральной съемочной аппаратуры
прослеживается тенденция охватить в
одном приборе съемку в спектральном
диапазоне 0,4 - 2,5 мкм (видимый, ближ-
ний ПК и ИК-диапазоны) [1]. По техни-
ческим соображениям в практике постро-
ения гиперспектрометров получило раз-
витие решение, когда достаточно широ-
кая спектральная область съемки разби-
вается на ряд частично перекрывающихся
диапазонов. Излучение в каждом из этих
диапазонов независимо регистрируется с
помощью отдельного оптико-
электронного тракта, состоящего из оп-
тического узла, диспергирующего эле-
мента и оптикоэлектронного преобразо-
вателя (ОЭП) [1]. При этом все ОЭП вы-
полняют съемку одного и того же участка
земной поверхности, но в различных
спектральных диапазонах. По такому
принципу, например, построены гипер-
спектрометры, установленные на КА
«Ресурс-П» [2] и КА EarthObserver-1 [3].
В результате съемки подобной аппарату-
рой формируется несколько гиперкубов
(каждый в определенном спектральном
диапазоне). Вероятны ситуации, когда
эти гиперкубы отличаются простран-
ственным разрешением. Стоит задача
объединения этих данных в единый ги-
перкуб, охватывающий все спектральные
диапазоны исходных гиперкубов.
В докладе рассматривается 2 по-
становки задачи выравнивания простран-
ственных разрешений видеоданных от
различных ОЭП: l-я постановка - это
приведение видеоданных с худшим раз-
решением к лучшим, при этом гиперкуб с
лучшим разрешением не изменяется;
2-я постановка - это приведение разре-
шений всех гиперкубов к некоторому
среднему.
Для решения задач в этих поста-
новках предлагается применять линей-
ную фильтрацию снимков. Параметры
корректирующего фильтра предлагается
оценивать на основе обрабатываемых
изображений с использованием двух воз-
можных подходов: в пространственной
области - с помощью метода наимень-
ших квадратов и в спектральной области
- на основе отношения фурье-образов
каналов гиперспектрального снимка.
Предлагаемые подходы являются разви-
тием результатов, полученных в работе
[4].
В результате экспериментальных
исследований установлено, что преиму-
ществом по точности и универсальности
обладает пространственных подход к по-
иску параметров корректирующего филь-
тра. В настоящее время детально иссле-
дована 1-я постановка задачи. При обра-
ботке с использованием предложенных
алгоритмов видеоданных от ОЭП1 и
ОЭП2 гиперспектральной съемочной ап-
паратуры, установленной на космические
аппараты серии «Ресурс-П» удалось со-
кратить разницу пространственных раз-
266

решений вдвое, приблизив разрешение
ОЭП2 (худший) к ОЭП1 (лучший). Авто-
рами ведутся исследования задачи во 2-й
постановке.
Библиографический список:
1.	Архипов С.А., Кравченко С.О., Ли
А.В., Линько В.М., Морозов С.А. Схем-
ные решения оптического тракта изобра-
жающих спектрометров // Матер, научн.
техн. конф. “Гиперспектральные прибо-
ры и технологии”. М: ОАО “Красногор-
ский завод им. С.А. Зверева”, 2013 - С.
44—45.
2.	Архипов С.А., Ляхов А.Ю., Тара-
сов А.П. Работы ОАО “Красногорский
завод им. С.А. Зверева” по созданию ги-
перспектральных приборов дистанцион-
ного зондирования // Матер, научн. техн,
конф. “Гиперспектральные приборы и
технологии”. М: ОАО “Красногорский
завод им. С.А. Зверева”, 2013 - С. 25-30.
3.	Mark A. Folkman, Jay Pearlman,
Lushalan В. Liao, Peter J. Jarecke, "EO-
1/Hyperion hyperspectral imager design,
development, characterization, and calibra-
tion", Proc. SPIE 4151, Hyperspectral Re-
mote Sensing of the Land and Atmosphere,
40 (February 8, 2001).
4.	Егошкин H.A., Еремеев В.В. Кор-
рекция смаза изображений в системах
космического наблюдения земли // Циф-
ровая обработка сигналов. №4. 2010 - С.
28-32.
References:
1.	Archipov S.A., Kravchenko S.O.,
Li A.V., Linko V.M., Morozov S.A. Sche-
matic solutions of optical path of imaging
spectrometers, Proc. “Hyperspectral devices
and technologies”. Moscow: JSC “Kras-
nogorskiy zavod im. S. A. Zvereva”, 2013 —
pp. 44-45.
2.	Archipov S.A., Lyahov A.U.,
Tarasov A.P. Works of the JSC “Krasnogor-
skiy zavod im. S. A. Zvereva” in the field of
development of hyperspectral Earth remote
sensing devices, Proc. “Hyperspectral devic-
es and technologies”. Moscow: JSC “Kras-
nogorskiy zavod im. S. A. Zvereva”, 2013 —
pp. 25-30.
3.	Mark A. Folkman, Jay Pearlman,
Lushalan B. Liao, Peter J. Jarecke, "EO-
1/Hyperion hyperspectral imager design,
development, characterization, and calibra-
tion", Proc. SPIE 4151, Hyperspectral Re-
mote Sensing of the Land and Atmosphere,
40 (February 8, 2001).
4.	Egoshkin N.A., Eremeev V.V. Space
Earth remote sensing imagery blur correc-
tion, Cifrovaya obrabotka signalov. №4.
2010-pp. 28-32.
NORMALIZATION OF SPATIAL RESOLUTIONS OF HYPERSPECTRAL IMAGES
OF EARTH OBTAINED IN SEVERAL DIFFERENT SPECTRAL RANGES
©2015 N.A. Egoshkin, V.V. Eremeev, A.A. Makarenkov
Ryazan state radioengineering university
Method of normalization of spatial resolutions of hyperspectral images obtained in several different spec-
tral ranges is presented. Purpose of this method is to generate a hypercube with consistent spectral resolution by
combining several source images. Normalization of spatial resolutions is performed by linear filtering of images
Parameters of filter are obtained by processing of source images.
Keywords: hyperspectral imagery, image fusion, increasing of spatial resolution, image filtering
267

Информация об авторах:
Егошкин Николай Анатольевич, к.т.н., ведущий научный сотрудник НИИ
«Фотон» РГРТУ, 390005, Россия, г. Рязань, ул. Гагарина, 59/1, т. (4912) 46-03-72,
foton@rsreu.ru.
Область научных интересов: цифровая обработка изображений.
Еремеев Виктор Владимирович, д.т.н., профессор, директор НИИ «Фотон» РГРТУ,
390005, Россия, г. Рязань, ул. Гагарина, 59/1, т. (4912) 46-03-72, foton@rsreu.ru.
Область научных интересов: цифровая обработка изображений.
Макаренков Александр Алексеевич, младший научный сотрудник НИИ «Фотон»
РГРТУ, аспирант кафедры вычислительной и прикладной математики РГРТУ, 390005,
Россия, г. Рязань, ул. Гагарина, 59/1, т. (4912) 46-03-72, foton@rsreu.ru.
Область научных интересов: цифровая обработка изображений.
Egoshkin Nikolay Anatolievich, candidate of technical science, leader researcher of SRI
“Foton” RSREU, 390005, Russia, Ryazan, Gagarina str., 59/1, (4912) 46-03-72, foton@rsreu.ru.
Area of research: digital image processing.
Eremeev Victor Vladimirovich, doctor of technical science, professor, head of SRI
“Foton” RSREU, 390005, Russia, Ryazan, Gagarina str., 59/1, (4912) 46-03-72, foton@rsreu.ru.
Area of research: digital image processing.
Makarenkov Aleksandr Alekseevich, junior researcher of SRI “Foton” RSREU, post-
graduate student, 390005, Russia, Ryazan, Gagarina str., 59/1, (4912) 46-03-72, foton@rsreu.ru.
Area of research: digital image processing.
268

УДК 004.932
ВЫСОКОТОЧНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ГИПЕРКУБА
©2015 С.А. Бибиков1’2, Е.В. Гошин1’2, Ю.Н. Журавель3, М.О. Згонникова3,
А.П. Котов1’2, В.А. Фурсов1’2
'Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика
С.П. Королёва (Национальный исследовательский университет), г. Самара
2Институт систем обработки изображений РАН
3АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Рассматривается задача формирования гиперкуба по двум полугиперкубам, регистрируемым косми-
ческим аппаратом «Ресурс-П». Технология включает в себя два этапа. На первом этапе осуществляется
предварительное совмещение изображений из перекрывающихся спектральных диапазонов с целью устра-
нения больших относительных сдвигов. На втором этапе осуществляется поиск ключевых точек для вы-
бранной пары изображений. Среди найденных ключевых точек определяются пары соответствующих то-
чек, с последующим отбрасыванием ложных. Для выбранного изображения строится триангуляционная сет-
ка Делоне на полученном множестве прореженных ключевых точек. Затем осуществляется высокоточное
совмещение путем последовательного применения аффинного преобразования для каждой пары соответ-
ствующих треугольников. В докладе приводятся результаты экспериментов, иллюстрирующие высокое ка-
чество совмещения полугиперкубов.
Ключевые слова: Гиперкуб, совмещение, ключевые и соответствующие точки, триангуляция Делоне,
аффинное преобразование
Специфической особенностью ап-
паратуры регистрации гиперспектраль-
ных изображений на космическом аппа-
рате (КА) «Ресурс - П» является то, что
два полу гиперкуба одного и того же
участка местности формируются в раз-
ных оптических каналах [1]. При этом
вследствие неизбежных погрешностей
изготовления аппаратуры возникают от-
носительные сдвиги пикселей в полуку-
бах, что является источником больших
ошибок на этапе тематической классифи-
кации гиперспектральных изображений
[2].
Для устранения относительных
сдвигов и совмещения полукубов имеется
возможность использовать изображения
одного и того же участка местности, за-
регистрированные в различных оптиче-
ских каналах, но в одном спектральном
диапазоне. Поэтому для формирования
гиперкуба из двух полукубов достаточно
найти преобразование, обеспечивающее
их высокоточное совмещение, и затем
применить это преобразование ко всем
изображениям в других спектральных
диапазонах.
Проблема построения указанного
преобразования состоит в том, что вели-
чина относительных сдвигов существен-
ным образом зависит от ракурса съемки и
других параметров движения КА. Про-
блема усугубляется тем, что съемка ве-
дется с использованием ПЗС-линейки.
Поэтому даже при небольших угловых
движениях КА в ходе съемки, величина
относительных сдвигов носит локальный
характер и изменяется по полю изобра-
жения.
С учетом сказанного выше предла-
гается технология, включающая два эта-
па. На первом этапе осуществляется
предварительное совмещение изображе-
ний из перекрывающихся спектральных
диапазонов с целью устранения больших
относительных сдвигов. На втором этапе
ищется преобразование, по которому
происходит окончательное совмещение.
Точность совмещения зависит от точно-
сти найденных пар соответствующих то-
чек. Пары соответствующих точек опре-
деляются среди найденных ключевых то-
чек, с последующим отбрасыванием
ложных. На полученном множестве про-
реженных ключевых точек строится три-
269

ангуляционная сетка Делоне. Затем осу-
ществляется высокоточное совмещение
путем последовательного применения
аффинного преобразования для каждой
пары соответствующих треугольников.
На рис. 1 показана схема технологии, в
которой указаны основные процедуры.
Рис. I Схема технологии с указанием процедур
Предлагаемая технология обеспе-
чивает точное нахождение соответству-
ющих треугольников. Преобразование
заключается в независимом преобразова-
нии каждого треугольника по найденной
матрице аффинного преобразования. Та-
кое преобразование позволяет сформиро-
вать слои. Заключительной процедурой
формирования гиперспектрального изоб-
ражения является его геопривязка. Ис-
пользуются данные геопривязки, полу-
ченные из исходного гиперкуба. Сфор-
мированный гиперкуб имеет выходной
формат файла GeoTIFF. Дальнейшую об-
работку гиперкуба можно осуществлять в
программном комплексе ENVI.
Работа выполнена при финансовой
поддержке Российского Научного Фонда,
грант №14-31-00014 "Создание лаборато-
рии прорывных технологий дистанцион-
ного зондирования Земли".
Библиографический список:
1.	А.Н. Кириллин, Р.Н. Ахметов,
С.В. Тюлевин, С.В. Сторож, Н.Р. Страти-
латов, А.Н. Бакланов. Космический аппа-
рат дистанционного зондирования Земли
«Ресурс-П». Сборник материалов III Все-
российской научно-технической конфе-
ренции «Актуальные проблемы ракетно -
космической техники (III Козловские
чтения). ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-
270

Прогресс», Самара, Россия, 16-20 сентяб-
ря 2013 г., с. 23-24.
2.	Г.П. Аншаков, Ю.Н. Журавель,
А.А. Федосеев. Эффективность исполь-
зования мультиспектральных и гипер-
спектральных данных дистанционного
зондирования в задачах мониторинга
окружающей среды. Сборн ик материалов
III Всероссийской научно-технической
конференции «Актуальные проблемы ра-
кетно - космической техники (III Козлов-
ские чтения). ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-
Прогресс», Самара, Россия, 16-20 сентяб-
ря 2013 г., с. 138-139.
3.	Сойфер В.А. Методы компью-
терной обработки изображений. - М.:
ФИЗМАТЛИТ, 2003. - 784 с.
HIGH PRECISION TECHNOLOGY OF HYPERSPECTRAL IMAGING
©2015 S.A. Bibikov1’2, Ye.V. Goshin1’2, Y.N. Zhuravel3, M.O. Zgonnikova3,
A.P. Kotov1’2, V.A. Fursov1’2
1 Samara State Aerospace University
2 Image Processing Systems Institute
3 JSC «SRC «Progress», Samara
The technology includes two stages. In the first stage, the pre-alignment of images from overlapping spectral
ranges in order to eliminate large relative shifts. At the second stage, the search for control points of the selected pair
of images. Among the found points are determined by a pair of corresponding points, followed by discarding false.
The selected image is constructed Delaunay triangulation to obtain a plurality of punctured points. Then, a high-
precision alignment through the consistent application of the affine transformation for each pair of corresponding
triangles.
Key words: hyperspectral image, merging, keypoints, Delaunay triangulation, affine transform
Информация об авторах:
Бибиков Сергей Алексеевич, к.т.н., доцент кафедры суперкомпьютеров и общей
информатики, СГАУ, 443 086, Россия, г. Самара, Московское ш. 34, Межвузовский Меди-
ацентр (корпус № 15 СГАУ), ауд. 119, т. (846)270-96-24, bibikov.sergei@gmail.com.
Область научных интересов: обработка изображений, цветовая коррекция, устране-
ние технологических артефактов, параметрическая идентификация
Гошин Егор Вячеславович, к.т.н., ассистент кафедры суперкомпьютеров и общей
информатики, СГАУ, 443 086, Россия, г. Самара, Московское ш. 34, Межвузовский Меди-
ацентр (корпус № 15 СГАУ), ауд. 119, т. (846)270-96-24, goshine@vandex.com.
Область научных интересов: методы обработки и распознавания изображений, па-
раллельные вычисления, стереозрение.
Журавель Юлия Николаевна, зам. начальник отдела-начальник сектора, АО «РКЦ
«Прогресс», г. Самара. E-mail: csdb@samspace.ru.
Область научных интересов: дистанционное зондирование Земли, методы обработ-
ки изображений.
Згонникова Мария Олеговна, инженер конструктор 3 кат. АО «РКЦ «Прогресс»,
г. Самара. E-mail: csdb@samspace.ru.
Область научных интересов: дистанционное зондирование Земли, методы обработ-
ки изображений.
Котов Антон Петрович, аспирант кафедры суперкомпьютеров и общей информати-
ки, СГАУ, 443 086, Россия, г. Самара, Московское ш. 34, Межвузовский Медиацентр
(корпус № 15 СГАУ), ауд. 119, т. (846)270-96-24, antonykotov@gmail.com.
Область научных интересов: методы обработки и распознавания изображений, па-
раллельные вычисления.
271

Фурсов Владимир Алексеевич, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой суперком-
пьютеров и общей информатики, СГАУ, 443 086, Россия, г. Самара, Московское ш. 34,
Межвузовский Медиацентр (корпус № 15 СГАУ), ауд. 117, т. (846)267-48-36,
fursov@ssau.ru.
Область научных интересов: теория и методы оценивания по малому числу измере-
ний, методы обработки и распознавания изображений, построение параллельных алго-
ритмов обработки и распознавания изображений реализуемых с использованием много-
процессорных вычислительных систем.
Bibikov Sergey Alekseyevich, Candidate of Sciences, associate professor of Supercom-
puters and General Informatics sub-department of Samara State Aerospace University, 443 086,
Russian Federation, Samara, (846)270-96-24, researcher at the Image Processing Systems Insti-
tute of the RAS, bibikov.sergei@gmail.com.
Research interests are imaging, color correction, technological artifacts removal, identifi-
cation.
Goshin Yegor Vyacheslavovich, Candidate of Sciences, assistant of Supercomputers and
General Informatics sub-department of Samara State Aerospace University, 443 086, Russian
Federation, Samara, (846)270-96-24, goshine@yandex.com.
Research interests are in the field of image processing, recognition algorithms, parallel
computations and stereovision.
Zhuravel Yuliya Nikolaevna, Deputy Head of Department-Head of Sector, JSC «SRC
«Progress», Samara, Russian Federation. E-mail: csdb@samspace.ru.
Research interests are earth remote sensing, methods of processing remote sensing infor-
mation.
Zgonnikova Maria Olegovna, Design Engineer, JSC “SRC “Progress”, Samara, Russian
Federation. E-mail: csdb@samspace.ru.
Research interests are earth remote sensing, methods of processing remote sensing infor-
mation.
Kotov Anton Petrovich, post-graduate in Samara State Aerospace University, 443 086,
Russian Federation, Samara, (846)270-96-24, antonvkotov@gmail.com.
Research interests are in the field of image processing, recognition algorithms and parallel
computations.
Fursov Vladimir Alekseyevich, Doctor of Sciences, Professor, head of Supercomputers
and General Informatics sub-department of Samara State Aerospace University, 443 086, Rus-
sian Federation, Samara, (846)267-48-36, fursov@ssau.ru.
Research interests are in the field of development of the theory of estimation on small
number of observations, development of methods of image processing and training to pattern
recognition, development of high-performance parallel methods both algorithms of image pro-
cessing and pattern recognition oriented on application of multiprocessor computing systems.
272

УДК 004.932
ТЕХНОЛОГИЯ ОПЕРАТИВНОГО ПОСТРОЕНИЯ ЦИФРОВОЙ МОДЕЛИ
МЕСТНОСТИ ПО ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ КОСМИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
©2015 В.А. Фурсов1’2, А.В. Вавилин3, Е.В. Гошин1’2, А.П. Котов1’2
1	Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика
С.П. Королёва (национальный исследовательский университет), г. Самара
2	Институт систем обработки изображений РАН, г. Самара
3	АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
В докладе рассматривается задача реконструкции трёхмерной цифровой модели местности по косми-
ческим изображениям. Технология включает в себя сопоставление с учетом эпиполярных ограничений с
выбором в качестве дескрипторов как значений яркости, так и градиентов изображений. Приводятся резуль-
таты экспериментальных исследований CUDA-реализации алгоритма, иллюстрирующие высокую эффек-
тивность предлагаемой реализации с точки зрения ускорения вычислений при использовании ее для обра-
ботки космических стереоснимков.
Ключевые слова: Стереоизображения, космические изображения, сопоставление, фундаментальная
матрица, эпиполярная геометрия
Реконструкция трёхмерной цифро-
вой модели местности производится пу-
тем сопоставления точек на попарно вы-
бранных изображениях из последова-
тельности космических изображений и
последующем построении трехмерной
модели. В работе [1] был рассмотрен
подход к задаче восстановления сцены по
двум видам, основанный на использова-
нии ограничений эпиполярной геомет-
рии. Этот подход получил своё развитие
в предложенном в работе [2] алгоритме,
объединяющем идеи сопоставления с ис-
пользованием билатерального фильтра
для пирамиды изображений (SimpleFlow)
[3] и использования эпиполярных огра-
ничений [4]. Задачей, решаемой с помо-
щью предложенного алгоритма, является
поиск соответствующих точек на первом
и втором изображениях (м,у) и
(и + Дм, у + Ду), где Дм, Ду - относи-
тельные сдвиги координат u,v соответ-
ственно.
Пусть /(м,у) и I'(u + Au,v+Av) -
функции распределения яркости отсчётов
на этих изображениях. Задача нахожде-
ния наиболее подходящих значений ко-
ординат сдвигов Дм, Ду может быть
сформулирована как задача минимизации
некоторого критерия сходства:
£'(и0,г0,Д//,Дг) =	’
(м.у)е/Хмо-»(>)
где /)(м0,у0) - заданная область вокруг
точки (м0,у0), а м(м,у) - весовая функ-
ция, задаваемая в указанной области с
целью повышения качества сопоставле-
ния. Задача минимизации в данном слу-
чае может решаться путём перебора всех
возможных значений сдвигов в заданной
области.
Весовая функция a(u,v) в работе
[2] задаётся в виде произведения трёх ко-
эффициентов:
а(м,у) - wc  wd 	.
Коэффициенты wc,wd,w/- опреде-
ляются следующим образом:
wd = ехр{_||(м0’ vo) "(«, v)||2},	(«,v)e D,
Wc =ехр{-||/(м0,У0)-/'(м,у)|2], (м,у)е D,
w, = ехр{-</((м',у'),/')} = ехр< _яц>,
I +h~
где (a,b,c) - вектор, задающий эпипо-
лярную прямую. Эпиполярная прямая
au+bv+c = 0, формируется с использо-
ванием заданной или предварительно
рассчитанной фундаментальной матрицы
F для каждой обрабатываемой точки на
первом изображении:
273

a = uo^\] +iZO^I2 + 7)3’
Z? = i/0^21 + w0^22 "* ^23 ’
c = w0^31 + w0^32 + ^33"
Следует отметить, что, несмотря на
высокое качество сопоставления на те-
стовых снимках, предложенный алгоритм
в исходном виде оказался малопригоден
для практических задач, поскольку не
обеспечивал приемлемое время выполне-
ния для космических снимков большого
разрешения. Кроме того, использование в
качестве дескрипторов значений яркости
пикселов оказывалось недостаточным
для точного сопоставления.
В ходе работы над комплексны про-
ектом «Создание высокотехнологичного
производства маломассогабаритных кос-
мических аппаратов наблюдения с ис-
пользованием гиперспектральной аппа-
ратуры в интересах социально-
экономического развития России и меж-
дународного сотрудничества» указанные
недостатки рассматриваемого алгоритма
были устранены.
В качестве дескрипторов для сопо-
ставления фрагментов, наряду с интен-
сивностью, были использованы другие
признаки изображений, такие как значе-
ния величин (норм) градиентов в задан-
ных точках
\grad fk (и,v)|,\grad fk (и,v')|,
и значения координат и, v локаль-
ных градиентов по направлениям и. у:
gra<4(w,v), gradufk(u',v), k = l,N,
gradvfk (u, v), gradvfk (u, v'), к = 1 ,N.
Следует заметить, что расчёт значе-
ний градиентов целесообразно произво-
дить путём формирования новых (гради-
ентных) изображений с использованием
градиентного фильтра. В качестве таких
фильтров можно использовать оператор
Собеля [5] или оператор Щарра [6], зада-
ваемые масками:
	г-1	-2	-Г		"-3 -10 -3"	
G,=	0	0	0	,g2 =	0	0	0	
		2	и		ч 3	10	3,	
	Для	повышения			быстродействия	
при обработке космических снимков
большого разрешения была разработана
CUDA-реализация предложенного алго-
ритма. Ниже приводятся количественные
характеристики ускорения для двух эта-
пов выполнения программы: предвари-
тельного сопоставления с целью опреде-
ления фундаментальной матрицы и окон-
чательное сопоставление, результатом
которого является матрица, содержащая
значения сдвигов точек по всему изобра-
жению.
Табл. 1. Время работы последовательной и параллельной реализаций
№ п/п	Выполняемая процедура	Время работы (с)	
		Последовательная реализация (CPU)	Параллельная ре- ализация (CPU+GPU)
1	Предварительный поиск сдвигов для нахождения фундаментальной матрицы	14,57	0,91
2	Нахождение итоговых относительных сдвигов	15,53	2,02
Приведенные в табл. 1 средние зна-
чения времени работы показывают
уменьшение времени выполнения в сред-
нем в 10-15 раз.
Благодарности
Работа выполнена при поддержке
РФФИ (грант № 13-07-12030 офи м).
Библиографический список:
1. Фурсов В.А. 3D реконструкция по
космическим стереоизображениям /
В.А. Фурсов, С.А Бибиков, Е.В. Гошин И
Материалы III Всероссийской научно-
технической конференции «Актуальные
проблемы ракетно-космической техники»
274

(in Козловские чтения) - М., №9(150),
2013. - С. 19-24.
2.	Фурсов В.А. Информационная
технология реконструкции цифровой мо-
дели местности по стереоизображениям /
В .А. Фурсов, С.А Бибиков, Е.В. Гошин И
Компьютерная оптика - Самара, Том 38,
№2,2014..-С. 19-24.
3.	Tao М. SimpleFlow: A Non-
iterative, Sublinear Optical Flow Algorithm /
Tao M., Bai J., Kohli P., Paris S. //Computer
Graphics Forum. - Blackwell Publishing Ltd,
2012. - T. 31. - №.2ptl. - C. 345-353.
4.	Faugeras O. The Geometry of Mul-
tiple Images: The Laws That Govern the
Formation of Multiple Images of a Scene
Andsome of Their Applications./ Faugeras
O., Luong Q. T., Papadopoulo T. - 2001.
5.	Sobel I. An isotropic 3x 3 image
gradient operator I Sobel I. //Machine Vision
for three-demensional Sciences. - 1990.
6.	Jahne B. Principles of filter design /
Jahne B., Scharr H., Korkel S. //Handbook of
computer vision and applications. - 1999. -
T. 2.-C. 125-151
References:
1.	Fursov V. V. 3D reconstruction from
satellite stereo images / V.A.Fursov,
S.A Bibikov, Ye.V. Goshin // Materials of III
All-Russia scientific-technical conference
"Actual problems of rocket and space tech-
nology - M., N9(150), 2013. - P. 19-24.
2.	Fursov V.A. Information technology
for digital terrain model reconstruction from
stereo images / V.A. Fursov, S.A. Bibikov,
Ye.V. Goshin // Computer Optics - Samara,
Vol. 38, N2,2014.. - P. 19-24.
3.	Tao M. SimpleFlow: A Non-
iterative, Sublinear Optical Flow Algorithm I
Tao M., Bai J., Kohli P., Paris S. //Computer
Graphics Forum. - Blackwell Publishing Ltd,
2012. - Vol. 31. - N.2ptl. - P. 345-353.
4.	Faugeras O. The Geometry of Mul-
tiple Images: The Laws That Govern the
Formation of Multiple Images of a Scene
Andsome of Their Applications./ Faugeras
O., Luong Q. T., Papadopoulo T. - 2001.
5.	Sobel I. An isotropic 3* 3 image
gradient operator I Sobel I. //Machine Vision
for three-demensional Sciences. - 1990.
6.	Jahne B. Principles of filter design /
Jahne B., Scharr H., Korkel S. //Handbook of
computer vision and applications. - 1999. -
Vol. 2.-P. 125-151
EFFICIENT TECHNOLOGY FOR DIGITAL TERRAIN MODEL
RECONSTRUCTION FROM THE SET OF SATELLITE STEREO IMAGES
©2015 V.A. Fursov1’2, A.V. Vavilin3, Ye.V. Goshin1’2, A.P. Kotov1’2
1	Samara State Aerospace University
2	Image Processing Systems Institute
3	JSC «SRC «Progress», Samara
This paper addresses the problem of three-dimensional digital terrain model reconstruction from the satellite
images. The technology includes a comparison based on epipolar constraints using the brightness and gradients val-
ues. The results of experimental studies of CUDA-implementation show the high efficiency of the proposed imple-
mentation in terms of computational acceleration.
Key words: Stereo images, space images, matching, fundamental matrix, epipolar geometry
Информация об авторах:
Фурсов Владимир Алексеевич, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой суперком-
пьютеров и общей информатики, СГАУ, 443 086, Россия, г. Самара, Московское ш. 34,
Межвузовский Медиацентр (корпус № 15 СГАУ), ауд. 117, т. (846)267-48-36,
fursov@ssau.ru.
Область научных интересов: теория и методы оценивания по малому числу измере-
ний, методы обработки и распознавания изображений, построение параллельных алго-
275

ритмов обработки и распознавания изображений реализуемых с использованием много-
процессорных вычислительных систем.
Вавилин Андрей Владимирович, инженер-конструктор, АО «РКЦ «Прогресс»,
т. (846)-228-99-76, Россия, г. Самара, andrew87.87@mail.ru.
Область научных интересов: дистанционное зондирование земли, методы обработ-
ки информации дистанционного зондирования Земли.
Гошин Егор Вячеславович, к.т.н., ассистент кафедры суперкомпьютеров и общей
информатики, СГАУ, 443 086, Россия, г. Самара, Московское ш. 34, Межвузовский Меди-
ацентр (корпус № 15 СГАУ), ауд. 119, т. (846)270-96-24, goshine@yandex.com.
Область научных интересов: методы обработки и распознавания изображений, па-
раллельные вычисления, стереозрение.
Котов Антон Петрович, аспирант кафедры суперкомпьютеров и общей информати-
ки, СГАУ, 443 086, Россия, г. Самара, Московское ш. 34, Межвузовский Медиацентр
(корпус № 15 СГАУ), ауд. 119, т. (846)270-96-24, antonykotov@gmail.com.
Область научных интересов: методы обработки и распознавания изображений, па-
раллельные вычисления.
Fursov Vladimir Alekseyevich, Doctor of Sciences, Professor, head of Supercomputers
and General Informatics sub-department of Samara State Aerospace University, 443 086, Rus-
sian Federation, Samara, (846)267-48-36, fursov@ssau.ru.
Research interests are in the field of development of the theory of estimation on small
number of observations, development of methods of image processing and training to pattern
recognition, development of high-performance parallel methods both algorithms of image pro-
cessing and pattern recognition oriented on application of multiprocessor computing systems.
Vavilin Andrey Vladimirovich, engineer-designer, JSC «SRC «Progress»
(846)-228-99-76, Russian Federation, Samara, andrew87.87@mail.ru.
Research interests are in the field of remoter sensing, methods of processing remote sens-
ing information.
Goshin Yegor Vyacheslavovich, Candidate of Sciences, assistant of Supercomputers and
General Informatics sub-department of Samara State Aerospace University, 443 086, Russian
Federation, Samara, (846)270-96-24, goshine@yandex.com.
Research interests are in the field of image processing, recognition algorithms, parallel
computations and stereovision.
Kotov Anton Petrovich, post-graduate in Samara State Aerospace University, 443 086,
Russian Federation, Samara, (846)270-96-24, antonvkotov@gmail.com.
Research interests are in the field of image processing, recognition algorithms and parallel
computations.
276

УДК 528.8
МНОГОУРОВНЕВАЯ СИСТЕМА КАЛИБРОВКИ
ЦЕЛЕВОЙ АППАРАТУРЫ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА «РЕСУРС-П»
©2015 Г.П. Аншаков, Г.Н. Мятов, В.А. Малиновский, Ю.Н. Журавель
АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Рассматриваются возможности спектральной калибровки данных дистанционного зондирования
Земли на примере целевой аппаратуры космического аппарата «Ресурс-П» Приводятся результаты экспе-
риментальных работ.
Ключевые слова: дистанционное зондирование Земли, спектральная калибровка, кросс калибровка,
тематическое дешифрирование
При обработке данных дистанцион-
ного зондирования Земли (ДЗЗ) возмож-
ность создания широкого круга инфор-
мационных продуктов связана с исполь-
зованием информации о спектральных
характеристиках подстилающей поверх-
ности.
В идеале получаемый на базе дан-
ных о спектральных характеристиках по-
верхности Земли стандартный информа-
ционный продукт должен быть подобен
аналогичным информационным продук-
там, доступным на мировом рынке ДЗЗ, а
процесс его создания должен быть инту-
итивно понятен любому пользователю и
предусматривать использование чётко
формализованных и общедоступных дан-
ных.
Поскольку на КА «Ресурс-П» уста-
новлено три вида аппаратуры, формиру-
ющей спектральные данные о поверхно-
сти Земли (мультиспектральные каналы
аппаратуры «Геотон», комплекс широко-
захватной мультиспектральной аппарату-
ры (КШМСА) и гиперспектральная аппа-
ратура (ГСА), вопрос калибровки спек-
тральных данных для получения востре-
бованных информационных продуктов
весьма актуален.
За рубежом накоплен значительный
опыт в части проведения радиометриче-
ской калибровки, при этом используются
следующие способы (после запуска КА):
-	калибровка с использованием бор-
товых эталонных источников освещения
(применяется в гиперспектральной аппа-
ратуре КА «Ресурс-П»);
-	наземные измерения;
-	кросс калибровка (использование
откалиброванной аппаратуры одного КА
ДЗЗ для калибровки другой аппаратуры).
Наибольшее распространение полу-
чила косвенная калибровка по наземным
данным и прогнозу облучённости на
верхней границе атмосферы (ВГА).
Однако в этом методе присутствует ряд
погрешностей, связанных с состоянием
атмосферы, которые напрямую не устра-
няются.
Использование наземных измере-
ний даёт наиболее точный результат,
применительно к стандартному продукту,
поставляемому потребителям. Однако,
часто они оказываются неэффективными
из-за плохой погоды, ошибок персонала
или ограниченного финансирования. Из-
за этого они проводятся не так регулярно,
как требуется.
Альтернатива наземным измерени-
ям - кросс калибровка, которая обеспе-
чивает более высокую оперативность ре-
шения задачи радиометрической калиб-
ровки. В идеале при кросс калибровке
одной аппаратуры по другой, требуется
создать одинаковые (или максимально
близкие) условия съёмки. Любые разли-
чия во времени съёмки приводят к росту
недостоверности результатов калибровки
из-за изменения в состоянии атмосферы и
спектральных характеристик отражения
поверхности.
Схема построения многоуровневой
системы калибровки, основные элементы
которой были отработаны АО «РКЦ
277

«Прогресс» в ходе инициативных работ
по экспериментам с самолётной гипер-
спектральной аппаратурой выглядит сле-
дующим образом:
1.	Нижний уровень - наземные
(точечные) измерения полевым калибро-
ванным спектрометром
2.	Средний уровень - самолётные
измерения калиброванным или перека-
либруемым по данным полевого спек-
трометра авиационным гиперспектро-
метром в полосе захвата намного превы-
шающей размер элемента разрешения
гиперспектральной	аппаратуры
КА «Ресурс-П»
3.	Верхний уровень - кросс калиб-
ровка бортовой аппаратуры
КА «Ресурс-П» по данным калиброван-
ной аппаратуры с учётом параметров ат-
мосферы, определённых по данным син-
хронной съёмки тестовых объектов бор-
товой аппаратурой КА, самолётным и
наземным спектрометром.
MULTI LEVEL SYSTEM FOR CALIBRATION EQUIPMENT
OF THE SPACECRAFT "RESOURCE-P"
©2015 G.P. Anshakov, G. N. Myatov, V.A. Malinovskii, Y.N. Zhuravel
JSC «SRC «Progress», Samara
Discusses the possibility of calibration of remote sensing data of the Earth with the example of target equip-
ment of the spacecraft "Resource-P". Results of the spent experimental works are discussed.
Keywords: remote sensing, equipment calibratios, cross calibration, thematic decoding
Сведения об авторах:
Аншаков Геннадий Петрович, доктор технических наук, член-корреспондент
РАН, профессор, заместитель генерального конструктора, АО «РКЦ «Прогресс»,
т. (846) 992-61-98, e-mail: csdb@samsnace.ru.
Область научных интересов: дистанционное зондирование Земли, методы обработки
информации дистанционного зондирования Земли.
Anshakov Gennadiy Petrovich, Doctor of Engineering, Corresponding Member of Rus-
sian Academy of Sciences, professor, Deputy General Designer, JSC «SRC «Progress», Samara,
Russian Federation, phone (846) 992-61-98, e-mail: csdb@samspace.ru.
Research interests are in the field remote sensing, methods of processing remote sensing
information.
Мятов Геннадий Николаевич, кандидат технических наук, зам. главного конструк-
тора - зам. начальника отделения, АО «РКЦ «Прогресс», т. (846) - 228-10-62, e-mail:
csdb@samsnace.ru.
Область научных интересов: дистанционное зондирование Земли, методы обработки
информации дистанционного зондирования Земли.
Myatov Gennadiy Nikolaevich, candidate of technical science, deputy chief designer -
deputy head of department, JSC «SRC «Progress», Samara, Russian Federation, phone (846)
228-10-62, e-mail: csdb@samsnace.ru.
Research interests are in the field remote sensing, methods of processing remote sensing
information.
Малиновский Владимир Андреевич, заместитель начальника отдела, АО «РКЦ
«Прогресс», т. (846) - 228-99-90, vladmalinovski@gmail.com.
Область научных интересов: дистанционное зондирование Земли, методы обработки
информации дистанционного зондирования Земли, методы измерения координат объек-
тов, радиолокационные системы с синтезированной апертурой.
278

Malinovskii Vladimir Andreevich, JSC «SRC «Progress», Samara, Russian Federation,
assistant chief of department, tel. (846)-228-99-90, vladmalinovski@gmail.com.
Research intrests are in the field remote sensing, methods of processing remote sensing in-
formation, measurement of position data, synthetic aperture radars.
Журавель Юлия Николаевна, заместитель начальника отдела - начальник сектора,
АО «РКЦ «Прогресс», т. (846)-228-95-29, e-mail: dl 133@samspace.ru.
Область научных интересов: дистанционное зондирование Земли, методы обработки
изображений.
Zhuravel Yuliya Nikolaevna, deputy chief of of department - head of sector, JSC «SRC
«Progress», Samara, Russian Federation, phone (846)-228-95-29, e-mail: dl 133@samspace.ru.
Research interests are in the field remote sensing, digital image processing.
279

УДК 528.8
ПРОБЛЕМЫ РАДИОМЕТРИЧЕСКОЙ калибровки
КА ГСА «РЕСУРС-П» №№ 1,2
©2015 В.С. Марков, Л.А. Гришанцева, Т.Г. Куревлева, К.С. Емельянов
НЦ ОМЗ ОАО «Российские космические системы», г. Москва
Проведено сопоставление ожидаемых расчетных значений СПЭЯ на ВГА с измеренными значения-
ми, полученными ГСА КА «Ресурс-П» №№ 1,2. Описан предложенный вариант калибровки.
Ключевые слова: Гиперспектралъная аппаратура, Ресурс-П, калибровка, спектры
В работе с целью анализа абсо-
лютной и относительной радиометриче-
ских калибровок выполнено сопоставле-
ние расчетных ожидаемых значений
спектральной плотности энергетической
яркости (СПЭЯ) на верхней границе ат-
мосферы (ВГА) с измеренными значени-
ями, полученными с ГСА КА «Ресурс-П»
№№ 1, 2. Ожидаемые расчетные значе-
ния были получены с помощью програм-
мы 6S.
Анализ штатного алгоритма обра-
ботки данных ГСА показал наличие ос-
новных проблем в ОЭП-1, где имеет ме-
сто слабый сигнал в области коротких
волн, а также превышение ожидаемых
значений в длинноволновой части
ОЭП-1. Относительная погрешность пре-
вышает 12-15%. В ОЭП-2 измеренные
данные относительная погрешность со-
ставляет не более 5-6%. На стыке ОЭП-ов
имеется «гребенка». Кроме того,—было
установлено, что относительная радио-
метрическая коррекция не позволяет в
полной мере устранить полосатость и не-
однородность изображения по полю зре-
ния. На изображениях, получаемых с
ГСА КА «Ресурс-П» №№ 1, 2 присут-
ствуют вертикальные полосы различной
ширины. В данных ГСА КА «Ресурс-П»
№ 2 в ОЭП-1 присутствует искажение в
виде дугообразных линий.
В работе был предложен вариант
алгоритма калибровки, в котором разде-
лены операции относительной и абсо-
лютной радиометрической калибровки и
показаны преимущества такого алгорит-
ма, такие как улучшение точности изме-
рений СПЭЯ на ВГА (относительная по-
грешность 4%), отсутствие полосатости и
неоднородности по полю зрения.
ISSUES OF RADIOMETRIC CALIBRATION OF RESURS-Р No.l, 2
SPACECRAFT GSA
©2015 V.S. Markov, L.A. Grishantseva, T.G. Kurevleva, K.S. Emelyanov
NTs OMZ of JSC “Russian Space Systems”, Moscow
The expected estimated values of spectral radiance in the upper atmosphere are compared with the meas-
ured values acquired from the Resurs-Р No. 1, 2 GSA. The proposed calibration technique is described.
Keywords: Hyperspectral equipment, Resurs-Р, calibration, spectra
Информация об авторах:
Марков Владислав Сергеевич, инженер НЦ ОМЗ ОАО РКС, студент МФТИ,
127490, Россия, г. Москва, ул. Декабристов вл. 51, стр 25, т. 8 (495) 925-04-11,
mvs@ntsomz.ru.
280

Гришанцева Любовь Александровна, начальник сектора НЦ ОМЗ ОАО РКС,
127490, Россия, г. Москва, ул. Декабристов вл. 51, стр 25, т. 8 (495) 925-04-11,
grishantseva la@ntsomz.ru.
Куревлева Тамара Григорьевна, главный специалист НЦ ОМЗ ОАО РКС, 127490,
Россия, г. Москва, ул. Декабристов вл. 51, стр 25, т. 8 (495) 925-04-11, kto06@mail.ru.
Емельянов Кирилл Сергеевич, начальник отдела НЦ ОМЗ ОАО РКС, 127490, Рос-
сия, г. Москва, ул. Декабристов вл. 51, стр 25, т. (495) 600-33-21, eks@ntsomz.ru.
Vladislav S. Markov, Engineer, NTs OMZ of JSC RKS, Student of Moscow Institute of
Physics and Technology (State University), Dekabristov St., b.51, h.25, Moscow, Russia,
127490. Tel: 8 (495) 925-04-11, mvs@ntsomz.ru.
Lubov A. Grishantseva, Head of Sector, NTs OMZ of JSC RKS, Dekabristov St., b.51,
h.25, Moscow, Russia, 127490. Tel: 8 (495) 925-04-11, grishantseva la@ntsomz.ru.
Tamara G. Kurevleva, Chief Specialist, NTs OMZ of JSC RKS, Dekabristov St., b.51,
h.25, Moscow, Russia, 127490. Tel: 8 (495) 925-04-11, kto06@mail.ru.
Kirill S. Emelyanov, Head of Division, NTs OMZ of JSC RKS, Dekabristov St., b.51,
h.25, Moscow, Russia, 127490, Tel: (495) 600-33-21, eks@ntsomz.ru.
281

УДК 528.629.7
АЛГОРИТМЫ ИДЕНТИФИКАЦИИ ОБЪЕКТОВ ПОДАННЫМ
ГИПЕРСПЕКТРАЛЬНОЙ СЪЕМКИ ЗЕМЛИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
НЕЧЕТКОЙ ЛИНЕЙНОЙ РЕГРЕССИИ
©2015 С.В. Труханов
Филиал АО «РКЦ «Прогресс» -
Особое Конструкторское Бюро «Спектр», г. Рязань
Рассматриваются высокоэффективные алгоритмы идентификации объектов по данным гиперспек-
тральной съемки Земли с использованием теории нечетких множеств: алгоритма идентификации на основе
нечеткой линейной регрессии и алгоритма консолидации результатов различных решений по идентифика-
ции объектов гиперспектральных изображений.
Ключевые слова: идентификация объектов; гиперспектральная характеристика; гиперспектралъная
съемка: нечеткая линейная регрессия.
В настоящее время возрастает роль
в народном хозяйстве и обороне страны
космических исследований, связанных с
дистанционным зондированием Земли.
Приоритетным направлением в этой об-
ласти сегодня являются технологии, ос-
нованные на гиперспектральной косми-
ческой съемке [1^4]. При таком способе
наблюдения Земли для каждой точки
земной поверхности формируется спек-
тральная характеристика, которая описы-
вает зависимость энергии излучения от
длины волны. Спектральная характери-
стика отражает физико-химические свой-
ства объектов наблюдаемой сцены, что
позволяет на качественно новой основе
решить трудно формализуемую задачу
идентификации объектов земной поверх-
ности. Под идентификацией понимается
отнесение того или иного наблюдаемого
объекта к типу (например, раститель-
ность, водная поверхность и др.) и классу
внутри типа (например, деревья, травы,
пресная вода и др.).
Применение данных гиперспек-
тральной съемки позволяет решать хо-
зяйственные и военно-прикладные задачи
(экологический мониторинг окружающей
среды; контроль за состоянием водных,
лесных, сельскохозяйственных ресурсов;
мониторинг животного и растительного
мира; геологическая разведка полезных
ископаемых и ряд других важных задач).
Процесс обработки данных гипер-
спектральной съемки является весьма
сложным и многоэтапным. Обычно вна-
чале решаются вопросы предварительной
обработки, в результате чего гиперспек-
тральные данные начинают обладать
свойствами измерительной информации,
по ней становится возможным оценивать
с требуемой точностью спектральные ха-
рактеристики объектов, привязанные к
координатам земной поверхности. Далее
решается задача кластеризации (сегмен-
тации) гиперспектральных изображений,
т. е. их разделение на области с примерно
одинаковыми свойствами. Наконец, осу-
ществляется идентификация объектов
наблюдаемой сцены. Это весьма слож-
ный и трудно формализуемый процесс,
относящийся к разряду «вечно» решае-
мых. Поэтому любые новые конструк-
тивные решения заслуживают всяческого
внимания.
В качестве математической основы
для идентификации объектов на ги-
перспектральных изображениях предла-
гается использовать аппарат нечеткой
линейной регрессии. Такой выбор осно-
ван на том, что нечеткая линейная ре-
грессия позволяет провести идентифика-
цию в условиях неоднозначности. Теоре-
тическую основу для решения этого во-
проса составляют труды известных уче-
ных, таких как Л. Заде, Б. Коско, Э. Мам-
дани, С.Д. Штовба, Н. Lee, Н. Tanaka и
282

др. Глубокие исследования в этом
направлении проводятся в Рязанском
государственном радиотехническом уни-
верситете д.т.н., профессором Демидовой
Л.А. и д.т.н., профессором Тагановым
А.И., в Самарском Ракетно-космическом
центре «Прогресс» к.т.н. Мятовым Т.Н.
В то же время не исключена воз-
можность принятия более эффективных
решений.
Признанными лидерами в решении
задач обработки гиперспектральных
изображений являются зарубежные фир-
мы ITT VIS и Intergraph Corporation
(США). Ими создан ряд программных
изделий, таких как: ENVI, ERDAS
IMAGINE, которые получают широкое
коммерческое распространение в мире.
В нашей стране активные исследо-
вания в данной области ведут: Самарский
Ракетно-космический центр «Прогресс» и
его филиал в Рязани ОКБ «Спектр»,
Красногорский завод им. С.А. Зверева,
Военно-космическая академия имени
Ф.А. Можайского, Научный центр опера-
тивного мониторинга Земли корпорации
«Российские космические системы», Ря-
занский государственный радиотехниче-
ский университет, НПО им. С.А. Лавоч-
кина, ЦНИИмаш, Центр Келдыша, НТЦ
уникального приборостроения РАН,
МГТУ им. Баумана, НИИ «АЭРОКОС-
МОС», Институт систем обработки изоб-
ражений РАН (г. Самара), Самарский
государственный аэрокосмический уни-
верситет им. академика С.П. Королева и
др.
Эти организации решают вопросы
создания гиперспектральной аппаратуры,
методик ее калибровки, алгоритмическо-
го и программного обеспечения первич-
ной и целевой обработки. Однако цен-
тральная задача - идентификация объек-
тов по гиперспектральным изображениям
далека от завершения.
Нечеткая линейная регрессия (НЛР)
[5-10] позволяет определять признаки
уникальности гиперспектральной харак-
теристики исследуемого объекта.
Предложен алгоритм идентифика-
ции объектов поверхности Земли по дан-
ным гиперспектральной съемки [11-13].
В его основу положена идея использова-
ния нечеткой линейной регрессии при
сравнении спектральной характеристики
исследуемого объекта с набором эталон-
ных характеристик из базы данных. Про-
цесс идентификации описывается урав-
нением:
У(х) = А,х + А„,	(1)
где A,={a,,cl,dl) и Лй =
- треугольные нечеткие числа, соответ-
ствующие параметрам к и b уравнения
классической линейной регрессии (КЛР)
(у = кх+b). Под треугольным нечетким
числом А принято понимать тройку дей-
ствительных чисел ^a,c,d}, (с <«<</),
через которые его функция принадлеж-
ности	определяется как [14]:
(х-с)/(а-с), если хе[с,«] ,
дл(х) = < (х-</)/(«-J), если хе[а, d] ,
(2)
0, в противном случае.
Алгоритм идентификации реализу-
ется следующей последовательностью
действий.
Шаг 1. С помощью решения задачи
квадратичного программирования для (1)
находятся оптимальные значения пара-
метров а0, с0 .d^a^Cpd, из условия:
- а,  z,)-' +^(с„ + с, Я, + d, • 2,J +
/=/	i=i
+ 0,001 • (c2f +	+ c2 + d2) -> min	(3)
a. c. d
при ограничениях
>g;.,
«о ~c0 + at -kj -с, -Л. <g.,
Co>O; d0>0; c, >0; J, >0 (j = l,J),	(4)
где Л . - значение длины волны для /-го
канала гиперспектрометра, g• - значение
коэффициента спектрального отражения
ДЛЯ Aj.
Нахождение минимума в (3) выпол-
няется с помощью функции «quadprog»
системы инженерных и научных расчетов
MATLAB.
Шаг 2. Для найденного минималь-
ного значения определяются характерные
283

точки уравнения классической линейной
уКЛР
регрессии / нлр анализируемой	спек-
тральной характеристики:
Г “I'U, )=«»+«, Л- <5)
Далее определяются характерные
„ VUP
точки уравнении верхней / НЛР и ниж-
„	v I OW
ней	///л/> границ коридора нечеткой
линейной регрессии:
¥цЛР (^/) =ао+^о (Я/ + ^/) ’	’	(6)
+	7)
На рис. I представлена спектраль-
ная характеристика в коридоре HJIP.
Точки анализируемой и каждой эта-
лонной характеристик разбиваются на
два подмножества, лежащие в верхней
UP и нижней LOW частях коридора
НЛР. После чего для данных точек нахо-
дятся значения нечетких мер подобия
гиг по одной из двух формул
[15]:
./;=।’	(8)
/=|
1_	Wd^-g]»
 2 J	}
где uA(A.,g'.) ~ значение функции при-
надлежности точек анализируемой спек-
тральной характеристики уравнению
НЛР этой характеристики; us(A/,g*) -
значение функции принадлежности точек
эталонной спектральной характеристики
уравнению НЛР этой характеристики.
ксо
Длина волны
Рис. 1 Представление спектральной характеристики в коридоре НЛР
Значение функции принадлежности
некоторой точки (A^gj) спектральной
характеристики к её уравнению НЛР
определяется следующим образом:
, а„ + а,- Я - g
I------------;—— , если

, g,-u0-a,xl
I---------------, если
d() + (I, -2
(Ю
0, в противном случае,
где al,,c„,d„,al,cI,dl - параметры, вычис-
ленные при решении (3).
Шаг 3. Для анализируемой и каж-
дой эталонной характеристик вычисля-
ются значения результирующей нечеткой
меры подобия:
F = min(F1"’, F,(,u )	(11)
В качестве искомой выбирается
эталонная характеристика, имеющая мак-
симальное значение (10).
Выполнены экспериментальные ис-
следования на реальных данных гипер-
спектральной съемки (с космического
аппарата «Ресурс-П») в объеме 10 сним-
ков, каждый из которых содержал более
100 различных объектов. Установлено,
что применение разработанного алгорит-
ма на основе нечетких мер подобия поз-
волило повысить надежность идентифи-
кационного решения на 9,1 % по сравне-
нию с применением алгоритмов на осно-
ве классических мер подобия.
284

Для повышения надежности иден-
тификации предложен алгоритм консо-
лидации результатов различных решений
по идентификации объектов гиперспек-
тральных изображений. В основу такого
решения положена идея применения рей-
тинговых оценок результатов, получен-
ных алгоритмами, основанными на раз-
личных подходах к идентификации.
Главными элементами алгоритма
являются два конструктивных решения.
Во-первых, консолидация результа-
тов идентификации, полученных с ис-
пользованием меры подобия евклидова
расстояния Е, угловой меры подобия Ct,
а также двух нечетких мер подобия F{
(8) и F2 (9) посредством применения
формулы:
л‘=^(/г;.(12)
Здесь Rk, Rka, R*t и - рейтин-
говые оценки к -й эталонной характери-
стики при использовании алгоритмов
идентификации на основе меры подобия
евклидова расстояния Е, угловой меры
подобия Ct, нечетких мер подобия Fx и
F2 (к = \,К , К - количество эталон-
ных характеристик в базе данных).
Во-вторых, упорядочение эта-
лонных спектральных характеристик из
базы данных по возрастанию усреднен-
ных значений рейтинговых оценок Rk.
Составными частями алгоритма
консолидации являются алгоритмы иден-
тификации на основе меры подобия ев-
клидова расстояния, угловой меры подо-
бия и нечетких мер подобия.
Выполнены экспериментальные ис-
следования с привлечением натурной
информации, описанной выше. Установ-
лено, что надежность идентификацион-
ного решения с помощью алгоритма кон-
солидации повысилась на 6,1 % по срав-
нению с одним из исходных алгоритмов,
дающим лучшее решение.
Предложенные решения в виде ал-
горитмов и программного обеспечения
внедрены в Научном центре оперативно-
го мониторинга Земли Корпорации
«Российские космические системы» -
определенным Оператором отечествен-
ных систем дистанционного зондирова-
ния Земли России и используются для
обработки гиперспектральной информа-
ции от космических аппаратов серии
"Ресурс-П".
Библиографический список:
1.	Антонушкина С.В., Еремеев
В.В., Макаренков А.А., Москвитин А.Э.,
Юдаков А.А. Новые возможности анали-
за объектов земной поверхно-сти на ос-
нове гиперспектральной съемки // Тез.
докл. всерос. науч.-техн. конф. «Акту-
альные проблемы ракетно-космической
техники». Самара: СамНЦ РАН. 2011. С.
26-27.
2.	Ахметов Р.Н., Везенов В.И.,
Еремеев В.В., Стратилатов Н.Р., Юдаков
А.А. Основные направления исследова-
ний по созданию технологий обработки
данных гиперспектральной съемки Земли
// Тез. докл. всерос. науч.-техн. конф.
«Гиперспектральные приборы и техноло-
гии». Красногорск, 2013. С. 23-25.
3.	Ахметов Р.Н., Стратилатов Н.Р.,
Юдаков А.А., Везенов В.И., Еремеев В.В.
Некоторые примеры обработки данных
гиперспектральной съемки // Исследова-
ние Земли из космоса. 2013. №3. С. 35-39.
4.	Юдаков А.А. Новые направле-
ния работ по анализу космических гипер-
спектральных снимков поверхности Зем-
ли // Тез. докл. XVI всерос. науч.-техн.
конф. «Новые информационные техноло-
гии в научных исследованиях». Рязань:
РГРТУ, 201 ЕС. 237-238.
5.	Демидова Л.А., Мятов Г.Н. Ме-
тодика оценки уникальности фрагментов
электронной карты с использованием не-
четкой линейной регрессии // Вестник
Самарского государственного техниче-
ского университета. Серия: Технические
науки. 2013. №4 (40). С. 14-26.
6.	Мятов Г.Н. Формирование уни-
кальных фрагментов электронной карты с
использованием нечеткой линейной ре-
грессии // Математическое и программ-
ное обеспечение вычислительных систем:
Межвуз. сб. науч. тр. / Под ред. А.Н.
Пылькина. - Рязань: РГРТУ. - 2012. - С.
169-181.
285

7.	Haekwan Lee, Hideo Tanaka
Fuzzy approximations with non-symmetric
fuzzy parameters in fuzzy regression analy-
sis. Osaka prefecture University. Journal of
the Operations Research Society of Japan.
Vol.42, №. 1, March 1999.
8.	Haekwan Lee, Hideo Tanaka:
Fuzzy regression analysis by quadratic pro-
gramming reflecting central tendency. Be-
haviormetrika, 25 (1998) 65-80.
9.	Sakawa M. and H. Yano: Fuzzy
linear regression analysis for fuzzy input-
output data. Fuzzy Sets and Systems, 47
(1992) 173-181.
10.	Trukhanov S.V. Using fuzzy linear
regression in hyperspectral removal data
classification algorithms // Modem in-
formatization problems in economics and
safety: Proceeding of the XX-th Internation-
al Open Science Conference. Yelm, WA,
USA, January 2015. - P.56-61.
И.Демидова Л.А., Тишкин P.B.,
Труханов С.В. Алгоритмы идентифика-
ции гиперспектральных характеристик
объектов в задачах дистанционного зон-
дирования Земли И Цифровая обработка
сигналов. - №3/2014- С. 30-37.
12.	Демидова Л.А., Тишкин Р.В.,
Труханов С.В. Решение задачи иденти-
фикации гиперспектральных характери-
стик объектов с использованием системы
интеллектуальной обработки данных ги-
перспектральной съемки // Вестник Ря-
занского государственного радиотехни-
ческого университета. - 2014. - №1 (вы-
пуск 47).-С. 10-18.
13.	Труханов С.В. Применение не-
четкой линейной регрессии при иденти-
фикации гиперспектральных характери-
стик объектов // Сборник трудов Всерос-
сийской научно-технической конферен-
ции «Теоретические и прикладные про-
блемы развития и совершенствования ав-
томатизированных систем управления
военного назначения». Военно-косми-
ческая академия имени Ф.А. Можайско-
го, Санкт-Петербург, 2014 г. - С. 401-406.
14.	Заде Л.А. Понятие лингвистиче-
ской переменной и его применение к
принятию приближенных решений. - М.:
Мир, 1976.-165 с.
15.	Van der Weken D., Nachtegael M.,
Kerre E.E. An overview of similarity
measures for images // Proceedings of
ICASSP 2002 (IEEE Int. Conf. Acoustics,
Speech and Signal Processing). - Orlando,
USA. - 2002. - pp. 3317-3320.
References:
1.	Antonushkina S.V., Eremeev V.V.,
Makarenkov A.A., Moskvitin A.E., Yuda-
kov A.A. The new possibilities of the analy-
sis object terrestrial surface based on hyper-
spectral removals // Thes. rep. All-rus. sc.-
tehn. conf. "Actual problems space-rocket
technology". Samara: SamNC RAS. 2011.
P. 26-27.
2.	Ahmetov R.N., Vezenov V.L,
Eremeev V.V., Stratilatov N.R.,
Yudakov A.A. The Main trends of the stud-
ies on creation technology data processing
hyperspectral removals of the Earth // Thes.
rep. All-rus. sc.-tehn. conf. "Hyperspectral
instruments and technologies". Krasnogorsk,
2013. P. 23-25.
3.	Ahmetov R.N., Stratilatov N.R.,
Yudakov A.A., Vezenov V.L, Eremeev V.V.
Some examples data processing hyperspec-
tral removal 11 Earth study from space. 2013.
№3.P. 35-39.
4.	Yudakov A.A. The new work di-
rections by space hyperspectral Earth imag-
es analysis // Thes. rep. XVI All-rus. sc.-
tehn. conf. "New information technologies
in scientific study". Ryazan: RGRTU, 2011.
P. 237-238.
5.	Demidova L.A., Myatov G.N. The
Methods of the estimation unique fragments
of the electronic card with use the fuzzy lin-
ear regression // The Samara state technical
university. The Series: Technical sciences.
2013. №4 (40). P. 14-26.
6.	Myatov G.N. Shaping unique
fragment electronic card with use the fuzzy
linear regression // Mathematical and soft-
ware of the computing systems: scientific
coll, of the work/ Under editing by. A.N.
Pylikin. - Ryazan: RGRTU. - 2012. -P. 169-
181.
7.	Haekwan Lee, Hideo Tanaka
Fuzzy approximations with non-symmetric
fuzzy parameters in fuzzy regression analy-
sis. Osaka prefecture University. Journal of
286

the Operations Research Society of Japan.
VoL42, №. 1, March 1999.
8.	Haekwan Lee, Hideo Tanaka:
Fuzzy regression analysis by quadratic pro-
gramming reflecting central tendency. Be-
haviormetrika, 25 (1998) 65-80.
9.	Sakawa M. and H. Yano: Fuzzy
linear regression analysis for fuzzy input-
output data. Fuzzy Sets and Systems, 47
(1992) 173-181.
10.	Trukhanov S.V. Using fuzzy linear
regression in hyperspectral removal data
classification algorithms // Modem in-
formatization problems in economics and
safety: Proceeding of the XX-th Internation-
al Open Science Conference. Yelm, WA,
USA, January 2015. - P.56-61.
11.	Demidova L.A., Tishkin R.V.,
Trukhanov S.V. The objects hyperspectral
feature identification algorithms in the Earth
remoute sensing tasks // Digital signal pro-
cessing. - №3/2014- P. 30-37.
12.	Demidova L.A., Tishkin R.V.,
Trukhanov S.V. The problem solution of
objects’ hyperspectral feature identification
by means of the intellectual data processing
system of hyperspectral removal I I Ryazan
state radiotechnical university Herald. -
2O14.-№1 (the issue 47 - P. 10-18.)
13.	Trukhanov S.V. Using fuzzy
linear regression in hyperspectral objects
feature identifications // Collection of the
works to All-russian research conference
"Theoretical and applied problems of the
development and improvements automated
military managerial system". Military-space
academy of the name F.A. Mozhaysky,
Saint Petersburg, 2014
P. 401-406.
14.	Zade L.A. Notion linguistical
variable and his using to acceptance drawn
near by resolving. - M.: World, 1976.-165 p.
15.	Van der Weken D., Nachtegael M.,
Kerre E.E. An overview of similarity
measures for images // Proceedings of
ICASSP 2002 (IEEE Int. Conf. Acoustics,
Speech and Signal Processing). - Orlando,
USA. - 2002. - pp. 3317-3320.
THE OBJECTS IDENTIFICATION ALGORITHMS FROM HYPERSPECTRAL
EARTH REMOVAL DATA USING BY FUZZY LINEAR REGRESSION
©2015 S.V. Trukhanov
JSC «SRC «Progress» - Special design bureau «Spektr», Ryazan
They are considered high efficient object identification algorithms from hyperspectral Earth removal data
with use the theories of the fuzzy sets: identification algorithm based on fuzzy linear regression and algorithm to
consolidation result different decisions on identifications object from hyperspectral images.
The keywords: objects identification; hyperspectral feature; hyperspectral removal; fuzzy linear regression.
Сведения об авторах:
Труханов Сергей Викторович - заместитель начальника отдела, филиал
АО «РКЦ «Прогресс» - «ОКБ Спектр», Гагарина, 59а, г. Рязань, 390005, (4912) 76-86-79,
8(920) 964-89-70, e-mail: serge tsv@mail.ru.
Область научных интересов: исследование вопросов, связанных с идентификацией
объектов земной поверхности по гиперспектральным снимкам от космических систем;
разработка программного обеспечения тематической обработки гиперспектральной ин-
формации.
Trukhanov Sergey Viktorovich - a deputy of the chief department, branch JSC «SRC
«Progress» - «ОКВ Spectr», Ryazan, Gagarina, 59a, 390005, (4912) 76-86-79, 8(920)964-89-70,
e-mail: serge tsv@mail.ru.
The Area of scientific interest: the study of the questions, in accordance with objects iden-
tification from hyperspecrtal images got from space systems; the thematic processing hyper-
pectral information software development.
287

УДК 528
ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ЦМР, СОЗДАННОЙ ПО СТЕРЕОПАРЕ
С КА «РЕСУРС-П» №1 В ПРОГРАММНОМ КОМПЛЕКСЕ ENVI
©2015 В.А. Малиновский, А.В. Вавилин
АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Рассматривается метод построения цифровой модели рельефа с КА «Ресурс-П» №1 в программном
комплексе ENVL Приведены результаты высотных точностей цифровых моделей рельефа в зависимости от
количества опорных точек. Представлен пример применения цифровой модели рельефа в решении темати-
ческих задач.
Ключевые слова: космический аппарат, цифровая модель рельефа, дистанционное зондирование
Земли, оценка точности цифровой модели рельефа, стереопара, угол конвергенции, опорные и контрольные
точки, RPC-коэффициенты
В настоящее время одним из наибо-
лее востребованных тематических про-
дуктов, создаваемых на базе дистанцион-
ного зондирования Земли (ДЗЗ) являются
цифровые модели рельефа (ЦМР).
Задачи, решаемые путем примене-
ния ЦМР разнообразны и среди них,
можно выделить следующие:
•	вычисление уклонов и экспозиции
склонов, что важно в строительстве дорог
и продуктопроводов, сельском хозяйстве
при выборе полей под культуры с разны-
ми требованиями к освещенности и др.;
•	анализ поверхностного стока на
территории;
•	моделирование затопления терри-
торий;
•	анализ видимости, который ис-
пользуют при планировании коммуника-
ционных сетей, в военном деле и других
отраслях;
•	ортокоррекция изображений;
•	измерение площадей и объемов,
получение профилей поверхности;
•	просмотр данных в трех измере-
ниях, создание виртуальных полетов над
местностью и светотеневых моделей.
Для решения таких задач требуются
цифровые модели рельефа с различной
плановой и высотной точностью. Источ-
никами информации для построения
ЦМР служат топографические карты,
стереопары аэро- и космических сним-
ков, данные радиолокационной съемки и
т.п. На точность построения рельефа ока-
зывают влияние многие факторы, такие
как, пространственное разрешение и
геометрическое качество изображений,
состояние атмосферы, масштаб карты,
точность опорных точек и др..
При помощи программного ком-
плекса ENVI и стереопары полученной с
КА «Ресурс-П» №1 на территорию
г. Самары при углах отклонения от нади-
ра -27,65° и +27,71° была построена циф-
ровая модель рельефа, а на ее основе
промоделировано затопление территории
Самарской области при разных уровнях
подъема воды в Саратовском водохрани-
лище.
Для обработки в программном ком-
плексе ENVI была разработана методика
и проведено конвертирование
RPC-коэффициентов для каждого снимка
стереопары формируемого штатным
комплексом обработки космических
снимков с КА «Ресурс-П» №1. Данное
конвертирование проходило с помощью
отдельно разработанного программного
обеспечения.
Оценка точности ЦМР стала воз-
можной благодаря съемке на данную
территорию опорных и контрольных то-
чек при помощи GPS-приемника. Всего в
расчетах оценки точности цифровой мо-
дели рельефа использовались 26 кон-
трольных точек.
В качестве основных показателей
точности модели были приняты следую-
щие параметры:
288

•	среднее значение разности высот,
оценка систематической ошибки (п-число
точек);
•	средняя квадратическая ошибка
(Root Mean Square Error);
•	средняя абсолютная ошибка (Mean
Absolute Error);
•	стандартная средняя среднеквад-
ратическая ошибка;
•	центрированная средняя абсолют-
ная ошибка.
По результатам проведенной оцен-
ки точности ЦМР с КА «Ресурс-П» №1
можно сделать вывод, что цифровая мо-
дель рельефа удовлетворяет требованиям
карт масштаба 1:50000.Для построения
ЦМР достаточно наличия 5-ти опорных
точек, так как точность ЦМР при исполь-
зовании большего количества опорных
точек (6-11) значительно не улучшается.
Среднее квадратическое отклонение
ЦМР, построенной без использования
опорных точек, но с учетом RPC- коэф-
фициентов, равно 3,82 м. При использо-
вании опорных точек точность повыша-
ется до уровня 2,7 м. Для сравнения точ-
ность ЦМР, создаваемая по данным КА
«Geoeye-1» составляет 3 м и 1,5 м соот-
ветственно без использования опорных
точек и с их использованием.
DEM ACCURACY EVALUATION GENERATED FROM
SC «RESURS-Р» №1 STEREOPAIRS IN ENVI SOFTWARE
©2015 V.A. Malinovskii, A.V. Vavilin
JSC «SRC «Progress», Samara
Consider the method of construction digital elevation model from SC «Resurs-P»№l in ENVI software.
Bring results DEM accuracy subject to number ground control points. Present the example use of DEM in the deci-
sion of thematic problems.
Key words: the space vehicle, digital elevation model, remote sensing, DEM accuracy evaluation, stere-
opairs, convergent angle, basic and control points, RPC-factors.
Информация об авторах:
Малиновский Владимир Андреевич, заместитель начальника отдела, АО «РКЦ
«Прогресс», т.8(846)228-99-90, vladmalinovski@gmail.ru.
Область научных интересов: дистанционное зондирование Земли, методы обработки
информации дистанционного зондирования Земли, методы измерения координат объек-
тов, радиолокационные системы с синтезированной апертурой.
Malinovskii Vladimir Andreevich, assistant chief of department, JSC «SRC «Progress»,
Russia, Samara, 8(846)228-99-90, vladmalinovski@gmail.ru.
Area of research: are in the field remote sensing, methods of processing remote sensing in-
formation, measurement of position data, synthetic aperture radars.
Вавилин Андрей Владимирович, инженер-конструктор 2 категории АО «РКЦ
«Прогресс», т. 8(846)228-99-76, andrew87.87@mail.ru.
Область научных интересов: дистанционное зондирование Земли, методы обработки
информации дистанционного зондирования Земли, методы построения и оценки цифро-
вых моделей рельефа.
Vavilin Andrey Vladimirovich, engineer-designer, JSC «SRC «Progress», Russia,
Samara, 8(846)228-99-76, andrew87.87@mail.ru.
Area of research: are in the field remote sensing, methods of processing remote sensing in-
formation, methods create and evaluation digital elevation model.
289

УДК 528.8
ИССЛЕДОВАНИЕ ТОЧНОСТИ ГЕОПРИВЯЗКИ СНИМКОВ,
ПОЛУЧЕННЫХ С КА «РЕСУРС-П» №1
©2015 С.И. Баранов, О.П. Малыгина
АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Проведены исследования по восстановлению геометрических характеристик изображений. Рассмат-
риваются методы и технологии фотограмметрической обработки.
Ключевые слова: геодезическое ориентирование, опорные и контрольные точки, .масштаб карты,
КРС-коэффициенты
Геометрическая точность ортофото-
планов, созданных по космическим сним-
кам высокого и сверхвысокого разреше-
ния, является определяющим фактором
при оценке возможности их применения
при решении задач крупномасшатбного
картографирования, создания и обновле-
ния топографических и кадастровых пла-
нов.
Функциональным назначением гео-
дезического ориентирования изображения
является устранение остаточных погреш-
ностей координатной привязки видеодан-
ных, обусловленных неточностью опреде-
ления углов ориентации КА. В данной ра-
боте уточнение привязки производится на
основе использования координат опорных
точек местности.
В качестве опорных и контрольных
точек для геометрической коррекции, ис-
пользовались данные, полученные в ходе
экспериментальных исследований, прове-
дённых в 2014 году в рамках НИР
«Спектр-1». В рамках этой работы с ис-
пользованием двухчастотных навигацион-
ных приёмников и специализированного
программного обеспечения была проведе-
на высокоточная привязка большого коли-
чества опорных точек (около 400), распо-
ложенных на территории Самарской обла-
сти и города Самара.
Исследования геометрической точ-
ности выполнялось по 6 ортоснимкам тер-
ритории г. Самары и пригородной зоны,
полученные космическим аппаратом
«Ресурс-П» №1 .
Ортотрансформирование снимков
(панхроматический канал) выполнялось в
программном комплексе ENVI 5.0 без ис-
пользования наземных опорных точек в
системе координат WGS-84 проекции
UTM, метод интерполяции ЦМР - бикуби-
ческая интерполяция (cubic convolution).
Для оценки геометрической точности
использовался метод полиномов первой
степени, реализованный в программном
комплексе ENVI:
x = al + а2Х + a3Y + a4XY
у = Ы + Ь2Х + b3Y + b4XY
В качестве основных показателей
точности были выбраны следующие широ-
ко распространенные в отечественной и
международной практике ошибки:
-	систематический сдвиг (системати-
ческая ошибка);
-	средняя квадратическая ошибка;
-	средняя радиальная ошибка;
-	круговая вероятная 90% ошибка
СЕ90.
Коррекция ортоснимков выполнялась
по пяти опорным точкам, равномерно рас-
положенным по площади изображения.
Число контрольных точек - 30.
Проведённые исследования показали,
что точность геопривязки снимков с КА
«Ресурс-П» № 1 может быть существенно
улучшена за счёт геометрической коррек-
ции изображения с использованием пяти
опорных точек (табл. 1). При этом точ-
ность геопривязки откорректированных
снимков удовлетворяет требованиям,
предъявляемым к материалам космической
съёмки для создания ортофотопланов мас-
штаба 1:5000.
290

Табл. 1 - Результаты исследования геометрической точности
Показатель точно- сти	Значение показателя					
	Ортоснимок 5255 03	Ортоснимок 516303	Ортоснимок 5163 02	Ортоснимок 6420 02	Ортоснимок 5071 03	Ортоснимок 5684 02
Ортоснимок по 5 опорным точкам с использованием RPC						
Модуль систем, сдвига d,M	1,57	2,54	2,01	1,43	1,24	2,55
RMSE,m	2,47	3,43	2,52	2,45	1,48	3,65
MRE,m	1,81	2,73	2,18	1,69	1,31	2,92
СЕ90,м	3,75	5,29	3,83	3,72	2,24	5,53
Ортоснимок по 5 опорным точкам использованием RPC и ЦМР						
Модуль систем, сдвига d,M	1,76	2,19	2,31	1,38	1,74	2,39
RMSE,m	2,40	2,73	2,84	2,23	2,11	2,89
MRE,m	1,96	2,38	2,44	1,67	1,89	2,62
СЕ90,м	3,64	4,15	4,31	3,38	3,20	4,39
RESEARCH OF GEOBINDING ACCURACY OF THE IMAGES OBTAINED FROM A
SPACECRAFT RESOURCE-P №1
©2015 S.I. Baranov, O.P. Malygina
JSC «SRC «Progress», Samara
Researches for geometrical characteristics restoration of the images are conducted. Methods and technologies
photogrammetric processing are observed.
Keywords: Geodetic orientation, basic and control points, map scale, RPC-factors.
Сведения об авторах:
Баранов Сергей Иванович, начальник сектора, АО «РКЦ «Прогресс»,
т.(846) - 228-99-76, baranov.ser@mail.ru.
Область научных интересов: дистанционное зондирование земли, методы обработки
информации дистанционного зондирования Земли.
Малыгина Ольга Петровна, инженер-конструктор 2 кат., АО «РКЦ «Прогресс»,
т.(846) - 228-99-76, maligina20@mail.ru.
Область научных интересов: дистанционное зондирование земли, методы обработки
информации дистанционного зондирования Земли.
Sergey Ivanovich Baranov chief of sector, JSC «SRC «Progress», Russia, Samara, (846) -
228-99-76, baranov.ser@mail.ru..
Research interests are in the field remote sensing, methods of processing remote sensing
information.
Olga Petrovna Malygina, design engineer of 2 category, JSC «SRC «Progress», Russia,
Samara, 8(846)228-99-76, maligina20@mail.ru.
Research interests are in the field remote sensing, methods of processing remote sensing
information.
291

УДК 528.855
СОЗДАНИЕ РЕЛЯЦИОННОЙ БАЗЫ ДАННЫХ СПЕКТРАЛЬНЫХ СИГНАТУР
ПРИРОДНЫХ И АНТРОПОГЕННЫХ ОБЪЕКТОВ САМАРСКОЙ ОБЛАСТИ
© 2015 А.В. Ращупкин, А.С. Егоров
АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Рассматривается база данных спектральных сигнатур природных и антропогенных объектов Самар-
ской области. Приводятся результаты проведённых экспериментальных работ.
Ключевые слова: дистанционное зондирование Земли, гиперспектральная съёмка, многоуровневая си-
стема мониторинга, база данных спектральных сигнатур, экологический мониторинг
Для полноценного использования
гипеспектральных данных необходимы
так называемые спектральные библиоте-
ки природных и антропогенных объектов
интереса. Подобные базы данных, со-
зданные, в том числе с помощью авиаци-
онной гиперспектральной съёмки, суще-
ствуют в США, Австралии и некоторых
европейских странах, где разработка этой
темы ведется уже несколько лет. Данные
базы данных имеют определённые
направления и все они, как правило, за-
крыты, поскольку представляют либо
государственный, либо коммерческий
интерес. Существует несколько открытых
библиотек американских университетов
(USGS spectral library, Johns Hopkins Uni-
versity spectral library, Aster Spectral li-
brary и т.д.), однако они больше подходят
для спектрального анализа гиперспек-
тральных изображений определенной
местности, где были собраны, поскольку
объекты, указанные в этих базах - мине-
ралы, горные породы, грунты, деревья,
поля, дороги и т.д. - находятся в США и
по своим характеристикам отличаются
от российских.
Создание и заполнение реляцион-
ной базы данных спектральных сигнатур
(БД СС) природных и антропогенных
объектов обусловлено необходимостью
её использования для достоверной ин-
терпретация гиперспектральных данных.
Информация, содержащаяся в подобных
базах данных должна быть достоверной и
обширной, позволяющей решать не толь-
ко задачу обнаружения объектов, но и
классификации изображений, поскольку
результаты последних необходимо ин-
терпретировать по заранее известным
спектральным образцам всего набора
присутствующих на изображении объек-
тов.
В связи с этим в рамках комплекс-
ного проекта «Многоуровневая система
оперативного мониторинга Земли»
предусмотрено создания БД СС, которая
представляет собой набор спектральных
коэффициентов отражательной способ-
ности природных и антропогенных объ-
ектов Самарской области, полученные с
помощью сертифицированного порта-
тивного спектрорадиометра в диапазоне
длин волн от 0,4 до 2,5 микрометров.
Основными целями создания БД СС
являются:
-	обеспечение возможности сбора,
хранения, анализа и совместного исполь-
зования разнородных данных, получен-
ных из различных источников (наземных
измерений спектральных сигнатур тесто-
вых объектов, результатов фиксации
наземной и метеорологической обстанов-
ки, включая фотографии, координаты
объектов и их описания, параметры атмо-
сферы и т.д.);
-	повышение оперативности, досто-
верности и полноты представления ин-
формации по отражательным характери-
стикам природных и антропогенных объ-
ектов, необходимой для автоматизиро-
ванного (автоматического) дешифриро-
вания авиационных и космических ги-
перспектральных снимков;
292

- взаимодействие БД СС с коммер-
ческими пакетами прикладных программ
обработки и анализа данных дистанци-
онного зондирования Земли, в частности
с программным комплексом ENVI.
Полевые измерения являются осно-
вой изучения спектральных коэффициен-
тов отражения природных и антропоген-
ных объектов, динамики их изменений в
зависимости от стадии развития или про-
текающих физико-химических процес-
сов. Знание спектральных характеристик,
их систематизация и построение эталон-
ных спектральных библиотек позволит
автоматизировать процесс дешифрирова-
ния аэрокосмических изображений для
дистанционного мониторинга окружаю-
щей среды при решении широкого круга
социально-экономических и научно-
прикладных задач.
DEVELOPMENT OF SPECTRAL SIGNATURES RELATIONSHIP DATABASE OF
SAMARA REGION NATURAL AND ANTHROPOGENIC OBJECTS
© 2015 A.V. Raschupkin, A.S. Egorov
JSC «RSC «Progress», Samara
Spectral signatures database of natural and anthropogenic objects of Samara region is observed. Results of
the spent experimental works are discussed.
Keywords: remote sensing, hyperspectral imaging, multilevel monitoring system, database of spectral signa-
tures, ecological monitoring
Сведения об авторах:
Ращупкин Анатолий Владимирович, начальник отдела, АО «РКЦ «Прогресс»,
т. (846) - 228-99-90, e-mail: avrdip@gmail.com.
Область научных интересов: дистанционное зондирование Земли, методы обработки ин-
формации дистанционного зондирования Земли.
Raschupkin Anatoliy Vladimirovich, head of department, JSC «RSC «Progress», Samara,
Russian Federation, phone (846) 228-99-90, e-mail: avrdip@gmail.com.
Research interests are in the field remote sensing, methods of processing remote sensing infor-
mation.
Егоров Александр Святославович, инженер-конструктор 2 кат., АО «РКЦ «Прогресс»,
т. (846) - 228-95-29, e-mail: egorov063@mail.ru.
Область научных интересов: дистанционное зондирование Земли, методы обработки ин-
формации дистанционного зондирования Земли.
Egorov Alexander Svyatoslavovich, design engineer of 2 cat., JSC «RSC «Progress», Samara,
Russian Federation, phone (846) - 228-94-80, e-mail: egorov063@mail.ru.
Research interests are in the field remote sensing, methods of processing remote sensing information.
293

УДК 528.344:629.783
СОЗДАНИЕ СЕТИ ОПОРНЫХ ТОЧЕК ДЛЯ ОЦЕНКИ ТОЧНОСТИ
ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОДУКТОВ, ИЗГОТАВЛИВАЕМЫХ НА ОСНОВЕ
ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ
© 2015 В.А. Малиновский, А.А. Расторгуев
АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Рассмотрены методы обеспечения высокоточной геопривязки опорных точек, основанные на диффе-
ренциальном методе обработки навигационных данных, полученных одновременно двумя двухчастотными
навигационными приёмниками глобальной навигационной спутниковой системы. Приводятся результаты
проведённых экспериментальных работ.
Ключевые слова: дистанционное зондирование Земли, дифференциальный метод, опорные точки,
метод точного позиционирования, глобальная навигационная спутниковая система
Для оценки метрических свойств
ортоизображений земной поверхности,
получаемых системами дистанционного
зондирования Земли (ДЗЗ), необходима
точная координатная привязка опорных
точек (определение их геоцентрических
(X, Y, Z) или геодезических (В, L, Н) ко-
ординат), причём точность привязки
должна быть на уровне долей проекции
пиксела на земную поверхность, что для
современных систем ДЗЗ в абсолютных
значениях соответствует уровню
0,25...0,5 метра, исходя из того, что ве-
личины погрешностей опорных и кон-
трольных точек в плановом положении, в
соответствии с требованиями норматив-
ных документов, не должны превышать
0,5 мм в масштабе создаваемого орто-
изображения для равнинных и всхолм-
ленных районов и 0,7 мм для горных.
В то же время, для оценки точности
создаваемых на основе данных ДЗЗ циф-
ровых моделей рельефа (ЦМР), важно
иметь данные о высоте рельефа местно-
сти, т.е. и высота каждой опорной точки
должна определяться с точностью не ху-
же 0,5 м, при этом для более полного
анализа точности создаваемых ЦМР,
важно иметь возможность получения вы-
сокоточных непрерывных профилей ре-
льефа местности заданной территории.
Разработана и экспериментально
подтверждена методика получения таких
профилей с использованием технологии
SPAN (Synchronized Position, Attitude and
Navigation), основой которой является
жестко связанный алгоритм комбиниро-
вания инерциальных и спутниковых из-
мерений, который обеспечивает высо-
кую точность решений даже при времен-
ном отсутствии спутниковых сигналов.
При этом показано, что наличие только
навигационных измерений, без использо-
вания данных от прибора инерциальной
навигации не позволяет получить точное
решение.
Для получения заданной высокой
точности абсолютного позиционирования
сети опорных точек использовался диф-
ференциальный метод, в котором обра-
ботка сигналов основана на одновремен-
ных измерениях, сделанных с одними и
теми же спутниками двумя различными
приёмниками, расположенными соответ-
ственно на базовой и мобильной станции.
При этом формируются двойные раз-
ностные уравнения, которые устраняют
или уменьшают влияние главных источ-
ников ошибок, связанных с распростра-
нением сигнала.
В то же время для высокоточного
определения координат базовой станции
использовался разработанный компанией
Novatel метод точного позиционирования
PPP (Precise Point Positioning), обеспечи-
вающий возможность позиционирования
с точностью до 10 - 30 см в режиме ки-
нематики и до 1,5 - 2 см в режиме стати-
ки. В этом методе решения базируются
на использовании двухчастотного GPS-
294

приемника и точных эфемерид наблюда-
емых спутников, содержащихся в файлах
Rapid и Final и доступных спустя 17 ча-
сов и 12 суток соответственно, через сеть
Международной службы навигационных
сообщений IGS. Оба решения, реализо-
ванные в программе GrafNav компании
NovAtel 8.10, используют алгоритмы
многопроходного сглаживания при по-
мощи фильтра Кальмана и широко при-
меняются при выполнении изыскатель-
ских и аэрофотогеодезических работ в
Канаде, США и ряде других стран.
В ходе проведения эксперимен-
тальных работ установлено, что при
ограниченном времени съёма навигаци-
онных данных с мобильной станции на
опорных точках (3...5 минут) заданная
точность обеспечивается на расстоянии
не более 30 км от базовой станции, что
заставило при постановке эксперимен-
тальных работ по получению непрерыв-
ных профилей рельефа местности созда-
вать для каждого кольцевого маршрута
свою базовую станцию.
Проведённые работы обеспечили
получение данных по более, чем 400-м
опорным точкам, расположенным на
участке местности размером 50 х 50 км2,
что позволило выполнить целый ряд экс-
периментальных исследований по оценке
точности информационных продуктов,
создаваемых на основе данных дистанци-
онного зондирования, получаемых с по-
мощью КА «Ресурс-П», в частности про-
вести оценку точности цифровой модели
рельефа города Самара, а также оценку
точности геопривязки ортотрансформи-
рованных изображений города Самары и
его окрестностей.
THE CREATION OF A NETWORK OF REFERENCE POINTS TO ASSESS
THE ACCURACY OF THE INFORMATION PRODUCTS THAT ARE PRODUCED
ON THE BASIS OF REMOTE SENSING DATA
© 2015 V.A. Malinovskii, A.A. Rastorguev
JSC «SRC «Progress», Samara
The methods of a satellite geodesy providing high-precision positioning of reference points are observed.
They are necessary for an estimation of terrestrial surface ortoimages metric properties. Results of the spent exper-
imental works are discussed.
Keywords: remote sensing, reference points, precise point positioning method, global satellite navigation
system
Сведения об авторах:
Малиновский Владимир Андреевич, заместитель начальника отдела, АО «РКЦ
«Прогресс», т. (846) - 228-99-90, vladmalinovski@gmail.com.
Область научных интересов: дистанционное зондирование Земли, методы обработки
информации дистанционного зондирования Земли, методы измерения координат объек-
тов, радиолокационные системы с синтезированной апертурой.
Malinovskii Vladimir Andreevich, JSC «SRC «Progress», Samara, Russian Federation,
assistant chief of department.
Research intrests are in the field remote sensing, methods of processing remote sensing in-
formation, measurement of position data, synthetic aperture radars.
Расторгуев Андрей Алексеевич, ведущий инженер-конструктор, АО «РКЦ
«Прогресс», т. (846) - 228-99-90, goto.anras@gmail.com.
Область научных интересов: дистанционное зондирование Земли, методы обработки
информации дистанционного зондирования Земли, методы измерения координат объек-
тов.
295

Rastorguev Andrey Alexeevich, JSC «SRC «Progress», Samara, Russian Federation,
leading engineer.
Research intrests are in the field remote sensing, methods of processing remote sensing in-
formation, measurement of position data.
УДК 523,550.3
АЛГОРИТМ АДАПТИВНОГО УСТРАНЕНИЯ ФОНА НА ИЗОБРАЖЕНИЯХ
ЗВЕЗДНОГО НЕБА
©2015 М.В. Клюшников
Филиал АО «РКЦ «Прогресс» - НПП «ОПТЭКС», г. Зеленоград
Приведен алгоритм устранения фоновой составляющей из изображений звездного неба.
Ключевые слова: цифровая обработка изображений, градиентная коррекция, удаление фона, звезд-
ный датчик, калибровка по звездам
В практике дистанционного зон-
дирования Земли достаточно часто воз-
никают задачи обработки изображений
звёздного неба. Такие задачи возникают,
прежде всего, в звездных датчиках, а
также при обработке изображений, полу-
ченных аппаратурой дистанционного
зондирования в режиме АКСО (астроко-
нтроля согласования осей). Вообще гово-
ря, разработчик оптико-электронной ап-
паратуры еще на стадии проектирования
должен стремиться минимизировать воз-
никновение паразитных засветок входно-
го зрачка, что достигается применением
бленд, а также удалением от поля зрения
оптико-электронной аппаратуры элемен-
тов конструкции КА, которые могут
быть освещены Солнцем. В то же время
при реальной эксплуатации КА не всегда
оказывается возможным обеспечить тре-
буемые угловые расстояния от линии ви-
зирования оптико-электронной аппарату-
ры от Солнца, Земли и Луны. При этом
на изображении звёздного неба форми-
руются блики различной формы и/или
фоновая засветка с более или менее вы-
раженными градиентами.
В предлагаемой статье приводится
описание алгоритма устранения фона с
изображений звездного неба. При этом
восстановленное изображение макси-
мально точно воспроизводит изображе-
ние, которое было бы при отсутствии за-
светки.
Собственно алгоритм заключается
в следующем. Входным параметром ал-
горитма, поимо исходного изображения,
является величина сетки (step), на кото-
рой будет строиться фоновое изображе-
ние. Как правило, этот параметр лежит в
диапазоне 20-200 пикселей. Если есть ос-
нования ожидать, что на изображении
будут небольшие блики с более-менее
резко очерченными границами, то этот
параметр необходимо уменьшить.
Первым этапом работы алгоритма
является разбиение входного изображе-
ния на квадратные участки с размером
step на step пикселей. В каждом таком
участке выбираются step пикселей, име-
ющих минимальное значение сигнала.
После этого по ним вычисляется среднее
значение сигнала, и полученное значение
приписывается центральному пикселю
участка. В связи с этим желательно, что-
бы значение step было нечетным (при
чётном значении step результат усредне-
ния необходимо приписывать либо одно-
му из пикселей, находящихся рядом со
«средней точкой», либо учитывать, что
известное значение фонового сигнала
находится между пикселями). Далее
осуществляется интерполяция вычислен-
ного значения фона н все пиксели изоб-
ражения и использованием бикубической
296

или билинейной интерполяции. Полу-	Примеры работы данного алго-
ченное интерполированное значение фо- ритма приведены на рис. 1.
на попиксельно вычитается из исходного
До вычитания	После вычитания
Рис. 1.
ADAPTIVE BACKGROUND REMOVING ALGORITHM FOR
STARRY SKY IMAGES
©2015 M.V. Klyushnikov
Dept JSC «SRC «Progress» - NPP «OPTECS», Zelenograd
Described adaptive background removing algorithm for starry sky images.
Keywords: digital image processing, background removing, star tracker, calibration via stars
Информация об авторах:
Клюшников Максим Владимирович, кандидат технических наук, первый замести-
тель директора - заместитель главного конструктора НПП «ОПТЭКС», 124460, РФ,
г. Москва, Зеленоград, ул. конструктора Гуськова, д.8,стр. 2, т. (499) 734-94-93, e-mail -
klyushnikov mv@mail.ru.
Область научных интересов: оптоэлектронные приборы, методы обработки изобра-
жений.
Klyushnikov Maxim Vladimirovich, PhD, First deputy department director - deputy
chief designer NPP «OPTECS», 124460, Moscow, Zelenograd, St. Konstruktora Guskova, h.8,
b. 2, t.(499) 734-94-93, klyushnikov mv@mail.ru.
Area of research: optoelectronic devices, digital image processing.
297

УДК 523,550.3
ИНФРАКРАСНАЯ КАМЕРА ИЗ СОСТАВА КОМПЛЕКСА
ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЙ ЦЕЛЕВОЙ АППАРАТУРЫ МКА «АИСТ-2»
©2015 Г.В. Бунтов
Филиал АО «РКЦ «Прогресс» - НПП «ОПТЭКС», г. Зеленоград
Приведено описание камеры оптико-электронной инфракрасного диапазона спектра 8-14мкм. Данная
камера входит в состав комплекса оптико-электронной целевой аппаратуры МКА «Аист-2». В статье при-
ведены описание структуры и конструкции камеры, её параметры и образцы изображений, полученных в
ходе наземной отработки.
Ключевые слова: ДЗЗ, инфракрасная камера, микроболометрическая матрица
Одним из перспективных направле-
ний развития систем ДЗЗ являются си-
стемы, обеспечивающие съёмку в тепло-
визионном диапазоне 8-14мкм. Изобра-
жения, полученные в данном диапазоне
спектра, можно использовать в метеоро-
логии, гидрологии, геологии, сельском
хозяйстве, контроле чрезвычайных ситу-
аций и т.д.. Совместное использование с
данными ДЗЗ, полученными в видимом и
ближнем ИК диапазонах, позволит рас-
ширить возможности и повысить точ-
ность методов дистанционного зондиро-
вания в части обнаружения очагов пожа-
ров, мониторинга геологической активно-
сти, оценки теплового загрязнения, фор-
мируемого промышленными объектами,
мониторинга состояния сельхозугодий и
т.п.
Значительными препятствиями в
развитии систем ДЗЗ тепловизионного
диапазона спектра являются малые чув-
ствительность и разрешение фотоприём-
ников, сложность их применения. Наибо-
лее чувствительными и малошумящими
фотоприёмниками являются охлаждае-
мые фотоприёмники HgCdTe. Наиболь-
шим недостатком данных фотоприёмни-
ков является требование к охлаждению,
что значительно увеличивает габариты,
массу фотоприёмного устройства и сни-
жает его надёжность.
В настоящее время происходит ак-
тивное развитие фотоприёмников тепло-
визионного диапазона спектра на основе
матриц неохлаждаемых микроболомет-
ров. Данные фотоприёмники обладают
малыми габаритами и хорошей чувстви-
тельностью. К особенностям матриц не-
охлаждаемых микроболометров можно
отнести сложную обработку полученного
изображения для устранения разброса
чувствительности и постоянной состав-
ляющей в сигнале, а также принципиаль-
ное отсутствие накопления сигнала, в
связи с чем частота кадров ограничена
постоянной времени фоточувствительно-
го элемента.
Для проведения экспериментальной
эксплуатации на МКА «Аист-2» в составе
комплекса оптико-электронной целевой
аппаратуры была разработана и изготов-
лена камера оптико-электронная инфра-
красного диапазона (далее - КОЭ-ИКД).
КОЭ-ИКД предназначена для проведения
съёмки Земли в диапазоне 8-14 мкм и
имеет следующие характеристики:
-	спектральный диапазон 8-14 мкм;
-	формат фотоприёмника 388 на
284 пиксела;
-	размер пиксела 25мкм;
-	частота кадров 50 Гц;
-	пространственная проекция пиксе-
ля 143 м с высоты орбиты - 575км;
-	фокусное расстояние объектива
100 мм;
-	светосила объектива 1:1;
-	энергопотребление не более 6 Вт;
-	масса 4,3 кг.
Оптическая система КОЭ-ИКД со-
стоит из германиевого входного окна с
просветляющим покрытием, германиево-
го объектива с фокусным расстоянием
100мм и светосилой 1:1 и фотоприёмни-
298

ка. В качестве фотоприёмника в КОЭ-
ИКД используется неохлаждаемая мик-
роболометрическая матрица ф. Ulis.
Между объективом и фотоприёмником
расположена шторка затвора, предназна-
ченная для защиты от прямой засветки
Солнца и для формирования равномерной
засветки для использования в последую-
щей обработке изображений.
Конструктивно КОЭ-ИКД пред-
ставляет собой моноблок с объективом,
расположенным в герметичном объёме.
Внешний вид КОЭ-ИКД представлен на
рис.1.
Рис. 1. Внешний вид камеры оптико-электронной инфракрасного диапазона.
Основным конструкционным эле-
ментом КОЭ-ИКД является основание,
на которое закреплены рама с микро-
электронными платами и сборка объек-
тива и камеры. Также на основание уста-
навливаются кожухи, обеспечивающие
герметичность моноблока.
Внешний вид КОЭ-ИКД со сняты-
ми кожухами представлен на рис.2.
Рис. 2. 3D модель камеры оптико-электронной инфракрасного диапазона со снятыми кожухами.
Структурная схема КОЭ-ИКД приведена на рис.З.
299

г
Рис. 3. Структурная схема КОЭ-ИКД.
Включение КОЭ-ИКД осуществля-
ется путём подачи напряжения питания
27В. После включения КОЭ-ИКД в плате
управления происходит загрузка бортово-
го программного обеспечения и приём по
интерфейсу CAN массива исходных дан-
ных на режим. В соответствии с исход-
ными данными на режим происходит за-
пуск съёмки и выдача полученных дан-
ных в дублированный оптический канал
для записи полученного массива изобра-
жений в БЗУ и последующей передачи по
высокоскоростной радиолинии.
Изображения, полученные в ходе
проведения наземной отработки КОЭ-
ИКД представлены на рис.4.. .6
Рис. 4. Тепловизионное изображение тест-объекта
300

Рис. 5. Тепловизионное изображение трубы котельной.
Рис.6 Тепловизионный портрет.
По состоянию на июнь 2015г. были изготовлены комплекты КДИ и 1Л КОЭ-ИКД,
проведены ЛОИ, ПСИ.
INFRARED CAMERA FOR SYSTEM OF OPTOELECTRONIC PAYLOAD
SMALL SATELLITE «AIST-2»
©2015 G.V. Buntov
Dept JSC «RSC «Progress» - NPP «OPTECS», Moscow, Zelenograd
Shown structure and parameters of infrared camera for spectral range 8-14um. This camera include in optoe-
lectronic payload small satellite «Aist-2». Shown mode of operation, description of camera construction, and sam-
ple of images, collected in ground testing.
Keywords: infrared camera, uncooled IR detector
301

Информация об авторах:
Бунтов Геннадий Владимирович, начальник отделения филиала АО «РКЦ
«Прогресс» - НПП «ОПТЭКС», ул. Конструктора Гуськова, д.8, стр.2, г. Москва, Зелено-
град, РФ, 124460. т. +7(499) 734-94-93 доб.185, buntov@inbox.ru .
Область научных интересов: оптико-электронные приборы, приборы астроориента-
ции.
Gennadiy Vladimirovich Buntov, head of laboratory of Dept JSC « SRC «Progress» -
NPP «OPTECS», Moscow, Zelenograd. Area of research: optoelectronic instruments, solar sen-
sors, star sensors.
302

УДК 523,550.3
ВОЗМОЖНОСТИ МОДЕРНИЗАЦИИ КОСМИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА
НА БАЗЕ КА «АИСТ-2»
©2015 А.И. Бакланов, М.В. Клюшников
Филиал АО «РКЦ «Прогресс» - НПП «ОПТЭКС», г.Зеленоград
Рассмотрены возможности модернизации КА «Аист-2» и его целевой аппаратуры в направлении
повышения разрешающей способности. Рассмотрены варианты изменения высоты орбиты, уменьшения
размера пикселя, увеличения фокусного расстояния и диаметра оптической системы.
Ключевые слова: дистанционно зондирование земли, высокое разрешение, оптико-электронная ка-
мера, оптическая система, ВЗН матрица, разрешающая способность
В настоящее время АО «РКЦ «Про-
гресс» завершает изготовление КА
«Аист-2». КА «Аист-2» с ОЭА «Аврора»
имеет следующие характеристики:
•	Высота орбиты - 490 км,
•	Проекция пикселя - 1,47 м
•	Полоса захвата - 39,7 км,
•	Фокусное расстояние объектива
- 2000 мм,
•	Относительное отверстие объек-
тива - 1/5,7,
•	Размер элемента - 6 мкм,
•	Количество элементов в строке -
27000,
•	Линейное поле зрения - 162 мм.
Съемка осуществляется без тангаж-
ного замедления.
Зависимость разрешающей способ-
ности от высоты Солнца над горизонтом
для зачетных условий1 приведена на
рис. 1.
Рис. 1 - Зависимость разрешающей способности от высоты Солнца над горизонтом.
303

'Контраст миры - 0,06, максимальное альбедо миры
Направлениями модернизации КА
«Аист-2» в части увеличения разрешаю-
щей способности могу быть:
•	Уменьшение высоты орбиты,
•	Уменьшение размера элемента,
-0,17, наблюдение в надир.
• Увеличение фокусного расстоя-
ния объектива.
Каждое из этих направлений имеет
свои преимущества и недостатки. Они
приведены в табл. 1.
Табл. 1.
Направление модерни- зации	Преимущества	Недостатки
Уменьшение высоты ор- биты	•	Минимальный объем до- работок КА, •	Минимальная стоимость и сроки работ	•	Уменьшение полосы обзора •	Уменьшение полосы захвата •	Уменьшение производитель- ности из-за более коротких сеан- сов связи с КА
Уменьшение размера элемента	•	Сохранение полосы обзо- ра, •	Сохранение полосы за- хвата	•	Необходимость разработки нового фотоприемника и СППИ • Уменьшение зарядовой емко- сти фотоприемника и его дина- мического диапазона •	Уменьшение КПК на рабочей пространственной частоте
Увеличение фокусного расстояния объектива	• Сохранение полосы обзо- ра	•	Необходимость модернизации или разработки нового объекти- ва •	Увеличение массы ОЭА •	Уменьшение полосы захвата
Рассмотрим каждое из этих направ-
лений более подробно.
В варианте уменьшения высоты ор-
биты рассмотрим случаи исходной высо-
ты орбиты, высот 500, 400 и 300 км.
Табл. 2.
Высота орбиты	490 км	400 км	300 км
Проекция пикселя, м	1,47	1,2	0,9
Полоса захвата, км	39.7	32,3	24,3
Полоса обзора, км	577	461	346
Относительная периодичность наблюдения	1	0.8	0.6
Зависимость разрешающей спо-
собности от высоты Солнца над горизон-
том для различных высот орбиты приве-
дена на рис. 2.
Таким образом, видно, что
уменьшение высоты орбиты является
перспективным способом увеличения
разрешающей способности. В самом
«экстремальном» случае возможно до-
стижение разрешающей способности на
Параметры КА «Аист-2» в этих
случаях приведены в табл. 2.
уровне, близком к 1 метру при сохране-
нии полосы захвата на уровне лучшем,
чем у большинства космических систем
высокого разрешения. Ухудшение харак-
теристик по полосе обзора и производи-
тельности могут быть скомпенсированы
за счет увеличения числа КА. С учетом
минимальной стоимости такой модерни-
зации увеличение числа КА может быть
оправдано с экономической точки зрения.
304

Рис. 2 - Зависимость разрешающей способности от высоты Солнца над горизонтом для различных
высот орбиты.
Вариант уменьшения размера эле-
мента ограничен возможностями отече-
ственной микроэлектронной промыш-
ленности. В настоящее время подтвер-
ждается возможность изготовления фо-
топриемников с размером элемента 4,5
мкм. Возможность изготовления фото-
приемников с размером элемента 3 мкм
отечественными производителями не
подтверждается, однако в принципе (при
условии модернизации технологической
линейки в НПП «ЭЛАР») такая возмож-
ность имеется.
Замена фотоприемников на фото-
приемники с меньшим размером элемен-
та потребует разработки СППИ с увели-
ченной производительностью - в 1,7 раза
при переходе на размер 4,5 мкм и в 4 раза
при переходе на размер 3 мкм, с соответ-
ствующим увеличением массы оптико-
электронных преобразователей, емкости
и массы запоминающего устройства и
пропускной способности радиолинии.
Зависимость разрешающей способ-
ности от высоты Солнца над горизонтом
для различных размеров пикселя приве-
дена на рис. 3.
Видно, что при высоте Солнца 10°
переход на меньший размер практически
не улучшает разрешающую способность.
Это объясняется тем, что при малых вы-
сотах Солнца над горизонтом фотопри-
емники с малым размером пикселя про-
игрывают из-за уменьшенной чувстви-
тельности и малого динамического диа-
пазона, как это было неоднократно пока-
зано в материалах НПП «ОПТЭКС». в
области больших высот Солнца, в данном
случае, преимущество фотоприемником
минимально, поскольку их частота Найк-
виста лежит за пределами граничной
пространственной частоты оптической
системы. Так, для высот Солнца, близких
к 90° переход на меньший размер дает
прирост разрешающей способности на
уровне 12%, что связано с влиянием ча-
стоты «среза» оптической системы.
305

Рис. 3 - Зависимость разрешающей способности от высоты Солнца над горизонтом для различных
размеров пикселя.
Направление увеличения фокусного
расстояния объектива должно рассмат-
риваться в двух вариантах - с сохранени-
ем диаметра объектива и с сохранением
относительного отверстия. Вариант с со-
хранением диаметра объектива обеспечи-
вает минимизацию прироста массы ОЭА,
но уменьшает граничную пространствен-
ную частоту оптической системы. Вари-
ант с сохранением относительного отвер-
стия обеспечивает полное использование
преимуществ увеличенного фокусного
расстояния, но увеличивает массу ОЭП.
Примем варианты увеличения фокусного
расстояния до 2500, 3000 и 4000 мм. Во
всех случаях предположим, что линейное
поле зрения объектива сохраняется. Дан-
ное допущение является консерватив-
ным, так как при увеличении фокусного
расстояния линейное поле зрения объек-
тива, как правило, увеличивается, хотя и
не пропорционально приросту фокусного
расстояния.
Параметры КА «Аист-2» в этих
случаях приведены в табл. 3.
Табл. 3.
Объектив	F=2000	F=2500		F=3	000	F=4I	300
Диаметр, мм	350	350	437	350	525	350	700
Относительное отверстие	1/5,7	1/7,1	1/5,7	1/8,5	1/5,7	1/14	1/5,7
Проекция пик- селя, м	1,47	1,17	1,17	0,98	0,98	0,73	0,73
Полоса захва- та, км	39,7	31,7	31,7	26,5	26,5	14,8	14,8
Относительная масса1	1	1	1,94	1	3,37	1	8
1 Принято допущение, что масса пропорциональна кубу диаметра объектива.
306

Зависимость разрешающей способ-
ности от высоты Солнца над горизонтом
для различных фокусных расстояний при
постоянном диаметре объектива (350 мм)
приведена на рис. 4.
Зависимость разрешающей способ-
ности от высоты Солнца над горизонтом
для различных фокусных расстояний при
постоянном относительном отверстии
(1/5,7) приведена на рис. 5.
Рис. 4 - Зависимость разрешающей способности от высоты Солнца над горизонтом для различных
фокусных расстояний при постоянном диаметре объектива (350 мм).
Рис. 5 - Зависимость разрешающей способности от высоты Солнца над горизонтом для различных
фокусных расстояний при постоянном относительном отверстии (1/5,7).
307

Из рисунков 4 и 5 видно, что вари-
ант с сохранением диаметра объектива
250 мм приемлем только до фокусного
расстояния 2500 мм. И даже в этом вари-
анте разрешающая способность увеличи-
вается только на 10%, а при сохранении
относительного отверстия при том-же
фокусном расстоянии 2500 мм прирост
разрешающей способности оказывается
уже равным 20%. Также характерно, что
при больших фокусных расстояниях при
сохранении диаметра объектива при ма-
лых высотах солнца разрешающая спо-
собность даже ухудшается, несмотря на
уменьшение проекции пикселя. Это свя-
зано с чрезмерным уменьшением относи-
тельного отверстия, что, как и в случае с
уменьшением размера пикселя, приводит
к сильному уменьшению величины сиг-
нала и отношения «сигнал/шум».
Таким образом, увеличение фо-
кусного расстояния должно сопровож-
даться увеличением диаметра объектива
с целью сохранения относительного от-
верстия на уровне 1/5,6 - 1/7. Для дости-
жения высокого разрешения увеличение
фокусного расстояния должно быть мак-
симально возможным. В качестве огра-
ничения роста фокусного расстояния
должно выступать соображение об огра-
ничении массы ОЭА.
Сочетание фокусных расстояний
2500 - 4000 мм и снижения высоты орби-
ты до 300-400 км позволяет достичь вы-
соких пространственных разрешений.
Такие варианты ОЭА приведены в
табл. 4.
Табл. 4.
Вариант	1	2	3	4	5	6
Высота ор- биты, км	400	400	400	300	300	300
Фокусное расстояние, мм	2500	3000	4000	2500	3000	4000
Проекция пикселя, м	0,96	0,8	0,6	0,72	0,6	0,45
Полоса за- хвата, км	26	21,6	16,2	19,4	16,2	12,1
Полоса об- зора, км	461	461	461	346	346	346
Зависимость разрешающей спо-
собности от высоты Солнца над горизон-
том для различных фокусных расстояний
при постоянном относительном отвер-
стии для высоты орбиты 400 км и 300 км
приведена соответственно на рис. 6 и 7.
Таким образом, существует воз-
можность модернизации КА «Аист-2» с
доведением разрешающей способности
до уровня вплоть до 0,5 м. При этом по
возможностям съемки в панхроматиче-
ском канале модернизированный КА
«Аист-2» приблизится к самым совер-
шенным зарубежным КА типа
WorldView-1,2 и GeoEye-1. Это потребу-
ет разработки новой оптической системы
с фокусным расстоянием 4000 мм и диа-
метром 0,5-0,7 м. Характеристики блоков
ОЭП КОЭЦА позволяют обеспечить
съемку с данной разрешающей способ-
ностью.
308

Рис. 6 - Зависимость разрешающей способности от высоты Солнца над горизонтом для различных
фокусных расстояний при постоянном относительном отверстии для высоты орбиты 400 км.
Рис. 7 - Зависимость разрешающей способности от высоты Солнца над горизонтом для различных
фокусных расстояний при постоянном относительном отверстии для высоты орбиты 300 км.
309

IMPROVEMENT POSSIBILITIES OF “AIST-2”-BASED SPACE COMPLEX.
©2015 A.I. Baklanov, M.V. Klyushnikov
Dept JSC «SRC «Progress» - NPP «OPTECS», Zelenograd
The article discuss the possibilities of improvement of “Aist-2”-based space complex to increase it’s spatial
resolution. Reducing orbital height, reducing pixel size, increasing focal length and aperture are discussed.
Keywords: remote sensing, high resolution, EOS, optical system, TD1 imager, resolving power
Информация об авторах:
Бакланов Александр Иванович, кандидат технических наук, заместитель гене-
рального директора АО «РКЦ «Прогресс» - директор филиала - главный конструктор
НПП «ОПТЭКС», доцент кафедры «Телекоммуникационные системы» Московского гос-
ударственного института электронной техники, заведующий базовой кафедрой НПП
«ОПТЭКС» «Оптико-электронные приборы и системы» при МИЭТ, 124460, РФ,
г. Москва, Зеленоград, ул. конструктора Гуськова, д.8,стр. 2, т. (499) 734-11-59, e-mail -
optecs@mail.ru.
Область научных интересов: разработка электронных приборов, датчиков и систем
для дистанционного зондирования и наблюдения Земли из космоса.
Клюшников Максим Владимирович, кандидат технических наук, первый замести-
тель директора - заместитель главного конструктора НПП «ОПТЭКС», 124460, РФ,
г. Москва, Зеленоград, ул. конструктора Гуськова, д.8,стр. 2, т. (499) 734-94-93, e-mail -
klyushnikov mv@mail.ru.
Область научных интересов: оптоэлектронные приборы, методы обработки изобра-
жений.
Baklanov Alexandr Ivanovich, PhD, Deputy General Director, department director -
chief designer NPP «OPTECS», 124460, Moscow, Zelenograd, St. Konstruktora Guskova, h.8,
b. 2, t.(499) 734-94-93, bai@mail.ru.
Area of research: optoelectronic devices.
Klyushnikov Maxim Vladimirovich, PhD, First deputy department director - deputy
chief designer NPP «OPTECS», 124460, Moscow, Zelenograd, St. Konstruktora Guskova, h.8,
b. 2, t.(499) 734-94-93, klyushnikov mv@mail.ru.
Area of research: optoelectronic devices, digital image processing.
310

УДК 523.550.3
СРАВНЕНИЕ СТРОЧНО-КАДРОВЫХ И ВЗН МАТРИЦ В ОПТИКО-
ЭЛЕКТРОННЫХ КАМЕРАХ ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ
©2015 М.В. Клюшников
Филиал АО «РКЦ «Прогресс» - НПП «ОПТЭКС», г. Москва, Зеленоград
Проведено сравнение строчно-кадровых ПЗС и ВЗН ПЗС матриц в системах ДЗЗ высокого разреше-
ния. Показано, что ВЗН матрицы обладают значительными преимуществами по сравнению со строчно-
кадровыми ПЗС матрицами.
Ключевые слова: строчно-кадровые ПЗС,
разрешения
В большинстве оптоэлектронных
широкоформатных систем ДЗЗ высокого
и среднего разрешения при формирова-
нии изображения используется метод
заметания, или "push broom". Оптоэлек-
тронная аппаратура в таких системах по-
строена на многоэлементных линейных
или матричных ФПЗС. Традиционно в
условиях низкой освещенности исполь-
зуются специализированные матричные
ФПЗС, позволяющие реализовать режим
временной задержки и накопления (ВЗН).
Этот тип приборов за счет организации
синхронного с движением изображения
перемещения зарядовых пакетов позво-
ляет увеличить время накопления и, та-
ким образом, полезный сигнал, и увели-
чить отношение сигнал/шум.
Практически все существующие в
мире системы ДЗЗ высокого разрешения,
как отечественного, так и зарубежного
производства, используют ВЗН матрицы.
Единственным исключением является
пара КА - «Канопус-В» и БКА, оснащен-
ные идентичными оптико-электронными
камерами со строчно-кадровыми ПЗС
матрицами.
ПЗС ВЗН, дистанционное зондирование высокого
Существует возможность реализа-
ции режима ВЗН на матричных ФПЗС
строчно-кадровой организации, серийно
выпускаемых большинством зарубежных
фирм-изготовителей ПЗС, технологиче-
ский уровень которых превосходит оте-
чественный. Однако строчно-кадровая
организация не оптимальна для реализа-
ции режима ВЗН, что в значительной
степени сводит на «нет» это превосход-
ство.
Проведем сравнительный анализ
применения двух типов матричных
ФПЗС, работающих в режиме ВЗН:
ФПЗС «Круиз-6» (используется целевой
аппаратуре КА «Ресурс-П») и строчно-
кадрового ФПЗС одного из лидеров -
фирмы Kodak - KAI-2093 М (этот прибор
в бескорпусном варианте использован в
целевой аппаратуре ОЭС КА Канопус-В
и БКА, разработанной в Белоруссии).
Сравнительные характеристики этих
приборов приведены в табл. ниже.
Табл. 1. Сравнительные характери-
стики ФПЗС «Круиз» и строчно-кадровой
матрицы фирмы Kodak KAI-2093М
311

	Параметр	Круиз-6	KAI-2093M (типовое значение)
1.	Размер ф/ч элемента, мкм	6x6	7.4 х 7.4
2.	Формат фотозоны, эл-ты	1536 (Н) х 192 (V)	1920 (Н)х 1080 (V)
3.	Напряжение насыщения ф/ч ячейки, мВ	370	560
4.	Напряжение насыщения выходного устрой- ства, мВ	550	1400
5.	Зарядовая емкость, тыс. эл.	90	40
6.	Шум, эл-ны	45	40
7.	Крутизна выходного устройства, мкВ/эл-н	3	14
8.	Динамический диапазон ф/ч ячейки, раз	1000	1000
9.	Пиковая неравномерность выходного сиг- нала с каждого выхода при любом числе шагов накопления, %	5	нет данных
10.	Квантовая эффективность в максимуме (Лтах)	0.33 (720 нм)	0.44 (490 нм)
11.	Диапазон спектральной чувствительности по уровню 0.1, мкм	0.43-1.05	0.3 - 0.87
12.	Среднее значение темнового сигнала (128 ш. н.), нА/см2	1.2	0.3
13.	Эффективность переноса по горизонтали	0.99997	нет данных (для других матриц серии КА1 >0.99999)
14.	Эффективность переноса по вертикали	0.99995	нет данных (для других матриц се- рии KAI >0.99999)
15.	Максимальный разбаланс выходного сигна- ла между каналами, %	10	10
16.	Отклонение от пропорциональной зависи- мости сигнала от числа шагов накопления, %	1	-
17.	ФПМ режима ВЗН (ФПМ движения изоб- ражения) на частоте Найквиста	0.955	0.637
18.	Кратность антиблюминга	Нет а/б	300
19.	Минимальное расстояние между фотозона- ми соседних матриц в гибридной сборке фокальной плоскости (топологически), мм	0.92	0.62
Анализ данных таблицы и других
характеристик ФПЗС KAI-2093M в ком-
плексе с особенностями режима ВЗН
позволяет отметить следующее.
Первым недостатком строчно-
кадровой матрицы является малая заря-
довая емкость. Зарядовая емкость
ф/чувствительной ячейки ПЗС-
приемника со строчно-кадровой органи-
зацией в сравнении с матричным ФПЗС
ВЗН при одинаковом размере элемента и
одинаковом уровне технологии всегда
будет меньше за счет того, что фотогене-
рация и накопление заряда происходит в
фотодиоде, а перенос по вертикали - в
закрытых от света вертикальных реги-
страх. Соответственно, и динамический
диапазон ячейки строчно-кадровой мат-
рицы принципиально меньше, чем пол-
нокадровой матрицы или матрицы ВЗН, в
которых фотогенерация и перенос осу-
ществляются собственно вертикальным
регистром.
312

Второй недостаток - недостаточная
регистровая частота строчно-кадровых
ПЗС матриц. Так, для гипотетической
ФПЗС, аналогичной KAI-2093M, но с
размером элемента 6 мкм, максимальная
кадровая частота составляет 30 к/с, что
соответствует эффективной регистровой
частоте 60 МГц, а время считывания кад-
ра - 33 мс. Приняв, что число строк
накопления должно быть равно 192, при
скорости бега изображения 144 мм/с (со-
ответствует строчной частоте 24 кГц)
время накопления составит 8 мс. Время
пролета кадра (при перекрытии 25% - 810
строк, минус 192 строки на ВЗН, получа-
ем 618 строк) составит 25 мс. Таким об-
разом, на считывание остается 17 мс, что
вдвое меньше требующихся 33 мс. В дей-
ствительности же учет второстепенных
факторов (перенос в вертикальный ре-
гистр, считывание темновых пикселей)
делает ситуацию для строчно-кадровых
ФПЗС еще хуже.
Данный недостаток является прин-
ципиальным, так как в строчно-кадровых
ФПЗС периоды накопления и считывания
все равно разнесены во времени, и счи-
тывание необходимо осуществлять за го-
раздо меньший промежуток времени (а
значит с большей частотой, с большими
шумами), по сравнению с ВЗН матрица-
ми.
Третий недостаток строчно-
кадровой матрицы - сравнительно низкая
квантовая эффективность, также являю-
щаяся следствием строчно-кадровой ор-
ганизации, поскольку чувствительный
элемент - фотодиод - занимает лишь
часть площади ячейки. Техническим ре-
шением, позволяющим существенно под-
нять квантовую эффективность, является
формирование на поверхности кристалла
ФПЗС микролинз, позволяющих соби-
рать свет с большей части площади ячей-
ки. Так, для модификации ФПЗС KAI-
2093М квантовая эффективность г| в мак-
симуме составляет 44%, в то время как
для модификации без линз (KAI-2093) -
всего лишь 8%. Расплачиваться за такое
повышение квантовой эффективности
приходится повышенной неравномерно-
стью чувствительности по полю матри-
цы, являющейся следствием наличия
микролинз (как микро-, так и макроне-
равномерностью). В каталоге фирмы Ko-
dak эта цифра вообще не приводится, од-
нако приводится зависимость квантовой
эффективности от угла падения света,
которая к тому же сильно отличается для
вертикального и горизонтального
направлений: в горизонтальном направ-
лении при увеличении угла от нормали
она падает значительно быстрее, чем в
вертикальном. Из этого следует, что на
краях длинной строки, собранной из не-
скольких матриц, при равномерной за-
светке сигнал будет существенно мень-
ше, чем в центре фотозоны. Это не поз-
воляет использовать ФПЗС с микролин-
зами в радиометрических системах. Зави-
симость квантовой эффективности от уг-
ла падения света для обоих направлений
приведена на рис.1.
Угол падения, градусы
Рис 1 Зависимость относительной квантовой эффективности ФПЗС KA1-2U93M от угла падения света.
313

Четвертый недостаток - спектраль-
ная характеристика строчно-кадровой
матрицы имеет максимум на 490 нм, и
основной вклад в сигнал дает сине-
зеленая область. Это не оптимально для
большинства систем ДЗЗ, в которых для
панхроматического канала требуется (из-
за сильного влияния дымки в синей обла-
сти) спектральный диапазон 0.5-0.8 мкм.
Спад в красной и ИК-области обусловлен
наличием структуры вертикального ан-
тиблюминга, благодаря которой заряд,
генерируемый длинноволновыми фото-
нами в глубине кремниевой подложки,
стекает в сток антиблюминга, не попадая
в потенциальную яму. Такая особен-
ность, с одной стороны, улучшает ФПМ
приемника (поскольку диффузионная
компонента ФПМ вносит меньший вклад,
чем в структурах без вертикального ан-
тиблюминга), но, с другой стороны,
сильно снижает сигнал в панхроматиче-
ской системе. По этой же причине такой
приемник нельзя эффективно использо-
вать и во многоспектральных системах,
где обычно требуются красный и ближ-
ний ИК-каналы.
Пятым недостатком строчно-
кадровой организации ФПЗС в примене-
нии к режиму ВЗН является сильное
ухудшение ФПМ в направлении движе-
ния изображения. В режиме ВЗН всегда
имеет место специфическое ухудшение
ФПМ в направлении переноса заряда (по
вертикали), обусловленное перемещени-
ем элемента изображения, формируемого
оптической системой, относительно ф/ч
элемента за время накопления сигнала.
Этот эффект имеет место даже при иде-
альном согласовании скорости движения
изображения и частоты переноса по вер-
тикали. В случае строчно-кадровой мат-
рицы зарядовые пакеты переносятся в
следующий пиксел один раз за строку
сразу на величину шага ячеек, а изобра-
жение в это время плавно перемещается
в течение всего времени накопления. В
результате возникает периодическое
смещение между оптическим изображе-
нием и накопленным зарядом. Это при-
водит к появлению ФПМ дискретного
перемещения заряда:
ФПМ= s i п(тг • v  ^п)	^п)
где v - пространственная частота,
d - период расположения элементов,
Пф - число фаз вертикального переноса.
Для строчно-кадровой матрицы п=1
(это не зависит от числа фаз в вертикаль-
ном регистре, закрытом от света) и на
частоте	Найквиста	имеем
®nMdisc(vH) = 0.637.
Для матриц с организацией ВЗН си-
туация лучше: движение заряда более
близко к движению изображения. Для
ФПЗС «Круиз-6» Пф=3 и
ФПМШ5С(ун) = 0.955.
Шестым недостатком применения
строчно-кадровой матрицы со структурой
вертикального антиблюминга является
дополнительное снижение эффективного
динамического диапазона, поскольку за
счет пространственных вариаций глуби-
ны залегания «р-кармана» по фотозоне
ФПЗС различные пикселы входят в
насыщение при разном уровне сигнала, и
реально придется работать на уровне
сигнала не более 0.8 - 0.9 от сигнала
насыщения.
Седьмым недостатком является
увеличение смазов, связанное с тем, что
только ВЗН матрицы располагаются в
меридиональной плоскости изображения,
а строчно-кадровые матрицы, хотя бы в
силу своего размера, оказываются за пре-
делами меридиональной плоскости. При
этом возникает существенная боковая
составляющая вектора скорости движе-
ния изображения в верхних и нижних ча-
стях строчно-кадровой ПЗС матрицы, ко-
торую невозможно скомпенсировать.
Особенно резко данный недостаток про-
является в системах с тангажным замед-
лением, в которых поле скоростей бега
изображения носит резко неоднородный
характер.
Таким образом, использование
строчно-кадровых матриц в системах ДЗЗ
нецелесообразно, так как по основным
характеристиками они уступают матри-
цам ВЗН. Косвенно это подтверждается
314

фактом, что производитель оптико-
электронной аппаратуры для КА «Кано-
пус-В» и БКА в своих следующих разра-
ботках перешел к использованию ВЗН-
матриц.
COMPARISON INDERLINE AND TDI CCD IMAGERS IN HIGH-RESOLUTION RE-
MOTE SENSING CAMERAS
©2015 M.V. Klyushnikov
Dept JCS «SRC «Progress» - NPP «OPTECS», Moscow, Zelenograd
The scope of this article is comparison between interline CCD imagers and TDI CCD imagers for high res-
olution remote sensing systems. Advantages of TDI CCD imagers are shown.
Key words: interline CCD, TDI CCD, high resolution remote sensing
Информация об авторах:
Клюшников Максим Владимирович, кандидат технических наук, первый замести-
тель директора - заместитель главного конструктора НПП «ОПТЭКС», 124460, РФ, г.
Москва, Зеленоград, ул. конструктора Гуськова, д.8,стр. 2, т. (499) 734-94-93, e-mail -
klyushnikov mv@mail.ru.
Область научных интересов: оптоэлектронные приборы, методы обработки изобра-
жений.
Klyushnikov Maxim Vladimirovich, PhD, First deputy department director - deputy
chief designer NPP «OPTECS», 124460, Moscow, Zelenograd, St. Konstruktora Guskova, h.8,
b. 2, t.(499) 734-94-93, klyushnikov mv@mail.ru.
Area of research: optoelectronic devices, digital image processing.
315

УДК 520.344.2
ОСОБЕННОСТИ АРХИТЕКТУРЫ ПОСТРОЕНИЯ БЛОКОВ
ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ КОМПЛЕКСА ЦЕЛЕВОЙ
АППАРАТУРЫ МКА «АИСТ-2»
©2015 Е.А. Радин, А.М. Мастюгин
Филиал АО «РКЦ «Прогресс» - НПП «ОПТЭКС», г. Москва, г. Зеленоград
Статья описывает схемотехнические решения, позволяющие выполнить все требования, предъявляе-
мые к бортовой космической аппаратуре. Приведен метод построения оптико-электронных преобразовате-
лей для малых космических аппаратов дистанционного зондирования земли.
Ключевые слова: дистанционное зондирование земли, малые космические аппараты, комплекс опти-
ко-электронной целевой аппаратуры, оптико-электронный преобразователь
В настоящее время в связи с воз-
росшей потребностью в создании спут-
ников для решения конкретных задач по
дистанционному зондированию Земли
(ДЗЗ) уделяется большое внимание раз-
витию малых космических аппаратов
(МКА). Эти КА не только обеспечивают
получение снимков земной поверхности
в приемлемом качестве, но и к тому же
обладают малыми габаритами, являются
более экономичными в плане энергоза-
трат и потребляемых ресурсов и позво-
ляют снизить стоимость их разработки и
выведения на орбиту.
В настоящее время завершается
разработка МКА «Аист-2», на борт кото-
рого устанавливается уникальный ком-
плекс оптико-электронной целевой аппа-
ратуры (КОЭЦА), разработанный в НПП
«ОПТЭКС». В состав КОЭЦА входит два
оптико-электронных преобразователя
(ОЭП) видимого диапазона (панхромати-
ческий и мультиспектральный) со своими
источниками питания (ИП-ОЭП), ком-
плекс оптико-электронный ИК-диапазона
(КОЭ-ИКД), бортовое запоминающее
устройство (БЗУ) и бортовая аппаратура
радиолинии передачи цифровой инфор-
мации (БА РЛЦИ). Несмотря на относи-
тельную простоту аппаратуры, по срав-
нению с аппаратурой для систем приема
и преобразования информации (СППИ)
больших космических аппаратов, в бло-
ках ОЭП использован ряд схемотехниче-
ских решений, позволяющих выполнить
все требования, предъявляемые к борто-
вой космической аппаратуре.
Блок ОЭП осуществляет преобразо-
вание движущегося изображения поверх-
ности Земли, сформированного оптиче-
ской системой, в цифровой код и переда-
ет его в запоминающее устройство (ЗУ), а
далее в радиолинию МКА. ОЭП содер-
жит фотоприёмные матрицы ПЗС
(ФПЗС) и электронные платы, которые
обеспечивают прием команд управления,
формирование тактовой диаграммы рабо-
ты ФПЗС, усиление видеосигнала, двой-
ную коррелированную выборку, аналого-
во-цифровое преобразование полученных
данных, сжатие и передачу информации
по волоконно-оптическим линиям связи.
Для всей фотозоны ОЭП задаётся
одна строчная частота, на основе которой
формируются управляющие импульсы
для фотоприёмников. Зона состоит из
двух идентичных полузон - четной и не-
четной. Четная полузона обеспечивает
работу матриц с четными номерами, не-
четная - матриц с нечетными номерами.
Полузона состоит из ячейки такто-
вого питания (ТП), трех гибко-жестких
плат предварительного усиления и ком-
мутации (ПУ-ПК) и ячейки тракта обра-
ботки сигнала (ТОС) (см. Рис. 1). Комму-
тация ячеек ТП и ТОС в блоке осуществ-
ляется посредством разъемных соедине-
ний, что облегчает сборку и монтаж бло-
ка на этапе регулировки.
316

Рис. 1. Функциональная схема полузоны блока ОЭП.
В отличие от блоков ОЭП СППИ
больших КА, имеющих отдельную резер-
вированную ячейку управления, в ОЭП
МКА «Аист-2» функции ячейки управле-
ния выполняет ячейка ТОС-1, она же вы-
рабатывает общую для всех ячеек такто-
вую частоту. Управление блоком ОЭП
ведется по каналу CAN от бортовой си-
стемы командного управления (БСКУ).
Два приемопередатчика CAN, располо-
женные на ячейке ТОС-1, осуществляют
прием команд управления, которые зада-
ют режим работы блока (съемка, тесты),
число шагов накопления ФПЗС, строч-
ную частоту ФПЗС, вид сжатия, время
начала маршрута. Схема передачи ко-
манд управления и опорных частот блока
ОЭП приведена на рис. 2.
ПЛИС ячейки ТОС формирует сиг-
налы управления драйверами ФПЗС, ко-
торые расположены на ячейке ТП, а так-
же сигналы управления двойной корре-
лированной выборкой для АЦП. Особен-
ностью такой схемы является отсутствие
ПЛИС и радиационно-стойких микро-
схем памяти в ячейке ТП. Это способ-
ствует уменьшению энергопотребления и
стоимости блока ОЭП.
Недостатком интеграции управле-
ния в ячейку ТОС является отсутствие
резервирования управляющей части
ОЭП. Однако для отказа управления
необходимо, чтобы одновременно отка-
зали оба драйвера CAN, что маловероят-
но, или ПЛИС ТОС-1, но отказ ПЛИС
ТОС приведёт одновременно и к отказу
всего блока. В то же время, интеграция
ячейки управления в ячейку ТОС позво-
лила значительно уменьшить габариты и
массу блоков ОЭП, что имеет существен-
ное значение для МКА.
317

Рис. 2. Схема передачи команд управления и опорных частот.
Отличительной особенностью от
существующих блоков ОЭП является
приём метки времени по отдельному ка-
налу, что позволяет получить более вы-
сокую точность привязки видеоинформа-
ции к шкале времени.
В мультиспектральном блоке в со-
ставе фоточувствительных модулей
(ФЧМ) были применены новые свето-
фильтры, которые обеспечивают более
точное задание спектральных диапазонов
и большую равномерность пропускания
по полю.
Принятая архитектура построения
блоков ОЭП для МКА «Аист-2» позволи-
ла создать компактные оптико-
электронные блоки, полностью соответ-
ствующие требованиям технического за-
дания.
318

ARCHITECTURAL FEATURES OF OPTICAL-ELECTRONIC EQUIPMENT
DEVELOPMENT FOR SMALL SATELLITE "AIST-2"
©2015 E.A. Radin, A.M. Mastyugin
Dept JSC «SRC «Progress» - NPP «OPTECS», Moscow, Zelenograd
This article describes the circuit solutions that allow performing all the requirements for on-board space
equipment. Submitted a method for the construction of optical-electronic converters for small satellites for Earth
remote sensing.
Key words: earth remote sensing, small satellites, complex of optical-electronic equipment, optical-
electronic converter
Информация об авторах:
Радин Евгений Александрович, инженер 1 категории филиала АО «РКЦ
«Прогресс» - НПП «ОПТЭКС», 124460, Россия, г. Москва, г. Зеленоград, а/я 45,
optecs@mail.ru.
Область научных интересов: приборы с зарядовой связью, программируемые логи-
ческие интегральные схемы, проектирование целевой аппаратуры КА ДЗЗ.
Мастюгин Александр Михайлович, начальник отделения филиала АО «РКЦ
«Прогресс» - НПП «ОПТЭКС», 124460, Россия, г. Москва, г. Зеленоград, а/я 45,
optecs@mail.ru.
Область научных интересов: интерфейсы управления, программируемые логические
интегральные схемы, проектирование целевой аппаратуры КА ДЗЗ.
Radin Evgeniy Alexandrovich, Design Engineer of Dept JSC «SRC «Progress» -
NPP «OPTECS», 124460, Russia, Moscow, Zelenograd box 45, e-mail: optecs@mail.ru.
Area of research: CCD, FPGA, designing of equipment ERS.
Mastyugin Alexander Mihailovich, Head of Department of Dept JSC «SRC «Progress» -
NPP «OPTECS», 124460, Russia, Moscow, Zelenograd box 45, e-mail: optecsS@mail.ru.
Area of research: designing interfaces, FPGA, designing of equipment ERS.
319

УДК 520.6.05
ПРИМЕНЕНИЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧИ
ДАННЫХ - ПУТЬ К ПОВЫШЕНИЮ ХАРАКТЕРИСТИК КОСМИЧЕСКИХ
ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ НАБЛЮДЕНИЯ
©2015 А.М. Кузьмичев, А.П. Малахов, А.Ю. Шиляев, А.Л. Усов, А.И. Бакланов
Филиал АО «РКЦ «Прогресс» - НПП «ОПТЭКС», г. Москва, Зеленоград
Внедрение высокоскоростных волоконно-оптических линий связи в бортовой аппаратуре космиче-
ских аппаратов дистанционного зондирования Земли позволило улучшить массо-габаритные и эксплуатаци-
онные характеристики бортовых систем, повысить качество видеосигнала. В статье показаны технические
характеристики активных и пассивных элементов волоконно-оптических линий передачи информации.
Ключевые слова: Системы приема и преобразования информации (СППИ), волоконно-оптические ли-
нии передачи (ВОЛП), волоконно-оптический передатчик (ОПРД), волоконно-оптический приемник
(ОПРМ), приемопередающий модуль (ППМ), гермопереход.
В широкозахватных комплексах КА
ДЗЗ высокого разрешения многоканаль-
ная аппаратура системы приема и преоб-
разования информации (СППИ) строи-
лась на принципах функционально-
блочного деления и содержала ряд бло-
ков, соединённых между собой провод-
ной кабельной сетью. Информационные
потоки в линиях межблочной передачи
данных и на выходах бортовой аппарату-
ры в СППИ «Сангур-1» космического
аппарата (КА) «Ресурс-ДК» превышали
10 Гбит/с. На рис. 1 показан фрагмент
СППИ «Сангур-1» КА ДЗЗ
«Ресурс-ДК 1», установленной в оптико-
электронной аппаратуре (ОЭА)
«Геотон-Л» [1].
Рис. 1. Фрагмент СППИ «Сангур-1» в ОЭА «Геотон-Л»
320

Как видно из рисунка 1 развитая
проводная кабельная сеть в СППИ
«Сангур-1» занимает существенный объ-
ем и массу аппаратуры. Использование
традиционных электрических проводных
интерфейсов с передачей данных по па-
раллельным проводным шинам в борто-
вой аппаратуре КА привело к тому, что
масса бортовой кабельной сети превыси-
ла 100 кг и составила порядка 30 - 40 %
от общего веса системы.
С целью улучшения технических
характеристик было принято решение о
совершенствовании архитектуры постро-
ения СППИ. Была разработана новая
концепция построения аппаратуры с от-
казом от межблочного разделения функ-
ций цифровой обработки и упаковки ин-
формации. Одним из элементов данной
концепции было решение о внедрении
волоконно-оптических линий связи для
передачи информации с выходов блоков
ОЭП СППИ непосредственно на входы
БА ВРЛ. Специалистами НПП
«ОПТЭКС» впервые в практике КА ДЗЗ
были разработаны и внедрены общие
принципы обработки информации и ар-
хитектура построения интегральных бло-
ков оптико-электронного преобразования.
Существенно сократилось как общее ко-
личество блоков и линий передачи ин-
формации в СППИ, так и масса самих
блоков ОЭП [2].
В результате комплексной оптими-
зации структуры построения бортовой
аппаратуры КА ДЗЗ специалистами НПП
«ОПТЭКС» и ОАО «НИИ ТП» были
внедрены межсистемные высокоскорост-
ные волоконно-оптические линии пере-
дачи информации. Благодаря примене-
нию ВОЛП улучшился ряд эксплуатаци-
онных характеристик бортовых систем:
-	уменьшилась в 8-10 раз масса бор-
товой кабельной сети (БКС);
-	повысилась помехоустойчивость
линий связи к воздействию электромаг-
нитных помех;
-	увеличилась скорость передачи и
приема информации по сравнению с
применением электрических интерфей-
сов;
-	существенно снизилось общее ко-
личество линий передачи информации.
-	скорость передачи цифровых дан-
ных через единичные волоконно-
оптические линии на КА ДЗЗ «Ресурс-
П», по отношению к проводным жгутам,
использовавшимся ранее на КА ДЗЗ
«Ресурс-ДК» возросла с 240 Мб/сек до
960 Мб/сек - в 4 раза [3].
Благодаря оптимизации структуры
построения бортовой аппаратуры СППИ
«Сангур-1 У» и БА ВРЛ появилась воз-
можность размещения на борту КА ДЗЗ
«Ресурс-П» дополнительной полезной
нагрузки. На борту КА ДЗЗ «Ресурс-П»
волоконно-оптические линии передачи
информации используются для передачи
цифровой информации на входы борто-
вой аппаратуры высокоскоростной ра-
диолинии БА ВРЛ с выходов СППИ
«Сангур-1 У», КШМСА, СППИ-ГСА.
В настоящее время в НПП
«ОПТЭКС» на собственной базе освоено
производство всех необходимых воло-
конно-оптических компонентов, исполь-
зуемых в бортовой аппаратуре КА ДЗЗ:
оптических передатчиков со скоростью
передачи данных от 1-го до 8 Гбит/с, оп-
тических приемников, герметичных во-
локонно-оптических соединителей (гер-
мопереходов), кроссов, оптических кабе-
лей и шнуров.
Некоторые из элементов волоконно-
оптических линий установленные в бор-
товой аппаратуре КА ДЗЗ «Ресурс-П»
показаны на рис. 2 [4].
321

Рис. 2. Элементы волоконно-оптических линий передачи информации, используемые на
КА ДЗЗ «Ресурс-П»
Характеристики волоконных компонентов приведены в табл. 1.
Табл. 1.
Наименование	Технические характеристики
Оптические гермоперехо- ды: ОГПР-1,ОГПР-2	Уровень оптических потерь не более 3 dB.
Оптический приемник - ОПРМ	Скорость приема информации 960 (до 2500) Мбит/с; Оптический диапазон приема информации 1320 ±30 нм; Чувствительность по приему информации, минус 24 dB
Оптический передатчик - ОПРД	Скорость передачи информации 960 (до 2500) Мбит/с; Оптический диапазон приема информации 1320 ±30 нм Оп- тическая мощность выходного сигнала от 0,8 до 1,2 мВт.
Оптические кроссы: ОПКрС (2x2); ОПКрС (2х2)х2; ОПКрС (1х4)х2; ОПКрС (8x2)	Коммутация оптических сигналов Прямые потери от 5 до 12 dB
Оптические линии связи ВОЛП	Оптические потери линий связи составляют от 1,5 до 7 dB, Обратные потери не более минус 40 dB.
Оптические кабели ЦТВОТ, Шнуры оптические- ШО	Оптические потери оптических кабелей и ШО составляет не более 1 dB, Обратные потери оптических кабелей и ШО составляют не более минус 40 dB
На рис. 3 показан фрагмент СППИ
«Сангур-1» КА ДЗЗ «Ресурс-П 1», уста-
новленной в оптико-электронной аппара-
туре (ОЭА) «Геотон-Л».
322

Рис. 3. Фрагмент СППИ «Сангур-1У» в ОЭА «Геотон-Л»
Из рисунка 3 видно, что количество
подключенных к интегральным блокам
ОЭП жгутов кабельной сети существенно
сократилось. Одноканальные волоконно-
оптические жгуты, подключенные к вы-
ходам блоков ОЭП, имеют малую тол-
щину (диаметр внешней защитной обо-
лочки три миллиметра). Соответственно
и масса данных жгутов на два порядка
меньше проводных кабельных жгутов [5].
Опыт эксплуатации волоконно-
оптических линий связи на КА ДЗЗ «Ре-
сурс-П» подтвердил правильность реше-
ния об использовании ВОЛП в бортовой
аппаратуре КА ДЗЗ.
В НПП «ОПТЭКС» ведутся работы
по совершенствованию бортовой эле-
ментной базы ВОЛС. Намечено исполь-
зование волоконно-оптических элемен-
тов, разрабатываемых в НПП «ОПТЭКС»
в ряде новых разработок в бортовых из-
делиях сторонних организаций [6].
В настоящее время разработаны и
изготовлены опытные партии нескольких
новых типов активных волоконно-
оптических модулей с улучшенными
техническими характеристиками. Основ-
ные технические характеристики данных
модулей представлены в табл. 2.
Табл. 2.
№ п/п	Параметр	ОПРМ- 2,5G	ОПРД- 2,5G	ОПРМ- 8G	ОПРД- 8G	ППМ- 5G
1	Напряжение пита- ния модулей [В]	3,3	3,3	3,3	3,3	3,3
2	Диапазон измене- ния [В]	от 3,14 до 3,47	от 3,14 до 3,47	от 3,14 до 3,47	от 3,14 до 3,47	от 3,14 до 3,47
3	Ток потребления [мА]	60	100	100	200	300
4	Скорость потока [Гбит/сек]	2,5	2,5	8	8	5
5	Мощность излуче- ния [мВт]	-	1-5	-	1-5	1-5
323

6	Рабочая длина све- тового сигнала [нм]	1310	- 1550±20	1310 (1550) ±20	1310-1550 ±20	1310 (1550) ±20	1310(1550) ±20
7	Чувствительность [дБм]	-25,0	-	-15,0	-	-15,0
8	Вероятность оши- бок	-10 -10	-	-II -10	-	-II -10
9	Габаритные разме- ры [мм.]	43,1х 13х 11	43,1х 13x11	67х 20 Х11	67х 20 Х11	68,4x60x11
10	Масса [г.]	15	15	30	30	70
Внешний вид активных модулей
производства НПП «ОПТЭКС» нового
поколения для СППИ и БА ВРЛ пред-
ставлен на рис. 4.
Рис. 4. Внешний вид модулей ОПРД и ОПРМ
Наряду с освоением производства
активных модулей для оптико-
электронных КА ДЗЗ в НПП «ОПТЭКС»
разработаны и более высокоскоростные
модули типа OHPM-8G и ОПРД-8С,
предназначенные для аппаратуры радио-
локационных КА ДЗЗ, показанные на рис.
5.
ОПРД-8С
Рис. 5. Внешний вид модулей ОПРД-8О и ОПРМ-8О
Разработаны и поставлены заказчи-
ку опытные образцы приемо-передающих
модулей ППМ-5О, со скоростью передачи
и приема информационных потоков вели-
чиной до 5 Гбит/сек. Внешний вид моду-
лей ППМ-50 показан на рис. 6.
Рис. 6. Приемо-передающий модуль ППМ-50
Основным элементом конструкции
активных модулей нового поколения яв-
ляются отечественные унифицированные
волоконно-оптические разъемные голов-
ки, разработанные специалистами НПП
«ОПТЭКС» совместно с сотрудниками
фирмы «LasersCom» (Республика Бела-
русь) [7]. Технология сборки данных пре-
324

цизионных изделий также разработана в
НПП «ОПТЭКС»
Наряду с активными волоконно-
оптическими компонентами производит-
ся и ряд новых пассивных бортовых во-
локонно-оптических изделий собствен-
ной разработки. На рис. 7 показан герме-
тичный волоконно-оптический соедини-
тель типа ВОС-ВГ (Патент РФ
№2488857).
Рис. 7. Вибрационно-стойкие герметичные соединители типа ВОС-ВГ
Данные изделия используются для
ввода волоконно-оптических линий в
герметичные блоки бортовой аппарату-
ры. Технические характеристики соеди-
нителя показаны в табл. 3:
Табл. 3.
Герметичность, (л мкм.рт.ст.)/с	1х10’6
Тип соединения	FC - 2,5мм
Прямые оптические потери, дБ, не более	1,0
Обратные оптические потери, дБ, не менее	40
Габаритные размеры, мм	42x22x19
Масса, г	15
Материал корпуса	Титан (ВТ-16)
В НПП «ОПТЭКС» активно ведутся
работы по расширению номенклатуры
бортовых элементов ВОЛП с улучшен-
ными техническими характеристиками.
Данные работы проводятся в комплексе с
отработкой технологических процессов
изготовления прецизионных деталей и
сборки узлов элементов ВОЛП. Соответ-
ственно, параллельно с разработкой са-
мих изделий разрабатывается и прецизи-
онная оснастка для их сборки. Важным и
крайне необходимым направлением ра-
бот является также и отработка техноло-
гических процессов испытаний изготав-
ливаемых изделий ВОЛП.
Для регулировки и приемо-
сдаточных испытаний компонентов
ВОЛП в организации разрабатываются
специальные автоматизированные рабо-
чие места (АРМ), позволяющие автома-
325

тизировать процессы проверки основных
параметров изготавливаемых изделий
непосредственно в процессе их испыта-
ний. Комплексный подход в организации
разработки и испытаний прецизионных
изделий ВОЛП позволяет в перспективе
организовать в НПП «ОПТЭКС» серий-
ное производство бортовых компонентов
ВОЛП. С учетом имеющейся тенденции
широкого внедрения волоконно-
оптических линий в бортовых комплек-
сах специальной аппаратуры, проводи-
мые в НПП «ОПТЭКС» работы весьма
актуальны.
Библиографический список:
1.	А.Н. Кирилин, Р.Н. Ахметов,
Н.Р. Стратилатов, А.И. Бакланов,
В.М. Фёдоров. 6 лет на орбите. От
«Ресурс-ДК1» к «Ресурс-П» // Системы
наблюдения, мониторинга и дистанцион-
ного зондирования Земли: Материалы
научно-технической конференции -М.:
МНТОРЭС им. А.С.Попова, филиал
ФГУП «ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» -
НПП «ОПТЭКС», 2012. - С. 34- 48.
2.	Кузьмичев А.М. Оптимизация
многоканальной цифровой обработки и
упаковки изображений в перспективных
космических комплексах дистанционного
зондирования Земли.// Труды НИИР: Сб.
ст. - М.:НИИР. 2010 №1. - С. 43-56.
3.	Бакланов А.И.,	Жевако В.В.,
Кузьмичёв А.М., Афонин А.Н., Куро-
ва О.П., Корнаушенков А.П., Дюль-
дин Р.С., Халус Д.В. Эволюция систем
приёма и преобразования информации от
«Сангур-1» до «Сангур-1 У» // Материалы
X юбилейной научно-технической кон-
ференции «Системы наблюдения, мони-
торинга и дистанционного зондирования
Земли». - М.: МНТОРЭС им. А.С. Попова
-2013.-С. 24- 34.
4.	А.М. Кузьмичев, А.Ю. Шиляев,
И.В. Тележинский. Разработка бортовых
соединителей ВОЛП // Системы наблю-
дения, мониторинга и дистанционного
зондирования Земли: Материалы научно-
технической конференции -	М.:
МНТОРЭС им. А.С. Попова, филиал
ФГУП «ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» -
НПП «ОПТЭКС», 2012. - С. 338- 348.
5.	Кузьмичев А.М., Жевако В.В.
Анализ построения цифровой обработки
и упаковки изображений в отечественных
комплексах СППИ КА ДЗЗ высокого раз-
решения. II Всероссийская научно-
техническая конференция «Актуальные
проблемы ракетно-космической техники
(Вторые Козловские чтения)» Самара -
2011-С.229-239.
6.	А.М. Кузьмичёв, А.Л. Усов,
А.Ю. Шиляев, А.С. Константинов. Пер-
спективы развития ВОЛС передачи циф-
ровых информационных потоков в бор-
товой аппаратуре КА // Системы наблю-
дения, мониторинга и дистанционного
зондирования Земли: Материалы XI
научно-технической конференции. - М.:
МНТОРЭС им. А.С.Попова, филиал ОАО
«РКЦ «Прогресс» - НПП «ОПТЭКС»,
2014.-С. 364- 367.
7.	LasersCom,
URL: http://www.lazerscom.com (дата об-
ращения 10.06.2015).
References:
1.	A.N. Kirilin, R.N. Akhmetov,
N.R. Stratilatov, A.I. Baklanov, V.M. Fedo-
rov. 6 years in the orbit. From «Resurs-
DK1» spacecraft «Resurs-Р» И Observation,
monitoring and Earth remote sensing sys-
tems: Mat. Of sc. Conf. -M.: Ed. MNTO-
RES “A.S. Popov”, Branch of State Re-
search and Production Space-Rocket Ceter
“TsSKB-Progress” - State Research and
Production Enterprise “OPTEKS”, 2012. -
p. 34-48.
2.	A.M. Kuzmichev. Optimization of
multichannel images digital processing and
packing in perspective space complexes of
Earth remote sensing // NIIR works: coll,
pap. - M.: NIIR. 2010 N1. - p. 43-56.
3.	. A.I. Baklanov, V.V. Zhevaco,
A.M. Kuzmichev, A.N. Afonin, O.P. Kuro-
va, A.P. Kamaushenkov, R.S. Dyuldin,
D.V. Halus. Evolution systems of reception
and transformation information from «San-
gur-1» to «Sangur-lU» // proceedings of X
jubilee scientific-technical conference "Ob-
servation, monitoring and Earth remote
sensing systems." -M.: Ed. MNTORES
“A.S. Popov”, -2013. - p. 24 - 34.
4.	A.M. Kuzmichev, A.Y. Shilyaev,
LV. Telezhinskiy. The development of on-
326

Board connectors FOCL П Observation,
monitoring and Earth remote sensing sys-
tems: Mat. Of sc. Conf. -M.: Ed. MNTO-
RES “A.S. Popov”, Branch of State Re-
search and Production Space-Rocket Ceter
“TsSKB-Progress” - State Research and
Production Enterprise “OPTEKS”, 2012. -p.
338-348.
5.	A.M. Kuzmichev, V.V. Zhevaco.
The Analysis of the construction of digital
processing and packaging images in domes-
tic complexes SPPI spacecraft high-
resolution remote sensing. II all-Russian sci-
entific-technical conference "Actual prob-
lems of rocket and space technology (Se-
cond Kozlovskii reading)" Samara -2011-
Pp. 229-239.
6.	A.M. Kuzmichev, A.L. Usov,
A.Y. Shilyaev, A.S. Konstantinov. Prospects
for the development of fiber optic transmis-
sion of digital information flows in on-
Board equipment of the spacecraft // Obser-
vation, monitoring and Earth remote sensing
systems: Mat. XI Of sc. Conf. -M.: Ed.
MNTORES “A.S. Popov”, Branch of State
Research and Production Space-Rocket
Ceter “TsSKB-Progress” - State Research
and Production Enterprise “OPTEKS”,
2014. -p. 364-367.
7.	LasersCom,
URL: http://www.lazerscom.com (date
10.06.2015).
THE USE OF FIBER-OPTIC DATA COMMUNICATION -
THE WAY TO INCREASE HIGHLY-PRODUCTIVE CHARACTERISTICS
OF SPACE MONITORING SYSTEMS
©2015 A.M. Kuzmichev, A.P. Malakhov, A.Y. Shilyaev, A.L. Usov, A.L Baklanov
Dept JSC «SRC «Progress» - NPP «OPTECS», Moscow, Zelenograd
The introduction of high-speed fiber-optic communications equipment onboard spacecraft remote sensing
helped to improve the weight and size the performance of on-board systems, improve quality video signal. The arti-
cle describes the technical characteristics of active and passive components of fiber-optic transmission.
Keywords: data receiving and transforming system, fiber-optic communication line (FOCL), fiber-optic
transmitter, fiber-optic receiver, fiber-optic transceiver, hermetic feedthrough.
Информация об авторах:
Кузьмичев Александр Михайлович, заместитель главного конструктора, филиал
АО «РКЦ «Прогресс» - НПП «ОПТЭКС», 124460, Россия, г. Москва, Зеленоград, а/я 45,
Тел.: 8 (499) 735-54-33, e-mail: optecs@mail.ru.
Область научных интересов: волоконно-оптические линии связи, цифровая обработ-
ка и упаковка данных.
Малахов Анатолий Павлович, заместитель главного конструктора, филиал
АО «РКЦ «Прогресс» - НПП «ОПТЭКС», 124460, Россия, г. Москва, Зеленоград, а/я 45,
Тел.: 8 (499) 735-54-33, e-mail: optecs@mail.ru.
Область научных интересов: СППИ, волоконно-оптические линии связи.
Шиляев Александр Юрьевич, начальник отделения, филиал АО «РКЦ «Прогресс»
- НПП «ОПТЭКС», 124460, Россия, г. Москва, Зеленоград, а/я 45, Тел.: 8 (499) 735-54-33,
e-mail: ootecs@mail.ru.
Область научных интересов: проектирование волоконно-оптических линий связи,
высокоскоростные активные модули, волоконно-оптические герметичные соединители.
Усов Андрей Леонидович, начальник лаборатории, филиал АО «РКЦ «Прогресс» -
НПП «ОПТЭКС», 124460, Россия, г. Москва, Зеленоград, а/я 45, Тел.: 8 (499) 735-54-33,
e-mail: optecs@mail.ru.
327

Область научных интересов: проектирование волоконно-оптических линий связи,
высокоскоростные активные модули, автоматизированные рабочие места.
Бакланов Александр Иванович, к.т.н., заместитель генерального директора
АО «РКЦ «Прогресс» - НПП «ОПТЭКС», 124460, Россия, г. Москва, Зеленоград, а/я 45,
Тел.: 8 (499) 736-11-59, 8 (499) 734-54-93, e-mail: optecs@mail.ru..
Область научных интересов: проектирование оптико-электронной аппаратуры, циф-
ровая и аналоговая схемотехника.
Kuzmichev Alexander Mihailovich, depute head, Dept JSC «SRC «Progress» -
NPP «OPTECS», 124460, Russia, Moscow, Zelenograd, box 45, tel.: 8 (499) 735-54-33, e-mail:
optecs@mail.ru.
Research interests: Fiber-optic communication lines, digital processing and packing.
Malakhov Anatoly Pavlovich, depute head, Dept JSC «SRC «Progress» -
NPP «OPTECS», 124460, Russia, Moscow, Zelenograd, box 45, tel.: 8 (499) 735-54-33, e-mail:
optecs@mail.ru.
Research interests: systems of reception and transformation information, fiber-optic com-
munication lines.
Shilyaev Alexander Yuryevich, Head of Department, Dept JSC «SRC «Progress» -
NPP «OPTECS», 124460, Russia, Moscow, Zelenograd, box 45, tel.: 8 (499) 735-54-33, e-mail:
optecs@mail.ru..
Research interests: design of fiber-optic communication lines, high-speed active modules,
fiber-optic hermetic feedthrough.
Usov Andrey Leonidovich, head of laboratory of Dept JSC «SRC «Progress» -
NPP «OPTECS», 124460, Russia, Moscow, Zelenograd, box 45, tel.: 8 (499) 735-54-33, e-mail:
optecs@mail.ru.. Research interests: design of fiber-optic communication lines, high-speed ac-
tive modules, automatical workstations.
Baklanov Alexander Ivanovich, PhD, Dept JSC «SRC «Progress» - NPP «OPTECS»,
124460, Russia, Moscow, Zelenograd, box 45, tel.: 8 (499) 736-11-59, 8 (499) 734-54-93,
e-mail: optecs@mail.ru..
Research interests: design of opto-electronic devices, sensors and systems for remote sens-
ing and Earth observation from space.
328

УДК 621.396.96
КОНЦЕПЦИЯ ЦЕЛЕВОГО ПРИМЕНЕНИЯ КС «КОНДОР-ФКА»
В ИНТЕРЕСАХ СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
©2015 Е.А. Костюк, Ю.А. Веремчук, П.В. Денисов, К.А.Трошко
НЦ ОМЗ ОАО «Российские космические системы», г. Москва
Рассматриваются информационные возможности космической системы (КС) радиолокационного
наблюдения «Кондор - ФКА» и связанные с ними общие вопросы целевого применения КС, получения,
обработки и использования радиолокационных данных.
Ключевые слова: радиолокатор с синтезированной апертурой антенны, РСА. дистанционное
зондирование Земли
Начиная с 2015 года в рамках
Федеральной космической программы
РФ начата разработка космической си-
стемы (КС) «Кондор-ФКА» в составе 2
космических аппаратов (КА), оснащён-
ных радиолокаторами с синтезированной
апертурой (РСА). Запуски КА планиру-
ются в 2018 и 2019 гг. Целевые характе-
ристики КА «Кондор-ФКА» представле-
ны в табл. 1.
Табл. 1. Целевые характеристики КА «Кондор - ФКА»
Высота орбиты - 500 км. Срок актив, существования - 5 лет. Скор, передачи инф-ции-256 Мбит/с.		Частотный диапазон РСА - S (10 см). Ширина полосы обзора - 2 х 500 км Диапазон углов визирования - 20 - 55 град.	
Режим съемки	Разре- шение (м)	Размер кадра (км)	Суточная производительность (кв. км)/кадры
Кадровый	1	(10 х 10) - (30 х 15)	10 000-45 000/ 100
Маршрутный	2-3	(10-30) х (100-500)	100 000
Обзорный	6- 12	(30-200) х (100-500)	500 000
Интерферометрический режим съемки обеспечивается			
КА «Кондор - ФКА» будут обла-
дать широкими информационными воз-
можностями, соответствующими совре-
менным космическим РСА и обусловлен-
ными независимостью от погодных усло-
вий и времени суток, возможностью ши-
рокого обзора при высокой разрешающей
способности, высокой оперативностью
получения данных ДЗЗ, качественно но-
выми видами информации о наблюдае-
мой поверхности, связанными с возмож-
ностью обработки данных, полученных в
интерферометрических режимах съемки.
Наблюдение земной поверхности в
интерферометрических режимах, обеспе-
чивающих получение взаимно когерент-
ных за протяженный интервал времени
данных, рассматривается как один из ос-
новных способов целевого применения
КС «Кондор - ФКА» и является еще од-
ним существенным отличием космиче-
ских РСА от средств оптико - электрон-
ного наблюдения, что соответствует сло-
жившейся в мире практике применения
космических систем радиолокационного
зондирования. Для получения взаимно
329

когерентных данных о поверхности Зем-
ли орбитальное построение КС «Кондор
- ФКА» должно обеспечивать возмож-
ность проведения многопроходной ин-
терферометрической съемки одним или
двумя КА, а также возможность ква-
зисинхронной интерферометрической
съемки с двух КА, находящихся на одной
орбите и разнесенных по фазе (около 15 -
20 мин). Реализация последней исключит
временную декорреляцию данных ДЗЗ,
возникающую из-за изменения условий
распространения и отражения траектор-
ных сигналов за время между съемками,
что характерно для условий целевого
применения по территории России. Кро-
ме существенного выигрыша в повыше-
нии точности выходных информацион-
ных продуктов и оперативности их полу-
чения, такой подход позволит осуществ-
лять сброс информации на один пункт
приема поочередно с обоих КА. Интер-
ферометрическая съемка с КА «Кондор -
ФКА» обеспечит получение высокоточ-
ных цифровых моделей рельефа местно-
сти в интересах различных отраслей хо-
зяйства и прежде всего, информационно-
го обеспечения производственной дея-
тельности и картографического обеспе-
чения. В настоящее время чрезвычайно
актуальными являются задачи как пло-
щадной радиолокационной интерферо-
метрической съемки обширных районов
суши в целях создания их глобальных
трехмерных карт, так и формирование
детальных высокоточных ЦМР на от-
дельные районы. Важным практическим
применением КС «Кондор - ФКА» станет
получение данных о высотных смещени-
ях и деформациях земной поверхности и
крупных инженерно - технических объ-
ектов по результатам дифференциальной
интерферометрической съемки. При этом
обеспечивается очень высокая точность
получаемых результатов - единицы мм.
Дифференциальная
интерферометрическая космическая
съемка получила в мире в настоящее
время широкое применение и стала
одним из основных направлений
целевого применения современных
космических РСА в интересах
оперативного мониторинга критически
важных районов и крупных
промышленных объектов с целью
раннего выявления предпосылок
возникновения и развития природных
или техногенных катастроф и
обеспечения принятия необходимых
упреждающих организационно -
технических мер.
Еще одной новой и перспективной
технологией получения информации о
земной поверхности в процессе интерфе-
рометрической съемки, которая также
может быть реализована с использовани-
ем данных КА «Кондор - ФКА», пред-
ставляется получение и интерпретация
изображений когерентности в совокупно-
сти с амплитудными изображениями
наблюдаемого участка местности. Пер-
воначально эта технология использова-
лась как вспомогательная в процессе реа-
лизации технологий интерферометриче-
ской обработки радиолокационной ин-
формации (РЛИ). Однако по мере их раз-
вития формирование изображений коге-
рентности местности и их комплексиро-
вание с амплитудными изображениями с
последующим отслеживанием динамики
их изменения выделилось в самостоя-
тельную технологию, обеспечивающую
решение задач классификации типов от-
ражающих объектов и поверхностей и их
изменений, происходящих за временной
интервал наблюдения. Как показывает
практика, композитные РЛИ, сформиро-
ванные из различных слоев, представля-
ющих собой разновременные амплитуд-
ные РЛИ, (а также изображения других
диапазонов) и изображения когерентно-
сти, полученные в процессе их интерфе-
рометрической обработки, отличаются
высокой информативностью и обеспечи-
вают высокую эффективность процесса
их интерпретации.
Реализация технологических про-
цессов обработки РЛИ обеспечит полу-
чение целого ряда качественно новых
информационных продуктов, широко
востребованных потребителями космиче-
ской информации, в т.ч:
-	геокодированные и ортотранс-
формированные РЛИ, прошедшие, при
330

необходимости, некогерентное накопле-
ние и обработку с использованием раз-
личных алгоритмов;
-	многоканальные информацион-
ные продукты, полученные из несколь-
ких РЛИ и изображений других спек-
тральных диапазонов.
-	мозаики РЛИ, представляющие
собой результат пространственного объ-
единения стыкующихся или перекрыва-
ющихся РЛИ;
-	цифровые матрицы высот рельефа
(ЦМР), полученные интерферометриче-
скими и радарграмметрическими мето-
дами;
-	цифровые карты высотных изме-
нений рельефа, полученные интерферо-
метрическими методами;
-	продукты амплитудного и коге-
рентного детектирования изменений на
объекте наблюдения за определенный
интервал времени.
Введение в эксплуатацию КС
«Кондор - ФКА» обеспечит решение
широкого перечня задач в интересах со-
циально - экономического развития РФ
по различным направлениям, в т.ч.:
-	прогноз, мониторинг и информа-
ционное обеспечение мероприятий по
ликвидации последствий наводнений,
лесных пожаров, снежных лавин, других
чрезвычайных ситуаций природного ха-
рактера;
своевременное обнаружение,
определение площади, конфигурации и
масштабов разливов нефтепродуктов по
водной поверхности, мониторинга дина-
мики развития загрязнения акваторий
нефтепродуктами и сточными водами;
-	оценка геологической, геодинами-
ческой и неотектонической ситуации,
выявление потенциально опасных геоло-
гических процессов, объектов и явлений
в районах строительства и эксплуатации
ответственных объектов;
-	выявление признаков развиваю-
щихся процессов с катастрофическими
последствиями, оценка характера и мас-
штабов ущерба, отображение динамики
обстановки при чрезвычайных ситуациях
техногенного характера, обеспечение по-
исково-спасательных работ;
-	мониторинг состояния лесных
экосистем и сельскохозяйственных уго-
дий, контроля результатов применения
агротехнологий, прогнозирования уро-
жая;
-	создание цифровых моделей рель-
ефа, цифровых топографических карт,
крупномасштабных электронных планов,
проведения тематического картографи-
рования;
-	обеспечение безопасности море-
плавания, проведения фундаментальных
и прикладных исследований ледяного
покрова в приполярных акваториях Ми-
рового океана и замерзающих морях уме-
ренных широт;
-	выявление, тематическое картиро-
вание, изучение геологических и текто-
нических структур по геоморфологиче-
ским индикаторам, выявление и монито-
ринг различных геодинамических и гео-
логических процессов;
-	информационное обеспечение по-
иска, прогнозирования и разведки полез-
ных ископаемых, проведения гидро- и
гляциологических наблюдений;
-	составление, ведение и актуализа-
ция кадастров сельскохозяйственных зе-
мель и природных ресурсов, жилых и
промышленных зданий и сооружений,
получение исходных данных для прове-
дения и контроля землеустроительных
работ;
-	информационное обеспечение со-
здания и функционирования информаци-
онно-аналитических систем различного
назначения, для решения задач муници-
пального, регионального и федерального
управления и мониторинга, оценки ха-
рактеристик и охраны окружающей сре-
ды, решения других задач природополь-
зования и многое другое.
Проведенный анализ потребностей
пользователей данных ДЗЗ выявил боль-
шой спрос на космическую радиолокаци-
онную информацию (табл. 2), значитель-
но превышающий возможности КС
«Кондор - ФКА» по производительности.
331

Табл. 2. Потребности российских пользователей РЛИ.
Параметры съемки	Мониторинг мо- рей и океанов	Сельское, лесное, водное хоз-во,экология	ЧС и произ- водств, деятельность	Геология и кар- тография
Разрешение (м) Режимы	25-50 ОР	1 - 100 ДПР, ДНР, ОР	0.5- 1.0 ДПР, ДНР	0.5 - 30 ДПР, ДНР, ОР
Периодичность	1 час - 1 сутки	1 - 10 сут.	1 - 3 недели	5-10 лет
Оперативность	24 час - РМВ	4 час - 1 сут	2 сут - РМВ	не задана
Годовые объе- мы	36250 млн.кв.км	180- 1800 млн.кв.км	8-24 млн.кв.км	1 млн.кв.км
Основные заказчики	Минприроды, Ро- срыболовство, АТОМФЛОТ	Минприро- ды,Минсельхоз , Рослесхоз	МЧС, Минэнерго, Минрегио- нразв.Роскарто граф	Минприроды, Роскартография, Росреестр и др.
Другие требования - радиометрическое разрешение - 1 дБ; - точность радиометрической калибровки - 1дБ; точность привязки - 1-2 пиксела				
В этой связи обеспечение решения
рассмотренных выше задач потребует
реализации всех информационных воз-
можностей КС «Кондор - ФКА». Полу-
чение информационных продуктов на ба-
зе данных космической радиолокацион-
ной съемки, удовлетворяющих всем за-
просам потребителей, будет сопряжено с
выполнением целого ряда жестких требо-
ваний как по методологии проведения
космической съемки, так и по последую-
щей обработке значительных объемов
полученных данных.
Для получения данных радиолока-
ционного наблюдения потребуется про-
ведение площадной съемки обширных
районов и мониторинга большого коли-
чества разнообразных объектов наблюде-
ния. В целях получения более полной
информации о наблюдаемых поверхно-
стях и происходящих на них изменениях
целесообразно, при необходимости, ис-
пользование технологий когерентной об-
работки разновременных радиолокаци-
онных изображений, что потребует съем-
ки в интерферометрических режимах.
Эффективность решения задач наблюде-
ния может быть существенно повышена
за счет комплексирования целевого при-
менения КС «Кондор - ФКА» со сред-
ствами ДЗЗ оптико - электронного
наблюдения.
Полная реализация информацион-
ных возможностей КС «Кондор - ФКА»
будет обуславливать высокую нагрузку
на наземные средства на всех этапах об-
работки целевой информации как в связи
с высокими объемами целевой информа-
ции, так и в связи с необходимостью про-
ведения обработки высокого уровня и
получения разнообразных информацион-
ных продуктов.
Разнообразие решаемых задач и их
сложность потребуют привлечения для
тематической обработки РЛИ большого
числа высококвалифицированных специ-
алистов из различных отраслей народно-
го хозяйства.
Таким образом, целевое примене-
ние КС «Кондор - ФКА» будет сопряже-
но с целым рядом принципиально новых
практических особенностей. Проблемы,
связанные с необходимостью повышения
эффективности функционирования КС
«Кондор - ФКА» и оптимизации исполь-
зования ее ресурса, появлением каче-
ственно новых видов данных ДЗЗ и их
значительными объемами становятся все
более актуальными.
Одним из путей решения перечис-
ленных проблем является разработка и
реализация методов комплексирования
целевого применения орбитальной груп-
пировки космических систем ДЗЗ, в т.ч.
и космических систем радиолокационно-
332

го наблюдения. При этом одним из
наиболее важных вопросов, решение ко-
торого обеспечит решение указанных
проблем, является разработка и реализа-
ция методов комплексного планирования
целевого применения как всей группи-
ровки космических систем ДЗЗ, так и ее
составляющих компонентов, в т.ч. КС
радиолокационного	наблюдения
«Кондор - ФКА».
Библиографический список:
1. П.В. Денисов, С.Э. Зайцев,
Е.А. Костюк, Е.Ф. Толстов, О.Е. Цветков.
Вопросы дешифрирования радиоло-
кационных снимков при радиовидении. -
Москва, Международный научно - тех-
нический журнал «Радиотехника». ISSN
0033 - 8486. № 7 июль 2014 г. - 7 - 16 с.
References:
2. Denisov P.V., Zaitsev S.E., Kost-
yuk E.A., Tolstov E.F., and Tsvetkov O.E.
(July 2014) “Issues of Radar Image Interpre-
tation in Radio Imaging”, Radiotechnika In-
ternational Journal 7, Moscow, ISSN 0033 -
8486,7- 16.
CONCEPT OF KONDOR-FKA SPACECRAFT DEDICATED USE
FOR SOCIO-ECONOMIC DEVELOPMENT OF THE RUSSIAN FEDERATION
©2015 E.A. Kostyuk, Yu.A. Veremchuk, P.V. Denisov, K.A. Troshko
NTs OMZ of JSC “Russian Space Systems”, Moscow
The information capabilities of the Kondor-FKA radar space system and relevant general issues relating to
the space system decicated use and radar date acquisition, processing, and application are considered.
Keywords: Synthetic Aperture Radar, SAR, Earth Remote Sensing.
Информация об авторах:
Веремчук Юрий Александрович - начальник отдела НЦ ОМЗ ОАО «Российские
космические системы», Россия, г. Москва, ул. Декабристов, владение 51, строение 25, т.
(495)925-04-19, veremchuky@mail .ru.
Область научных интересов: дистанционное зондирование Земли.
Денисов Павел Валерьевич, - главный специалист НЦ ОМЗ ОАО «Российские
космические системы», Россия, г. Москва, ул. Декабристов, владение 51, строение 25, т.
(495) 925-04-19, denisov@ntsomz.ru.
Область научных интересов: дистанционное зондирование Земли.
Костюк Евгений Александрович - к.т.н., старший научный сотрудник НЦ ОМЗ
ОАО «Российские космические системы», Россия, г. Москва, ул. Декабристов, владение
51, строение 25, т. (495) 925-04-19, kostiuk@inbox.ru.
Область научных интересов: дистанционное зондирование Земли.
Трошко Ксения Анатольевна - инженер 3 категории НЦ ОМЗ ОАО «Российские
космические системы», Россия, г. Москва, ул. Декабристов, владение 51, строение 25, т.
(495) 925-04-19, troshko ka@ntsomz.ru.
Область научных интересов: дистанционное зондирование Земли.
Yury A. Veremchuk - Head of Division, NTs OMZ of JSC “Russian Space Systems”,
Postal address: Dekabristov St., b.51, h.25, Moscow, 127490. Tel: 495 - 925 - 04 - 19,
veremchuky@mail.ru.
Area of research: Remote sensing of the Earth
Pavel V. Denisov - Senior Specialist, NTs OMZ of JSC “Russian Space Systems”, Postal
address: Dekabristov St., b.51, h.25, Moscow, 127490. Tel: 495 - 925 - 04 - 19,
denisov@ntsomz.ru.
333

Area of research: Remote sensing of the Earth
Evgeny A. Kostyuk - PhD in Technical Sciences, Senior Researcher, NTs OMZ of JSC
“Russian Space Systems”, Postal address: Dekabristov St., b.51, h.25, Moscow, 127490. Tel:
495 - 925 - 04 - 19, kostiuk@inbox.ru.
Area of research: Remote sensing of the Earth
Ksenia A. Troshko - Engineer, NTs OMZ of JSC “Russian Space Systems”, Postal ad-
dress: Dekabristov St., b.51, h.25, Moscow, 127490. Tel: 495 - 925 - 04 - 19,
troshko ka@ntsomz.ru.
Area of research: Remote sensing of the Earth
334

УДК 519.254
ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ УРАВНИВАНИЯ
©2015 Е.Г. Воронин
Филиал АО «РКЦ «Прогресс» - НПП «ОПТЭКС», г. Москва, Зеленоград
Отмечены проблемные вопросы вычисления ковариационной матрицы, которая традиционно исполь-
зуется для оценки точности результатов уравнивания. Предложен альтернативный метод оценки точности
уравненных значений прямых и косвенных измерений, отличающийся простотой вычислений и численной
устойчивостью. Выполнено сравнение традиционного и альтернативного методов оценки точности.
Ключевые слова: Уравнивание результатов измерений, оценка точности, ковариационная матрца,
критерии достоверности дисперсий ошибок измерений
Как известно, уравнивание заклю-
чается в обработке результатов измере-
ний, содержащих случайные ошибки, с
целью определения наиболее вероятных
параметров каких-либо функций, кото-
рые зависят от измеренных величин. По-
скольку результаты уравнивания носят
вероятностный характер, то оценка точ-
ности необходима для определения воз-
можности их дальнейшего использова-
ния. В точных дисциплинах, например,
таких, как геодезия и фотограмметрия
оценка точности результатов уравнива-
ния является обязательной.
На сегодняшний день в теории об-
работки результатов измерений методы
оценки точности случайных величин, по-
лучаемых в результате уравнивания, хо-
рошо известны и в большинстве практи-
ческих задач не вызывают трудностей
при применении. Суть оценки точности
заключается [1] в получении ковариаци-
онной матрицы вектора уравниваемых
параметров, откуда можно найти иско-
мые дисперсии или средние квадратиче-
ские ошибки, которые характеризуют
точность прямых измерений уравнивае-
мых величин. Зная средние квадратиче-
ские ошибки, при необходимости из ко-
вариационной матрицы нетрудно вычис-
лить коэффициенты корреляции урав-
ненных значений параметров. Как видно,
теоретически всё логично и очевидно.
Однако, необходимо учесть, что ко-
вариационную матрицу вектора уравни-
ваемых параметров находят путём обра-
щения матрицы нормальных уравнений
на последней итерации. А, как известно
из курса вычислительной математики,
операция численного обращения матриц
неустойчива в вычислительном отноше-
нии. На практике это означает, что ре-
зультат обращения матриц, определитель
которых близок к нулю, может быть не-
предсказуемым.
К сожалению, такая проблема не
редкость при уравнивании элементов
ориентирования узкоугольных космиче-
ских снимков, в частности, оптико-
электронных изображений высокого про-
странственного разрешения, для форми-
рования которых применяется съёмочная
аппаратура с углом поля зрения от одно-
го до шести градусов. Как известно [3],
при фотограмметрической обработке та-
ких снимков по объективным причинам
возникают плохо обусловленные системы
линейных уравнений, которые близки к
вырожденным. Их обращение даёт ре-
зультат, который не только не обеспечи-
вает надёжную оценку точности, но и за-
частую не позволяет выполнить её в
принципе, поскольку некоторые элемен-
ты обращённой матрицы оказываются
отрицательными, чего не должно быть по
определению.
Таким образом, в некоторых случа-
ях выполнить оценку точности вектора
уравниваемых параметров известным ме-
тодом не представляется возможным.
Решение проблемы нашлось как со-
путствующий результат исследований,
335

направленных на поиск путей уточнения
приближённо заданных весов измерений,
участвующих в уравнивании. Напомним,
что веса измерений вычисляются по об-
щей формуле
Pi=^ (О
где Pt - вес Z-го измерения;
2
До _ дисперсия единицы веса;
а2 - дисперсия ошибки z-ro изме-
рения.
Поскольку дисперсия единицы веса
представляет собой [2] произвольно вы-
бираемое положительное число, то из (1)
следует, что если вес z-ro измерения ха-
рактеризует его истинную точность, то
дисперсия этого измерения, вычисляемая
в виде
„2
^2=7	(2)
Pi
является достоверной оценкой точности
этого измерения.
Не будем здесь останавливаться на
проблемах установления весов измере-
ний, соответствующих их истинной точ-
ности, ввиду громоздкости требующего
изложения материала и его самостоя-
тельного научно-технического значения.
С необходимыми теоретическими вы-
кладками и обоснованиями можно озна-
комиться в трёх статьях в журнале «Гео-
дезия и картография» за 2015 год, кото-
рые в настоящее время приняты редакци-
ей для опубликования. Скажем только,
что в результате выполненных исследо-
ваний были установлены неизвестные
ранее критерии достоверности дисперсий
(весов) прямых и косвенных измерений, а
также разработаны алгоритмы корректи-
ровки начальных (приближённых) значе-
ний дисперсий случайных ошибок изме-
рений, которые позволили обеспечить
выполнение необходимых критериев до-
стоверности.
Разделение измерений на прямые и
косвенные в контексте рассматриваемого
вопроса не случайно и определяется дву-
мя причинами:
во-первых, оценка точности с ис-
пользованием ковариационной матрицы
позволяет найти дисперсии остаточных
ошибок только прямых измерений урав-
ниваемых параметров. Дисперсии оши-
бок косвенных измерений в рамках из-
вестных методов оцениваются по прави-
лу оценки точности функции многих слу-
чайных величин. Такая оценка выполня-
ется отдельно. Заметим, что она требует
вычисления частных производных, а
операция вычисления частных производ-
ных численным методом также неустой-
чива в вычислительном отношении, по-
этому здесь зачастую возникает та же
проблема, что и при обращении плохо
обусловленных матриц;
во-вторых, установленные критерии
достоверности дисперсий ошибок для
прямых и косвенных измерений различ-
ны.
Следует признать, что если коррек-
тировка дисперсий ошибок косвенных
измерений по разработанным в ходе вы-
полненных исследований алгоритмам не
вызывает затруднений, то алгоритмы
корректировки дисперсий ошибок пря-
мых измерений, разработанные к насто-
ящему времени, обеспечивают только
приближённое выполнение необходимых
критериев достоверности. Между тем, по
мнению специалистов достигнутые ре-
зультаты обеспечивают получение доста-
точно надёжных оценок дисперсий урав-
ненных значений как косвенных, так и
прямых измерений. Таким образом, для
дальнейшего изложения будем считать,
что условия применения формулы (2) с
целью оценки точности результатов
уравнивания обеспечены. Следовательно,
формула (2) является альтернативой из-
вестного метода оценки точности резуль-
татов уравнивания как с использованием
ковариационной матрицы вектора урав-
ненных параметров, так и по правилу
оценки точности функции многих слу-
чайных величин.
Нетрудно увидеть, что неоспори-
мым преимуществом использования
формулы (2) является возможность про-
стой в вычислительном отношении оцен-
ки точности, без трудоёмкого и, самое
главное, численно неустойчивого обра-
щения матрицы нормальных уравнений и
вычисления частных производных чис-
ленным методом. Причём для примене-
336

ния формулы (2) совершенно неважно
дисперсии ошибок каких измерений под-
лежат оценке: прямых или косвенных,
потому что вычислительная процедура
оценки точности в обоих случаях совер-
шенно одинакова.
Таким образом, если за счёт коррек-
тировки приближённо заданных весов
прямых и косвенных измерений в резуль-
тате уравнивания обеспечено выполнение
критериев достоверности дисперсий
ошибок измерений, то для оценки точно-
сти уравненных значений всех измерений
может быть применен альтернативный
метод, в основе которого лежит
формула (2).
Заметим, что выполнение критериев
достоверности дисперсий ошибок изме-
рений не является самоцелью, направ-
ленной исключительно на обеспечение
возможности применения альтернативно-
го метода оценки точности. Выполнение
этих критериев необходимо, прежде все-
го, для нахождения таких значений урав-
ниваемых параметров, которые имеют
наименьшие дисперсии остаточных слу-
чайных ошибок, то есть являются несме-
щёнными эффективными оценками опре-
деляемых параметров. Для этого они соб-
ственно и были установлены. Все осталь-
ные их применения, такие как отмечен-
ная возможность альтернативной оценки
точности, а также установленное в ходе
экспериментальных исследований повы-
шение устойчивости уравнивания в слу-
чае плохой обусловленности матрицы
нормальных уравнений, являются попут-
ными.
Покажем как на практике отлича-
ются результаты оценки точности тради-
ционным и альтернативным методами.
Для этого воспользуемся примером ре-
шения плохо обусловленной задачи
уравнивания измерительной информации
на съёмочных маршрутах оптико-
электронной съёмки, полученных аппа-
ратурой «Сангур-1» и «Сангур-1 У» кос-
мических аппаратов «Ресурс-ДК 1» и
«Ресурс-П 1» соответственно. В нижесле-
дующей табл, приведены сравнительные
результаты оценки точности. Относи-
тельная погрешность оценки, полученной
альтернативным способом, вычислялась
по формуле
5 =	• 100%	(3)
где ат - оценка средней квадратиче-
ской погрешности, полученная традици-
онным способом;
<7а - оценка средней квадратической по-
грешности, полученная альтернативным
способом.
Поясним, что прочерки в некоторых
ячейках таблицы свидетельствуют о том,
что соответствующие элементы ковариа-
ционной матрицы оказались отрицатель-
ными и оценка точности традиционным
методом не могла быть выполнена.
Табл. 1. Сравнительные результаты оценки точности уравнивания
Уравниваемые параметры ’	Относительная погрешность альтернативной и точности уравниваемых параметров		традиционной оценок
	маршрут 5369 «Ресурс-ДК 1»	маршрут 7595 «Ресурс-ДК 1»	маршрут 4213 «Ресурс-П 1»
Х(<))	2	0	15
х(,)	9	20	16
Х<2)	14	0	20
х(3)	6	0	50
у(0)	0	0	—
Y<1 >	2	35	—
у(2)	0	0	57
у(3)	1	0	80
z«b	1	0	21
z(l)	1	5	21
Z(2)	1	0	44
z(3)	2	0	71
337

у(0)	35	—	66
-у( 1 )	—	5	60
у(2)	51	4	75
	52	68	83
К(°)	65	38	—
к(,)	58	29	88
к(2)	41	54	89
К(3)	54	64	94
R101	0	0	5
R(l)	0	0	8
r<2)	0	0	22
R1”	0	0	25
f	0	0	3
Уо	0	0	0
Z()	0	0	0
dj	0	0	7
ds	0	0	0
d?	0	0	0
*) X(|),Y(I),Z(|) - i-тые производные
координат космического аппарата в
гринвичской системе;
T(1),K(1),R(I) - i-тые производные
углов тангажа, крена и рысканья;
f,yo,zo - фокусное расстояние и
координаты главной точки;
63,65,67 - коэффициенты обоб-
щённой дисторсии третьего, пятого и
седьмого порядков.
Анализ представленных в табл,
данных показывает, что:
1)	результаты оценки точности не-
которых уравниваемых параметров тра-
диционным и альтернативным способами
как правило в точности совпадают. К
числу таких параметров относятся дан-
ные об изменении угла рысканья, эле-
менты внутреннего ориентирования
изображений и коэффициенты обобщён-
ной дисторсии. Как оказалось эти пара-
метры некоррелированы или слабо кор-
релированы с другими уравниваемыми
параметрами;
2)	оценки точности уравненных
значений параметров, характеризующих
изменение линейных элементов внешнего
ориентирования, как правило, совпадают,
но могут и отличаться (в приведённых
примерах до 80%);
3)	относительная погрешность
оценки точности уравненных значений
параметров, характеризующих изменение
углов тангажа и крена, которые сильно
коррелированы с линейными элементами
внешнего ориентирования, достигает по
приведённым результатам 94%. Судя по
тому, что точность многих из этих пара-
метров не мола быть оценена традицион-
ным способом, традиционные оценки
крайне не надёжны, отсюда и большая
относительная погрешность разных оце-
нок.
Имеющее место несовпадение не-
которой части оценок и их непостоянство
на разных маршрутах может быть объяс-
нено неустойчивостью численного обра-
щения плохо обусловленных (число обу-
словленности может изменяться на не-
сколько порядков на разных маршрутах)
матриц нормальных уравнений при оцен-
ке точности традиционным способом, а
также несовершенством применённого
алгоритма уточнения весов прямых изме-
рений, от которого зависит достоверность
оценки точности альтернативным спосо-
бом.
Альтернативный способ оценки
точности имеет потенциал повышения
достоверности оценки за счёт совершен-
ствования алгоритма уточнения весов
прямых измерений до строгого выполне-
ния критериев надёжности весов прямых
338

измерений, что является предметом даль-
нейших исследований. Традиционный
способ оценки точности такого потенци-
ала не имеет в силу почти вырожденно-
сти обращаемых матриц.
Таким образом, предлагаемый аль-
тернативный способ оценки точности
уравненных значений измерений в силу
его численной устойчивости, универ-
сальности вычислительной схемы для
прямых и косвенных измерений и имею-
щегося потенциала повышения достовер-
ности оценки является более надёжным и
предпочтительным по сравнению с тра-
диционным способом.
Библиографический список:
1.	Вершинин В.И. Априорная оцен-
ка точности координатных определений
по космическим снимкам. - М.: Типо-
графия «Новости», 2011. - 250 с.: ил.
2.	Кузьмин Б.С. Основы теории
ошибок измерений. Военное издатель-
ство Министерства Вооруженных Сил
Союза ССР. Москва, 1946, - 116 с.
3.	Погорелов В.В., Малюков В.М.
Об определении элементов внешнего
ориентирования узкоугольных снимков.
// Геодезия и картография. 1989, №8,
с.21-26.
References:
1.	Vershinin, V. I. Apriori estimate of
the accuracy of coordinate determinations
on satellite images. - Moscow: Printing
House Of "News", 2011. - 250 p.: ill.
2.	Kuzmin, B. S. Fundamentals of the
theory of measurement errors. Military pub-
lishing house of the Ministry of the Armed
Forces of the Soviet Union. Moscow, 1946,
-p. 116
3.	Pogorelov V. V., Malyukov V.M.
On determining the elements of exterior ori-
entation angle shots. // Geodesy and cartog-
raphy. 1989, No. 8, pp. 21-26.
TO EVALUATE THE ACCURANCY OF THE RESULTS OF AJUSTMENT
©2015 E.G. Voronin
Dept JSC «SRC «Progress» - NPP «OPTECS», Moscow, Zelenograd
The problematic issues arising in the calculation of the covariance matrix, which traditionally is used to as-
sess the accuracy of the adjustment results. The alternative method of assessing the accuracy of the adjusted values
of direct and indirect measurements that are easy computing and the numerical stability. A comparison of traditional
and alternative methods of estimation accuracy.
Keywords: The adjustment of measurements to evaluate the accuracy, covariance matrix, validation crite-
ria of the variances of measurement errors
Информация об авторах:
Воронин Евгений Геннадьевич, кандидат технических наук, старший научный со-
трудник, заместитель главного конструктора филиала АО «Прогресс» - НПП «ОПТЭКС»,
E-mail: optecs@mail.ru, тел. 8(499)734-94-93.
Область научных интересов: космическая фотограмметрия, фотограмметрическая
обработка изображений, методы обработки данных ДЗЗ.
Evgeniy G. Voronin, candidate of Engineering, senior staff scientist, deputy chief design-
er of Dept JSC «SRC «Progress» - NPP «OPTECS», Moscow, Zelenograd.
Research interests: digital photogrammetry and mapping, photogrammetric images pro-
cessing, methods of Earth remote sensing data processing.
339

УДК 621.384
ОЦЕНКА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО
ПОРТАТИВНОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ СВОЙСТВ ОБЪЕКТА
©2015 В.В. Волков1, Н.В. Прохорова2, С.И. Баранов1
*АО «РКЦ Прогресс»
2Самарский государственный университет (СамГУ)
При решении задач экологического мониторинга наибольшую информативность несут спектральные
данные, позволяющие судить о физико-химическом состоянии объекта. Создание портативного измерителя
коэффициентов спектрального отражения, позволит на ранних стадиях, принимать меры к упреждению де-
градации почвенного покрова и растительности с учётом их спектральных признаков. Однако сложность
интерпретации спектральной данных почв требует привлечения дополнительных методов для их анализа.
Для этих целей предложена методика и выполнена апробация оценки наклона спектральной кривой для
почвогрунтов с различным содержанием гумуса, позволяющая проводить экспресс оценку спектральной
отражательной способности образцов в узких спектральных диапазонах. Показана возможность применения
портативного измерителя, что позволяет использовать данную методику для повышения точности оценки
спектральных свойств изучаемой поверхности.
Ключевые слова: Экологический мониторинг, коэффициент спектрального отражения, светодиод,
почвенный покров, гумус, калибровка
В рамках решения задач для мони-
торинга природопользования наиболее
важную роль играет дистанционная
оценка состояния почвенного покрова и
растительности. Увеличение нагрузки на
почвенный покров вследствие нерацио-
нального севооборота и загрязнения чер-
нозёмных почв приводят к истощению
биологического потенциала, что негатив-
но сказывается на возобновлении пло-
дородного гумусного слоя почв.
Как известно, на различных стадиях
развития растительности меняется форма
её характерной спектральной кривой и
спектральные признаки (сигнатуры) поч-
вогрунтов. Знание этих характеристик и
возможность их дистанционной реги-
страции позволяют перейти на новые
технологии дешифрирования и прогнози-
рования состояния развития биомассы. С
появление гиперспектральной аппарату-
ры появилась возможность, например, не
только различать тип сельскохозяйствен-
ных культур, но и проводить классифи-
кацию внутри подтипа, с определением
степени стресса растительности. Данный
подход уже широко применяется при об-
работке многомерных данных.
Создание аналогичного подхода для
классификации различных типов почв
затруднительно из-за высокой вариации
значений спектральной яркости, и её не-
тривиальной связи с химическим соста-
вом. В ряде работ была сделана успешная
попытка количественного описания этой
связи для содержания фосфатов и свинца
в различных типах почв [1-3]. Однако,
непосредственные значения коэффициен-
тов спектрального отражения (КСО) не
могут нести объективной информации о
влиянии содержании органических ве-
ществ (гумуса, азота и пр.) из-за зависи-
мости спектральной кривой от степени
увлажнённости почвогрунтов.
Для объективной классификации почв
и растительного покрова необходимо вы-
деление наиболее информативных кана-
лов, для решения отдельных тематиче-
ских задач дешифрирования, что позво-
лит точнее производить классификацию
и «распознавание» различных природных
классов и видовых признаков. Для выде-
ления спектральных признаков почв,
предлагается экспериментальная методи-
ка оценки их спектральной отражатель-
ной способности в узких диапазонах
спектра.
Постановка задачи
Для выделения конкретных признаков
в многоканальном изображении широко
340

применение находят спектральные биб-
лиотеки различных материалов и при-
родных объектов. Использование спек-
тральных данных позволяет проводить
автоматическое распознавание объектов,
однако в ряде задач природопользования,
применение этого подхода может быть
затруднено из-за локальных вариаций
спектральных данных, которые могут
быть скорректированы путём наземных
экспериментов. Особенно, это касается
спектральных данных для различных ти-
пов почв.
Данные спектральных библиотек,
кроме того могут быть подвергнуты
спектральной и радиометрической кор-
рекции, исходя из спектральных характе-
ристик конкретного приёмника излуче-
ния, что обеспечит наименьшую погреш-
ность при идентификации объектов. В
отечественной практике, также были со-
ставлены библиотеки для различных ти-
пов почв, растительности и минералов,
начиная с разработок и применения мно-
гозональной фотоаппаратуры для косми-
ческих станций «Салют». Примеры от-
дельных спектральных кривых [2] приве-
дены на рис. 1:
Рис. 1. Эталонные спектры почв, поданным спектральных библиотек [2]
Как видно кривые спектрального
отражения практически не меняют своей
формы, но происходит изменение общего
уровня интенсивности от синего в сторо-
ну ближнего инфракрасного диапазона
спектра. По опытным данным [2] уста-
новлена обратная корреляция между ро-
стом содержания гумуса и коэффициен-
том спектральной яркости - с увеличени-
ем содержания гумуса в почве, умень-
шаются коэффициенты спектральной яр-
кости Наибольшие оптические различия
между почвами, богатыми гумусом, и
безгумусными породами наблюдаются в
БИК области спектра (0,68—0,80 мкм).
Эта связь имеет линейный характер лишь
в узких пределах содержания гумуса, для
лесных, а так же каштановых почв и их
подвидов.
Чернозёмные почвы имеют чёрную
окраску, что позволяет им поглощать
большую часть падающей на них солнеч-
ной энергии. Наземные спектрометриче-
ские исследования большинства типов
почв [3], расположенных в центральной
полосе России, показывают, что наиболее
сильные различия в спектрах поглощения
почв наблюдаются при переходе от ви-
димого в сторону среднего ИК диапазо-
на, в области 700 - 2500 мкм. Анализ этой
области спектра позволяет, к примеру,
отличить чернозёмные почвы от кашта-
новых и серозёмов
Методика эксперимента
Для измерения КСО почв была со-
брана портативная установка, позволяю-
341

щая оценить соотношение интенсивно-
стей отражённого от поверхности образ-
ца излучения, в трёх узких спектральных
диапазонах.
Конструктивно, измеритель выпол-
нен в виде затенённой цилиндрической
полости, в центре оптической оси кото-
рого находится фотоприёмник и излуча-
тели. Особенностью данной конструкции
является измерение отношения интен-
сивностей отражённого излучения, в трёх
узких спектральных диапазонах, за счёт
использования AsGa - светодиодов
Kingbright [4], как это представлено на
рис.2.
Р
ис. 2.
а)
Внеш-
ний
вид
оптико
коэлек
элек-
трон-
ного
датчи-
ка с
б)
излу-
чателями, б) спектральная чувствительность датчика в) спектр излучения инфракрасных светодиодов
Измерение при фиксированном по-
ложении датчика происходит последова-
тельно в трёх каналах (за один цикл), что
позволяет получить постоянное отноше-
ние интенсивностей, не зависимо от ве-
личины альбедо изучаемой поверхности.
Фиксированный угол падения (к плоско-
сти образца) каждого из светодиодов, от-
носительно оси фотоприёмника, позволя-
ет вносить коэффициенты калибровки, с
учётом уровня фона (темновой ток), и
спектральной чувствительности 5(Я)
датчика, которая представлена на рис.
2(6). В результате калибровки приёмника,
значения энергии, считанные с датчика -
DN?, будут переведены в значения отно-
сительной интенсивности, как это следу-
ет из формулы (1):
Rad(A) = -^~
DN
max
-DN-
min
(1)
где, Rad (Л) - значение спектральной яр-
кости после калибровки, DN^, и DNmil
-максимальные и минимальные значения
полученные в ходе калибровки датчика.
После проведения калибровки, дан-
ных измеренной яркости переводятся в
относительные единицы, показывающие
изменение энергии для трёх каналов. На
рис. 3 (а) приведена структурная схема
измерительной установки, состоящей из
измерителя напряжения (АЦП), блока
излучателей, коммутатора каналов и фо-
топриёмника.
б)
342

Рис. 3 а) Функциональная схема измерителя КСО; б) метод калибровки по «эмпирической линии»,
где 1-«абсолютно чёрный» объект; 2- максимально яркий объект
Таким образом, применение прин-
ципа относительности измерения позво-
ляет получить высокую точность, при
правильной калибровке прибора, с учё-
том спектральной чувствительности дат-
чика. Для этих целей была выбрана мо-
дель калибровки по методу эмпириче-
ской линии, приведенная на рис 3(6), в
которой для каждого канала получают
коэффициенты спектрального отражения
от условно «абсолютно белой» - диффуз-
но отражающей поверхности и «чёрной»,
поглощающей всё излучение. Перед каж-
дой серией измерений датчик проходит
процедуру калибровки, с использованием
баритовой и чёрной бумаги в качестве
эталонов, определяя тем самым реперные
точки на «эмпирической линии». После
этого происходит запись полученных
значений в каждом канале. Значения фо-
то-ЭДС, получаемые датчиком ФД-7к
(диаметр входного окна 10 мм), лежат в
пределе 100 мВ, то есть ниже уровня
насыщения датчика, что гарантирует его
линейность в рабочем диапазоне интен-
сивностей.
Калибровка позволяет определить
уровень фона и максимальные значения
интенсивности, - что позволяет получить
точное значение величин относительной
интенсивности в пределах собственного
динамического диапазона.
Табл. 1 Характеристики измерительных каналов
Тип канала	Длина ВОЛ- НЫ" 4ах, МКМ	Полуширина ка- нала, нм (FWHM)	Отношение сигнал / шум (SNR), дБ (после калибров- ки)
Синий, (мягкий УФ)	0,37	25	48(1:210)
Зелёный	0,55	27	44(1:160)
Ближний ИК	0,85	40	51 (1:310)
На территории Самарской области
встречаются различные типы чернозёмов,
для проведения модельного опыта были
отобраны 3 образца, с различным содер-
жанием гумуса (от = 6% в чернозёмах,
до 2% в серозёмах и менее 1 % в поч-
вогрунтах).
ввв
а) б) в)
Рис. 4. Образцы почв: а) чернозём б) серозём в) почвогрунты Сокского карьера
С целью апробации метода измере-
ния спектрального отражения (КСО) поч-
венного покрова в узких спектральных
каналах, была проведена съёмка образ-
цов на трёх длинах волн: 370 нм (Blue),
550 нм (Green), и 850 нм (Red). При этом
светозащитный корпус прибора непо-
средственно вставлялся в образцы, так
что бы исключить засветку фотодиода.
Значения коэффициентов отражения для
трёх образцов, подвергнутые радиомет-
рической калибровке, представлены на
рис. 4.
343

s
я
о
сГ
S
Образцы почв
Рис. 5. Экспериментальные значения КСО для различных образцов: (1) - чернозём; (2) - серозём;
(3) - почвогрунты Сокского карьера
Из полученных результатов видно,
что с понижением содержания гумуса в
образцах, (при переходе от чернозёма к
серозёмам) изменяется отношение интен-
сивностей в соседних каналах. Каждая
образец характеризуется своим отноше-
нием спектральной яркости
Rad(^) / Rad^) в соседних каналах.
Одновременное считывание в раз-
ных каналах, позволяет получить оценку
свободную от дисперсности состава об-
разцов. Для оценки типов почв применим
метод вычисления тангенса угла наклона
спектральной кривой, что позволит ис-
пользовать полученные данные для аппа-
ратуры с различным спектральным раз-
решением. Расчёт параметра tg{^ — Я,)
по каждому отдельному образцу осу-
ществлялся для двух пар каналов: синий
- красный, и зелёный - красный, с учётом
длин волн излучения, по формуле:
(С ю Rad(R)-Rad(G) Rad(R)-Rad(G) (2)
&	(	’	0,85-0,55
где, Rad(G),Rad(R)- яркость в синем и
красном спектральном канале, Яг, Ag-
длина волны БИК и зелёного светодиода.
Аналогичным образом проводился расчёт
tg(B-R) для синего канала. Результаты
расчётов наклона спектральной кривой,
по исходным данным КСО, представлен-
ные в табл.1.
Табл. 2 Значения тангенса угла наклона для различных типов почв
Тип почв	tg(B-R)	tg(G-R)	относительная ошибка %
Чернозёмные	0,467±0,035	0,543±0,05	7,2
серые-лесные	0,633±0,029	0,610±0,027	4,5
Сокского карьера	0,747±0,026	1,097±0,037	3,4
Для анализа различий образцов ис-
пользовалась съёмка на отражение, при
этом усреднённая оценка производилась
по фрагменту поверхности диаметром 20
мм. Полученные при пятикратном изме-
рении данные, подвергались статистиче-
ской обработке, для вычисления среднего
значения. При анализе интенсивностей в
каналах, наиболее информативным ока-
зывается соотношение интенсивностей
tg(G-R) в зелёном и БИК канале. Соот-
ношение tg(B-R) оказывается мене чув-
ствительным к содержанию гумуса, в
среднем на 20%. Как известно, световые
344

источники различного спектрального со-
става могут вызвать единое цветовое
ощущение, воспринимаемое человеком.
Что делает затруднительным, примене-
ние лабораторного спектрального анализ
почв для их практической визуальной
классификации. Применение данной ме-
тодики, в полевых условиях, позволит
получить объективную оценку для по-
следующей систематизации спектраль-
ных данных. Для получения цветовой
оценки поверхности почвогрунтов пред-
лагается использовать узкие спектраль-
ные каналы в зелёной и ближней ИК об-
ласти. Измерение наклона кривой спек-
тральной яркости почвы в широком диа-
пазоне длин волн имеет прямую корреля-
цию с содержанием гумуса в опытных
образцах.
Зерновые культуры на стадиях вхо-
да мало влияют на изображение почв. На
территориях с площадью растительности
менее 20%, появляется возможность раз-
деления тёмно и светлокаштановых почв,
так как содержание гумуса в них снижа-
ется по сравнению с чернозёмами [5].
При переходе к тёмно- каштановым поч-
вам оно достигает значения 4-5% и око-
ло 2% для светло - каштановых почв,
имеющих светло - серый тон. Так же на
результирующий спектр почв влияет
дисперсность гранулометрического со-
става и влажность поверхности, при этом
совокупное влияние этих факторов, не
оказывает существенного влияния на
форму спектральной кривой, изменяя
лишь её интенсивность.
Для изучаемых объектов кривая
спектрального отражения может быть
оценена с помощью описанной выше ме-
тодики измерения в узких спектральных
каналах. При этом происходит оценка
наклона спектральной кривой в широком
диапазоне длин волн: от мягкого УФ до
ближнего ИК диапазона. В дальнейшем
будет проведена верификация получен-
ных данных, с помощью аналогичных
многоканальных датчиков наземного
применения. Создание портативного из-
мерителя, для оценки в полевых условиях
почвогрунтов с различным составом и
уровнем влажности позволит сделать
данный вид измерений более доступным
для широкого круга специалистов.
Заключение
Проведённая оценка изменений ха-
рактерных спектральных признаков для
различных типов почв показывает воз-
можность их дистанционной оценки и
разделения при использовании видимого
и ближнего ИК диапазона. Для целей
разделения объектов по коэффициентам
спектрального отражения был собран
портативный измерительный прибор, и
проведена оценка его измерительных ха-
рактеристик, на примере почв.
Однако, измерение спектральной
отражательной способности, в узких ин-
тервалах не может дать полностью адек-
ватной информации без учёта накоплен-
ных данных учитывающих состав почв
для данной местности, и его локальные
вариации. Более высокую точность при-
менения данного метода можно получить
путём комплексирования полученных
значений наклона кривой спектрального
отражения, с данными полученными с
гиперспектральных датчиков, что, к при-
меру, позволит точнее отслеживать изме-
нения содержания гумуса и других орга-
нических соединений в различных типах
почв, не прибегая к использованию доро-
гостоящей спектральной аппаратуры.
Библиографический список:
1.	Михайлова Н.А., Орлов Д.С.
Оптические свойства почв и почвенных
компонентов. М.: Наука, 1986. 119 с.
2.	Орлов Д.С. Химия почв. М.: Изд-
во МГУ, 1992.400 с.
3.	Федченко П.П., Кондратьев К.Я.
Спектральная отражательная способность
некоторых почв. Л.: Гидрометеоиздат,
1981. 232 с.
4.	URL: http://www.Kingbright.com/
led/ datasheet
5.	АН А. М., Gary О., David В. Capa-
bilities of remote sensing hyperspectral im-
ages for the detection of lead contamination:
a review // ISPRS Annals of the Photo-
345

grammetry, Remote sensing and spatial in-
formation sciences, 2012, V. 1-7, 2012. P. 12
References:
1.	Myhailova N.A, Orlov D.S. Optical
properties of soil and soil substances /М:
Nauka, 1986. P.199
2.	Orlov D. S. Soil chemistry. M.:
MSU, 1992. P.400
3.	Fedchenko P. P., Kondratyev K. Y.
Spectral reflectance abilities for some soils.
L:Gidrometeoizdat, 1981. P.232
4.	URL: http://www.Kingbright.com/
led /datasheet
5.	Ali A. M., Gary O., David B. Capa-
bilities of remote sensing hyperspectral im-
ages for the detection of lead contamination:
a review // ISPRS Annals of the Photo-
grammetry, Remote sensing and spatial in-
formation sciences, 2012, V. 1-7, 2012. P. 12
ESTIMATION OF FUCTIONING OF THE EXPERIMENTAL PORTABLE MEASUR-
ING OF OBJECT SPECTRAL PROPERTIES
© 2015 V.V. Volkov’, N.V. Prohorova2, S. I. Baranov1
*JSC « SRC «Progress», Samara
2Samara State University, Samara
At the decision of the ecology monitoring problems the main information origin by the spectral data, allow-
ing resolving a physical and chemical condition of object. Solving the tasks for environmental monitoring and effi-
cient nature management the greater part of information keep multichannel image, acquisition as airborne as remote
sensing satellite. Remote sensing at the prime stage admitted take measures to forecasting degradation of soil and
vegetation, based on their spectral signatures. However, difficult interpretation for soil spectral radiance, effort at-
traction additional methods for their analysis. For this aim offered method and executed approbation for estimating
the slope of the spectral curve for soils with different humus contention, allowing for the rapid assessment of the
samples spectral reflectance in narrow spectral bands. Was shown the possibility of using experimental data, which
allows the use of this technique to improve different type classification for soils.
Key words: Environmental monitoring, remote sensing, light emit diode, spectral radiance coefficient, soil
canopy, humus, calibration
Информация об авторах:
Волков Василий Владимирович, инженер-конструктор АО «РКЦ «Прогресс», ас-
пирант ФГБОУ ВПО Самарского государственного Университета, E-mail: volwv@mail.ru.
Область научных интересов: обработка сигналов, моделирование дифракционных
процессов.
Прохорова Наталья Владимировна, профессор ФГБОУ ВПО Самарского государ-
ственного университета, д.б.н. E-mail: ecologv@samsu.ru.
Область научных интересов: экология, экологическая биогеохимия, геохимия почв.
Баранов Сергей Иванович, начальник сектора АО «РКЦ «Прогресс», аспирант
СГСХА. E-mail: barser@mail.ru.
Область научных интересов: дистанционное зондирование земли, экологический
мониторинг, точное земледелие.
Volkov Vasiliy Vladimirovich, Joint-stock company JSC « SRC «Progress», Samara,
Russian Federation, design engineer. E-mail: volwv@mail.ru.
Area of research: signals processing, software design.
Prohorova Natalya Vladimirovna, doctor of sciences in biology, Samara State Universi-
ty, Samara, Russian Federation. E-mail: ecology@samsu.ru.
Areas of research: ecology, chemical biology, soil geochemistry.
346

Baranov Sergey Ivanovich, head of sector, Joint-stock company JSC « SRC «Progress»,
postgraduate student. E-mail: barser@mail.ru.
Area of research: environmental control, soil geochemistry, precision agriculture.
347

УДК 528.629.7
СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ВЫБОРУ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ
ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ РАДИОЛИНИИ ДЛЯ СОВРЕМЕННЫХ
КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ
©2015 А.А. Кащеев
Филиал АО «РКЦ «Прогресс» - ОКБ «Спектр», г. Рязань
Рассматриваются основные принципы выбора пропускной способности высокоскоростной ра-
диолинии для современных космических аппаратов дистанционного зондирования земли (КА ДЗЗ) с учетом:
переполнения бортового запоминающего устройства; длительности сеансов связи КА ДЗЗ с наземными
пунктами приема информации; необходимой ширины полосы пропускания и надежности канала связи.
Ключевые слова: пропускная способность; космические аппараты; запоминающее устройство це-
левой информации: зона радиовидимости; наземный пункт приема информации
В процессе наблюдения земной по-
верхности космическими аппаратами ди-
станционного зондирования земли (КА
ДЗЗ) передача информации осуществля-
ется при нахождении КА ДЗЗ в зоне ра-
диовидимости наземного пункта приема
информации (НППИ), а за ее пределами
накопление информации осуществляется
в бортовом запоминающем устройстве
целевой информации (ЗУЦИ). Пропуск-
ная способность канала высокоскорост-
ной радиолинии (ВРЛ), как правило,
определяется необходимой шириной по-
лосы пропускания и надежностью канала
связи.
Учитывая изложенное выше, выбор
пропускной способности ВРЛ целесооб-
разно осуществлять исходя из условий:
переполнения бортового ЗУЦИ; величи-
ны объема информации, передаваемой на
НППИ в течении сеанса связи КА с
НППИ; необходимой ширины полосы
пропускания и надежности канала связи.
В первом случае максимальный
объем информации, который может быть
записан в ЗУЦИ с начала съемки земной
поверхности до момента входа КА в ЗРВ
НППИ, не должен превышать остаточ-
ный объем бортового ЗУЦИ (рис. 1), т.е.:
^max — ^ZUCIost ’	(0
где Итах - максимальный объем инфор-
мации, который может быть записан в
ЗУЦИ с начала съемки земной поверхно-
сти до момента входа КА в ЗРВ НППИ;
^ztciost ' остаточный объем бортового
ЗУЦИ к моменту входа КА ДЗЗ в зону
радиовидимости НППИ.
Рис. 1 График заполнения ЗУЦИ
Во втором случае пропускная спо-	ного объема информации ДЗЗ за время
собность канала ВРЛ должна обеспечи-	сеанса связи КА с НППИ, т.е.
вать возможность передачи максималь-
348

' NM
X^-(Cx~d
NM
(2)
1=1
где С - пропускная способность канала
связи ВРЛ; V\ - скорость передачи ин-
формации с КА ДЗЗ на с z-й НППИ; А7^
- время сеанса связи КА ДЗЗ с z-м НППИ;
NM - количество НППИ.
Величина А 7^ из выражения (2) мо-
жет быть рассчитана следующим образом
[1]:
при t“m > t™,	= V™ uVf= Kmx
вых
(4)
при t™x < t“\	= V?x и Vt= V™x
NM
при V^V^u
^вых _^вхс
приС‘х>^х,^=^хи^=^вых
аг-/0)+(/01-о
nput^^^^uV^V^ <3)
.вых .
li
npuV^V^uV—V™*
где - начальное время пересечения
восходящего узла орбиты (начало полета
КА); /01 - время пересечения восходяще-
го узла орбиты в конце первого витка по-
лета КА; t“xe = t“x + 7j's - время начала се-
анса связи КА с ' -м НППИ; Т? - время
синхронизации каналообразующего обо-
рудования ВРЛ КА с оборудованием ВРЛ
i -го НППИ; t“x - время входа КА в зону
ГУС z -го НППИ; t“h,x - время выхода
КА из зоны ГУС i -го НППИ.
Учитывая (3), выражение для (2)
примет следующий вид:
В третьем случае, согласно формуле
Шеннона [2], пропускная способность
ВРЛ определяется необходимой шириной
полосы пропускания передаваемой ин-
формации и отношением сигнал/шум на
входе приемного устройства, т.е.:
С = \f log.
1 +
< р НППИ
(5)
7
Учитывая основные энергетические
соотношения для линий спутниковой
связи [3, 4], выражение (5) окончательно
можно представить следующим образом:
1,2 R
----------х
г • log, m
xlog2 1 +
r-iog2ffl (c//;,)2 x
16л-2О?/^"Л1,2Л-
НППИ „ ППИИ
где Dt: j - дальность от КА ДЗЗ до i -го
НППИ; - дополнительное затухание
энергии радиосигнала между КА ДЗЗ и i
- м НППИ в J -й момент времени;
^нппи . ,
Ц - коэффициент усиления антенны
оборудования ВРЛ НППИ на прием;
^нппи _ коэффИцИент передачи антенно-
волноводного тракта оборудования ВРЛ
1 - го НППИ; fH - несущая частота ра-
диосигнала ВРЛ КА с i -м НППИ; с -
скорость света; 7У(/ц) - составляющая,
349

обусловленная приемом космического
радиоизлучения, зависящая от угла места
антенны z -го НППИ в j -й момент вре-
мени; 7j,j(/i,j) - составляющая, учиты-
вающая излучение Земли, z -го НППИ в
j -й момент времени; ^.“(Z.j) - состав-
ляющая, обусловленная излучением ат-
мосферы и зависящая от угла места ан-
тенны z -го НППИ в j -й момент време-
7ина
ij - температурная составляющая,
учитывающая собственные шумы антен-
ны z -го НППИ в J -й момент времени.
Таким образом, выбор пропускной
способности высокоскоростной линии
радиосвязи КА ДЗЗ осуществляется с
учетом выражений (1,4, 6).
В связи с постоянно растущим по-
требным объемом информации ДЗЗ поль-
зователей всего мира [5], а также иссле-
дование выражений (1, 4 и 6) показыва-
ют, что для передачи космической ин-
формации ДЗЗ по каналам ВРЛ с надле-
жащим качеством для современных и
перспективных КА ДЗЗ необходима про-
пускная способность 600 Мбит/с и выше.
Библиографический список:
1.	Ларин С.А., Кащеев А.А.,
Бутко А.В., Ефимов С.И. Оценка дли-
тельности сеансов связи космического
аппарата с наземными пунктами приема
информации // 17-я международная науч-
но-техническая конференция “Проблемы
передачи и обработки информации в
сетях и системах телекоммуникаций”.
Рязань:	Рязанский государственный
радиотехнический университет, 2012 г.,
с. 119-121.
2.	Варакин Л.Е. Системы связи с
шумоподобными сигналами. - М.: Радио
и связь. - 1985. - 344 с.
3.	Мордухович Л.Г., Степанов А.П.
Системы радиосвязи: Курсовое проекти-
рование. - М. Радио и связь,- 1987.—
192 с.
4.	Спутниковая связь и вещание.
Справочник/Под ред. Л.Я. Кантора. - М.:
Радио и связь. - 1997.- 344с.
5.	Куренков В.И., Салмин В.В.,
Абрамов Б.А. Основы устройства и моде-
лирования целевого функционирования
космических аппаратов наблюдения:
учеб, пособие. - Самара. Изд-во Самар-
ского государственного аэрокосмическо-
го Университета- 2006.- 296 с.
References:
1.	Larin S.A., Kascheev А.А.,
Butko A.V., Efimov S.L The Estimation to
duration communication link cosmic device
with overland points of the acceptance to
information // 17-1 international research
conference "Problems of the issue and in-
formation handling in set and system tele-
communication". Ryazani: Ryazanskiy state
radiotechnical university, 2012., p. 119-121.
2.	Varakin L.E. The Communications
network with шумоподобными signal. -
M.: Radio and relationship. - 1985. - 344 p.
3.	Morduhovich L.G., Stepanov A.P.
The Systems radio communication: Course
designing. - M. Radio and relationship.-
1987,- 192 p.
4.	The Satellite relationship and
вещание. THE Reference book/Under red.
L.YA. The Cantor. - M.: Radio and relation-
ship. - 1997,- 344 p.
5.	Kurenkov V.L, Salmin V.V.,
Abramov B.A. The Bases device and model-
ing of the target operation cosmic device
observations: training, the allowance. - Sa-
marium. Izd-in Samarium, the guest, the
aerolong disheveled locks of hair. Un-that-
2006,- 296 p.
350

SYSTEM APPROACH TO CHOICE OF RECEPTION CAPACITY TO
SPEEDIEST RADIOLINE FOR PERSPECTIVE COSMIC DEVICE
OF THE REMOTE FLEXING THE LAND
©2015 A.A. Kascheev
JSC «SRC «Progress» - «Spectr», Ryazan
They are considered cardinal principles of the choice to reception capacity to speediest radioline for mod-
em cosmic device of the remote flexing the land (KA DZZ) with provision for: overflows on-board rememberring
device; duration communication link KA DZZ with overland points of the acceptance to information; the necessary
width passband and reliability of the channel relationship.
The keywords: reception capacity; the cosmic devices; the rememberring device to target information; the
zone to radiovisibility; the overland point of the acceptance to information
Информация об авторах:
Кащеев Алексей Анатольевич - кандидат технических наук, начальник сектора,
филиал АО «РКЦ «Прогресс» - «ОКБ Спектр», Гагарина, 59а, г. Рязань, 390005,
(4912) 76-86-79, 8(953)742-97-86, e-mail: alexei kl@mail.ru.
Область научных интересов: моделирование и оптимальное проектирование систем
спутниковой связи; защищенные системы связи; цифровая обработка сигналов; системы
спутниковой навигации; математическое моделирование основных узлов космических
комплексов дистанционного зондирования Земли.
Kascheev Alexey Anatolievich - a candidate of the technical sciences, chief of the sector,
branch JSC «SRC «Progress» - «ОКВ Spectrum», Ryazan, Gagarina, 59a, 390005,
(4912) 76-86-79,8(953)742-97-86, e-mail: alexei kl@mail.ru.
The Area of scientific interest: modeling and optimum designing of satellite communica-
tions systems; the protected communications systems; digital processing signals; the systems to
satellite navigation; mathematical modeling of the main nodes of the Earth-to-orbit vehicles of
Earth remote sensing.
351

УДК 528.8
ВЫЯВЛЕНИЕ ЗАСУХИ НА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ УГОДЬЯХ
ПО ДАННЫМ КОСМИЧЕСКОЙ СЪЁМКИ
©2015 Е.А. Уварова
АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
В статье рассматриваются методы мониторинга засухи с помощью космической съёмки. Приводятся
результаты проведенных экспериментальных работ.
Ключевые слова: засуха, космический мониторинг, вегетационные индексы
Засуха является одним из самых
опасных природных явлений, периодиче-
ски наблюдающихся на территории Рос-
сийской Федерации (рис. 1). В 2010 году
большую часть европейской территории
России поразила аномальная жара, со-
провождавшаяся сильнейшей засухой.
Продолжительный период аномально
жаркой погоды в России пришелся на по-
следнюю декаду июня - первую половину
августа 2010 года.
Рис. 1
По оценочным данным жара 2010
года вызвала гибель как минимум 10 млн.
га посевных площадей из 48 засеянных
(14 регионов, среди которых была и Са-
марская область), что привело к большо-
му экономическому и экологическому
ущербу [1]. Одним из возможных под-
ходов к решению данной проблемы явля-
ется использование данных дистанцион-
ного зондирования Земли (ДЗЗ).
Космический мониторинг
Засуха относится к числу стихий-
ных явлений, которые практически не-
возможно предотвратить. Однако опера-
тивное выявление территорий, подвер-
женных засухе, может способствовать
своевременному принятию управленче-
ских решений, направленных на сниже-
ние экономических потерь.
Традиционные методы мониторинга
засух используют данные наземных ме-
352

теорологических измерений, таких как
температура воздуха, количество осад-
ков, влажность почв и т.д., что не всегда
бывает эффективным. В настоящее время
для мониторинга засух все чаще стали
применяться системы космического мо-
ниторинга, позволяющие проследить раз-
витие и распространение засухи, оценить
степень угрозы сельскохозяйственным
посевам. Существенным преимуществом
космического мониторинга перед тради-
ционными методами является высокая
периодичность наблюдений на больших
сельскохозяйственных территориях.
Критериями, свидетельствующими
о наступлении засухи, которые можно
обнаружить по космическим данным яв-
ляются:
-	высокие температуры подстилаю-
щей поверхности;
-	ухудшение состояния раститель-
ности в процессе вегетации, вплоть до
полной гибели.
Существует множество методов
определения засушливых территорий по-
средством космического мониторинга.
Большинство из них основано на расчете
индексов, которые вычисляются в ре-
зультате операций с разными каналами в
различных диапазонах электромагнитно-
го спектра излучения.
Как правило, основной объем ин-
формации при проведении мониторинго-
вых наблюдений дают данные в видимом
и ближнем инфракрасном диапазонах
спектра. Использование информации, по-
лученной в узких спектральных диапазо-
нах (гиперспектральных данных) при ре-
шении данной задачи может предоста-
вить дополнительную информацию о со-
стоянии наблюдаемых объектов, разли-
чиях в спектральных свойствах расти-
тельности в нормальном и угнетенном
состоянии.
В данной работе для выявления
сельскохозяйственной засухи использо-
валось два подхода: первый основан на
обнаружении территорий, подверженных
засухе, при помощи температурных дан-
ных подстилающей поверхности, второй
подход - на использовании гиперспек-
тральных данных.
Мониторинг засухи с использованием
температурной карты подстилающей
поверхности
Поскольку засуха характеризуется
повышенными температурами подстила-
ющей поверхности, то одним из важных
параметров при выявлении этого явления
является анализ карты температур под-
стилающей поверхности в течение веге-
тационного сезона.
В данной работе рассмотрен индекс
засухи, который основан на соотношении
нормализованного разностного вегетаци-
онного индекса NDVI и значений темпе-
ратурных показателей подстилающей по-
верхности. Индекс засухи Р> вычисляется
по формуле (1) следующим образом [2]:
р _ Tmin + ^тах	(1)
3 " NDVI
где Tmin - минимальная температура под-
стилающей поверхности наблюдаемой
сцены;
Ттах  максимальная температура под-
стилающей поверхности наблюдаемой
сцены;
NDVI - нормализованный разностный
вегетационный индекс.
В качестве исходных данных для
мониторинга и оценки интенсивности
засухи на территории Самарской области
были использованы космические снимки
среднего разрешения с КА Landsat-5 и
Landsat-8.
Для анализа были выбраны снимки
за 4 июля 2010 года (когда наблюдался
самый пик засухи) и за 1 июля 2013 года
(наблюдались нормальные метеорологи-
ческие условия, и сельскохозяйственные
посевы находились в хорошем состоя-
нии), то есть на критический период для
формирования урожая зерновых культур.
На рис. 2 представлены RGB-
композиты исследуемых территорий.
Значительный ущерб от засухи 2010 года
был обусловлен тем, что её максимум ин-
тенсивности пришелся на начало июля.
353

a)
Рис. 2 RGB-композиты:
а) за 4 июля 2010 года; б) за 1 июля 2013
В качестве одного из параметров
для определения коэффициента засухи
был рассчитан индекс NDVI, который
используется для дешифрирования зелё-
ной, вегетирующей растительности. Дан-
ный индекс основан на отношении значе-
ний яркости в спектральных зонах,
наиболее информативных для характери-
стики растительности - красной и ближ-
ней инфракрасной, по формуле (2):
NDVI = (БИК-К)/(БИК+К) (2)
где К - значение яркости в красной зоне,
БИК - в ближней инфракрасной.
Значения индекса изменяются в
пределах от -1 до +1. Для растительности
характерны положительные значения
NDVI, и чем больше её фитомасса, тем
они выше.
На рис. 4, 5 представлены карты со-
стояния растительности на основе ин-
декса NDVI, где показано распределение
площадей по четырем градациям:
1)	0,75 - 1 - хорошее состояние
растительности;
2)	0,5 - 0,75 - нормальное состоя-
ние растительности;
3)	0,25 - 0,5 - плохое состояние
растительности;
4)	0 - 0,25 - полная гибель расти-
тельности.
Анализируя данные индекса NDVI,
полученные по данным съёмки, в период
засухи 2010 года (рис. 3) видно, что
больше 80% площади сельскохозяй-
ственных угодий находятся в стрессовом
состоянии, и, наоборот, на момент
наблюдения благоприятных метеороло-
гических условий в 2013 году (рис. 4)
наблюдается преобладание растительно-
сти в нормальном состоянии.
354

О «4 ХМ**»
Рис. 3 Состояние растительности в июле 2010 года
Рис. 4 Состояние растительности в июле 2013 года
Датчики КА Landsat-5 и Landsat-8
имеют возможность получать данные о
температуре подстилающей поверхности
и записывают эту информацию в
цифровых значениях (DN) в диапазоне от
0 до 255.
Тепловое ИК-излучение несет со-
вершенно особую информацию, не вос-
принимаемую человеческим зрением.
Собственное тепловое излучение объек-
тов говорит нам о температуре их по-
верхности. Обычно такие изображения
представляются в градациях серого: тем-
ные участки соответствуют более низкой
температуре наблюдаемой поверхности, а
светлые - более высокой (рис. 5).
355

Orertr Елгмке loch
Рис. 5
На рис. 6 и 7 показаны результаты
пересчета тепловых данных в значения
температур, полученных с КА Landsat-5 и
Landsat-8, соответственно.
4 *4 Density Slice
'•4 ОД Mrti	60? 7«*0951t>i •!) ГЗ ге*<пвр<туг« 5 л*м
File Options Help
Data Range Reset
Mr 31 085632 Max 51 4102'8
Defined Density Ske Ranges
31 0856 to 33 9392 .Orange4
33 9892 to 36 892'{Orange 3]
36 8927to39 '962fOrange2
39 "962to 42 69*97 {Orange 1;
42 6997to 45 6032 (Yelow2]
45 6032 to 43 5068 fWvl]
l bfr Range j [ Date RangT] | Gear Ranges j
Window ✓ image Zoom Scrvl
Рис. 6 - Температура поверхности в июле 2010 года
356

<v
<v
S
Q.
ф
0
ф «3 Density Slice
File Options Help
Data Range' R—t ]
Mn 31 849777 Max 47 723679
Рис. 7 Температура поверхности в июле 2013

45-47 °C
43-45 °C
40-434
Defined Denaty Sice Ranges
31 8498to 34 1175 [Orange*)
34 1175 to 36 3852 [Orange 3]
36 3852to38 6529[Orange2)
38 6529 to 4G 9206 [Orange 1]
' Eat Range Tdete Range ( Dear Ranges
Wndow J кваде Toom
Из анализа видно, что температур-
ные показатели июля 2010 года по срав-
нению с июлем 2013 года в среднем за-
вышены на 3°С, что в значительной сте-
пени и повлияло на состояние сельскохо-
зяйственных культур.
Расчёт индекса засухи
В отличие от индекса NDVI и кар-
ты температур подстилающей поверхно-
сти, индекс засухи одновременно учиты-
вает и изменение состояния растительно-
сти, и температурные показатели. Он
прямо пропорционален сумме макси-
мальной и минимальной температуры и
обратно пропорционален индексу NDVI
(см. формулу (1)).
При анализе полученных карт ин-
декса засухи для участка на территории
Самарской области (рис. 8) получились
следующие показатели:	значения
Р3 < 1000 соответствуют нормальному
состоянию растительности, от 1000 до
1700 - ухудшевшей свое состояние рас-
тительности, значения большие 1700 -
погибшей растительности.
357

Рис. 8 а) Карта засухи в июле 2013 года; б) карта засухи в июле 2010 года
По полученным картам засухи
можно сделать вывод: данный индекс
позволяет довольно точно определить
территории, подверженные засухе, оце-
нить степень ее интенсивности (видно,
что на рис.8 б) преобладают значения от
1000 и до 3500, что говорит о присут-
ствии сильной засухи, и, наоборот, на
рис. 8 а) значения колеблются в пределах
от 0 до 505 и соответствуют хорошему
состоянию растительности).
Мониторинг засухи с использованием ги-
перспектральных данных
Ещё одним подходом для определе-
ния засушливых территорий может
послужить расчет индексов содержания
пигментов - каротиноидов и антоциани-
нов.
Индексы этой группы оценивают
пигменты, характерные для растений в
состоянии стресса. Данные пигменты, как
правило, наблюдаются в значительных
количествах у угнетенной растительно-
сти. Индексы этой группы широко при-
меняются в сельском хозяйстве (монито-
ринг состояния полей и оценка урожай-
ности), а также для выявления участков
растительного покрова, находящихся в
стрессовом состоянии, например, постра-
давших от засухи. Часто эти индексы мо-
гут показать стрессовое состояние расти-
тельности ещё до того, как оно будет за-
метно «невооруженным глазом». Для их
расчета используются данные в узких
спектральных зонах (гиперспектральные
данные) электромагнитного спектра из-
лучения.
Также для уточнения фактора, при-
ведшего к стрессовому состоянию, в
нашем случае - засухи, необходимо при-
бегнуть к расчету индекса содержания
влаги в растительном покрове, так как
высокое содержание влаги характерно
для здоровой растительности, которая
быстрее растет и более устойчива к
засухам.
В качестве тестового снимка для
определения засухи был выбран гипер-
спектральный снимок с КА ЕО-1 терри-
тории Самарской области за 7 июля 2010
(рис. 9 а)), как раз, приходящийся на са-
мый пик засухи.
Для исключения ложноположи-
тельных результатов на первом этапе
необходимо замаскировать объекты не-
растительного происхождения. Для обна-
ружения таких объектов был рассчитан
индекс NDVI, который позволяет не
только оценить различные уровни веге-
358

тации растительного покрова, но и вы-
явить отсутствие всякой растительности
(почва, антропогенные объекты и т.д.).
Ниже представлены - карта индекса
NDVI (рис.9 б)) и полученная на его
основе маска нерастительных объектов
(рис.9 в)).
Рис. 9 а) RGB-композит гиперспектрального снимка за 7 июля 2010 года б) Индекс NDVI; в) маска
нерастительных объектов
На втором этапе для подтверждения
информации о засухе необходимо
рассчитать индекс содержания влаги. Для
здоровой растительности он становится
более ярко выраженным и принимает
значения от 1,0 до 1,2. Данный индекс
расститывается по формуле (3):
WI=^	(3)
Р970
где радо - отражательная способность на
длине волны 900 нм, Р970 - отражательная
способность на длине волны 970 нм [3].
На рис. 10 представлен результат
расчета индекса влаги - получившиеся
значения находятся в интервале от 0 до
0,3, что говорит о низком содержании
влаги в растительном покрове и даёт
подозрение на засуху.
Рис. 10 Индекс содержания влаги
На третьем этапе непосредственно
вычисляются индексы содержания
каротиноидов и антоцианинов. Как
отмечалось ранее, важным показателем
состояния угнетённости растительности
является повышение концентрации
содержания каротина и антоциана в
клетках растений. Каротиноиды
участвуют в процессах поглощения света
растительностью и предохраняют её от
359

вредного воздействия чрезмерно высокой
освещённости. В связи с особенностями
растительного метаболизма всплеск этих
пигментов характерен не только для
деградирующей растительности, но и для
активно вегетирующей, поэтому
необходимо проверить полученные
данные с помощью дополнительных
исследований.
Вегетационные индексы каро-
тиноидов первого (CRI1) и второго
(CRI2) типа рассчитываются по
формулам (4) и (5), соответственно [3]:
CRI\=—-------—	(4)
Р510 Р550
ОТ2 = -1—L-
Р510 Р10О	' '
где psi© - отражательная способность на
длине волны 510 нм, Р550 - отражательная
способность на длине волны 550 нм,
Р7оо _ отражательная способность на
длине волны 700 нм.
Значения этих индексов колеблются
в диапазоне от 0 и более 15. Для зелёной,
здоровой растительности индекс
находится в интервале от 1 до 12.
Отличительная особенность
пигментов антоцианов заключается в
том, что они отсутствуют в листьях до
тех пор, пока не начнёт снижаться
уровень хлорофилла. Соответственно они
являются более эффективным
индикатором стрессового состояния
растительности, чем каротин,
присутствующий в клетках растений
постоянно. Индексы, характеризующие
концентрацию антоцианов, позволяют
выявить стрессовое состояние растений
достаточно точно, так как только при
стрессовом состоянии содержание
пигментов может меняться в значи-
тельных пределах.
Вегетационные	индексы
антоцианов первого (ARI1) и второго
(ARI2) определяются выражениями (6) и
(7), соответственно [3]:
AR1\ = ----------------  (6)
Р550 Р700
ARI2 = 800 —------—
,	\ Ps50 Р?00 >
(7)
где р55о - отражательная способность на
длине волны 550 нм, р?оо - отражательная
способность на длине волны 700 нм.
Значения этих индексов колеблются
от 0 и больше 0,2. Для зеленой, здоровой
растительности индекс находится в
интервале от 0,001 до 0,1.
На рис. 11-12 представлены
иллюстрации рассчитанных индексов
содержания	каротиноидов и
антоцианинов.
а) О 15 25 35 50 б) о 10 20 30 40
Рис. 11 Иллюстрация индексов содержания каротиноидов:
а) каротиноиды 1 типа; б) каротиноиды 2 типа
360

а) о 1
Рис. 12 Иллюстрация индексов содержания антоцианинов:
а) антоцианины 1 типа; б) антоцианины 2 типа
Из рисунков 14 и 15 видно, что
полученные значения значительно
превышают нормы для зелёной
растительности, что говорит о наличии
стрессового состояния, в нашем случае
засухи.
Выводы
Рассмотрено два подхода к
выявлению признаков засухи на
сельскохозяйственных угодьях с
помощью космических данных.
Результаты проведенных исследований
позволяют говорить о возможноти
решения задач мониторинга засухи с
использованием мульти- и
гиперспектральных данных.
Библиографический список:
1.	Аномальная жара в России
(2010). URL: http://www.pogodaiklimat.ru.
2.	Щербенко Е.В. Мониторинг засу-
хи по данным космических съемок // Со-
временные проблемы дистанционного
зондирования Земли из Космоса, 2007.
Т.4, №2.-395-407 с.
3.	Вегетационные индексы. Основы,
формулы, практическое использование.
URL:	http://mapexpert.com.ua/index ru.
php?id=20&table=news.
References:
1.	Abnormal heat in Russia (2010).
URL: http://www.pogodaiklimat.ru.
2.	Shcherbenko E.V. Drought moni-
toring using satellite imagery // Modem
problems of Earth remote sensing from
Space, 2007. vol.4, №2, - 395-407 p.
3.	Vegetation indices. Bases, formu-
las, practical use. URL:
http://mapexpert.com.ua/index ru.php?id=2
0&table=news.
DROUGHT DETECTION ON AGRICULTURAL LAND USING
SATELLITE IMAGERY
©2015 E.A. Uvarova
JSC «SRC «Progress», Samara
The papers deals with methods of drought monitoring using satellite imagery. Presents the results of exper-
imental work.
Key words: Drought, satellite monitoring, vegetation indices
361

Информация об авторах:
Уварова Елена Анатольевна, инженер-конструктор 2 категории, АО «РКЦ
«Прогресс», аспирант кафедры ЭПА, СамГТУ, Россия, г. Самара, Земеца 18, т. 8(846)228-
95-29, astra231 l@yandex.ru.
Область научных интересов: дистанционное зондирование Земли, методы обработки
данных дистанционного зондирования Земли.
Uvarova Elena Anatolievna, engineer, JSC «SRC «Progress», post-graduate student of
chair of the electric drive and industrial automatics of Samara State Technical University, Rus-
sia, Samara, Zemetca 18, tel.:8(846)228-95-29, astra231 l@yandex.ru.
Area of research: Earth remote sensing data, methods of remote sensing information
processing.
362

УДК 528.88
ОПЕРАТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ СОСТОЯНИЕМ ДОРОЖНО-ТРАНСПОРТНОЙ
ИНФРАСТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО
ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ
©2015 А.А. Федосеев
АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Приведен подход, при котором обеспечивается оперативное управление состоянием дорожно-
транспортной инфраструктуры на основе данных дистанционного зондирования Земли. Рассмотрено приме-
нение технологии интеллектуального анализа данных Data Mining для обработки информации об объектах
интереса.
Ключевые слова: дистанционное зондирование Земли, дорожно-транспортная инфраструктура,
интеллектуальный анализ, Data Mining
Нормативно-правовая база РФ
предусматривает проведение периодиче-
ского технического учёта, инвентариза-
ции, паспортизации и регулярной диа-
гностики состояния автомобильных до-
рог [2, 5, 6]. Целью указанных мероприя-
тий является получение полной, объек-
тивной и достоверной информации о
транспортно-эксплуатационном состоя-
нии дорог, условиях их работы и степени
соответствия фактических потребитель-
ски свойств, параметров и характеристик
требованиям движения. Стремительное
развитие ГИС-технологий в последние
годы позволило автоматизировать учёт-
ные работы, включая мониторинг состо-
яния дорожно-транспортной инфраструк-
туры. Геоинформационный подход пред-
полагает построение и анализ имитаци-
онной модели дорожно-транспортной
инфраструктуры. Такая модель с опреде-
лённой степенью приближённости опи-
сывает её состояние и функционирова-
ние. Для получения данных о состоянии
и характеристиках автомобильных дорог
сегодня используют специализированные
передвижные наземные лаборатории, в
состав которых входит комплекс аппара-
туры на основе навигационных, оптиче-
ских и лазерных средств измерениях
[3, 4]. Актуальным и перспективным
способом получения исходной информа-
ции для анализа является аэрокосмиче-
ское дистанционное зондирование Земли
(ДЗЗ). Современные системы ДЗЗ позво-
ляют не только получать информацию о
положении объектов интереса в про-
странстве, но также обеспечивают опера-
тивное предоставление данных об их
состоянии, свойствах и специальных
характеристиках.
Для прогнозирования состояния
эксплуатируемых дорог, показателей раз-
вития дорожно-транспортной инфра-
структуры, а также для подготовки
исходных данных с целью своевременно-
го принятия управленческих и инженер-
ных решений в результате проведения
технического учёта, инвентаризации и
паспортизации автомобильных дорог
необходимо выявить скрытые законо-
мерности в большом объеме накоплен-
ных данных о состоянии дорожно-
транспортной инфраструктуры, получае-
мых, в том числе, аэрокосмическими
средствами ДЗЗ. В интеллектуальных
транспортных системах анализ данных,
направленный на выявление скрытых за-
кономерностей, реализуется с помощью
методов интеллектуального анализа дан-
ных - Data Mining [1].
Описан опыт диагностики состоя-
ния дорожно-транспортной инфраструк-
туры Самарской области на основе ин-
теллектуального анализа аэрокосмиче-
ских данных ДЗЗ и семантической ин-
формации об объектах интереса.
363

Библиографический список:
1.	Михеева, Т.И. Data Mining в
геоинформационных технологиях /
Т.И. Михеева // Вестник СГТУ - 2006. -
№41. - С. 96-99.
2.	ОДН 218.0.006-2002 Правила
диагностики и оценки состояния автомо-
бильных дорог. М.: Транспорт, 2002.
3.	Петров, А.В. Инвентаризация,
паспортизация и диагностика автомо-
бильных дорог / А.В. Петров // Дорожная
техника [Электронный ресурс]. - URL:
http://	www.slavutich-media.ru./
download.php?down=catalogtov uploads/
(дата обращения 10.06.2015).
4.	Сарычев, Д.С. Проект дорожной
методики по сбору, хранению и обновле-
нию данных ГИС / Д.С. Сарычев // САПР
и ГИС автомобильных дорог. - 2014. - №
2(3).-С. 103-109.
5.	Типовая инструкция по техниче-
скому учёту и паспортизации автомо-
бильных дорог общего пользования. ВСН
1-83. М.: Транспорт. 1983.
6.	Федеральный закон от 08.11.2007
№257-ФЗ «Об автомобильных дорогах и
дорожной деятельности в Российской
Федерации и о внесении изменений в от-
дельные законодательные акты Россий-
ской Федерации»: принят Гос. Думой
Федер. Собр. Рос. Федерации 18.10.2007:
одобр. Советом Федерации 26.10.2007 //
Собрание законодательства РФ
12.11.2007, №46, ст. 5553.
References:
1.	Mikheeva, T.I. Data Mining in
geoinformation technologies / T.I. Mikheeva
// Samara State Technical University Jour-
nal. - 2006. - No.41. - P. 96-99.
2.	ODN 218.0.006-2002 The rules of
roads diagnostics and evaluation. M.:
Transport, 2002.
3.	Petrov, A.V. Inventory, passporti-
zation and diagnostics of roads I A.V. Petrov
I I Road mechanisms [Electronic resource]. -
URL: http:// www.slavutich-meia.ru./ down-
load.php?down=catalogtov uploads/ (allo-
cution date 10.06.2015).
4.	Sarychev, D.S. Project of getting,
storing and actualization GIS-data road
method I D.S. Sarychev // SAPR & GIS of
roads. - 2014. - No. (3). - P. 103-109.
5.	Standard instruction for public use
roads technical registration and passportiza-
tion. VSN 1-83. M.: Transport. 1983.
6.	Federal law from 08.11.2007
№257-FZ ‘About roads and road work in
Russian Federation and about changes in
discrete Russian Federation legislative acts:
accepted by State Duma Federal Meeting of
Russian Federation 18.10.2007: approved by
Federal Counsel 26.10.2007 11 Legislation
Meeting of Russian Federation 12.11.2007,
No.46, st. 5553.
ROAD-TRANSPORT INFRASTRUCTURE ACTIVE MANAGEMENT BASED ON
EARTH REMOTE SENSING DATA
©2015 A. A. Fedoseev
JSC «SRC «Progress», Samara
Approach for road-transport condition active management based on Earth remote sensing data is described.
Intelligent analysis technology Data Mining for objects of interest information processing is considered.
Key words: Earth remote sensing, road-transport infrastructure, intelligent analysis, Data Mining
Информация об авторах:
Федосеев Александр Андреевич, начальник сектора, АО «РКЦ «Прогресс», 443009,
Россия, г. Самара, ул. Земеца, 18, т. (846) 228-95-29, dl 133@samspace.ru.
Область научных интересов: дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ), методы
обработки данных ДЗЗ, интеллектуальные транспортные системы, ГИС.
Fedoseev Aleksandr Andreevich, head of the sector, JSC «SRC «Progress», 443009,
Russia, Samara, Zemetsa st., 18, tel. (846) 228-95-29, dl 133@samspace.ru.
Area of research: Earth remote sensing (ERS), ERS data processing, intelligent transport
systems, geographic information systems.
364

УДК 528.8
ПРИМЕНЕНИЕ МУЛЬТИ- И ГИПЕРСПЕКТРАЛЬНЫХ ДАННЫХ
ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ДЛЯ МОНИТОРИНГА
РЕК И ВОДОЁМОВ САМАРСКОЙ ОБЛАСТИ
©2015 Ю.Н. Журавель
АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Данные дистанционного зондирования являются современным инструментом оперативного
получения сведений о возможных чрезвычайных ситуациях природного характера. В докладе представле-
ны возможности использования гиперспектральных данных космической системы «Ресурс-П» для оценки
состояния ледового покрова на Волге и озёрах Самарской области, а также для мониторинга
экологического состояния рек и водоёмов.
Ключевые слова: дистанционное зондирование Земли, гиперспектральные данные, мулътиспектраль-
ные данные, индексное изображение
Ежегодный мониторинг процессов
формирования и разрушения ледового
покрова на реках и водоёмах позволяет
решать две взаимосвязанные задачи: про-
гнозирование масштабов возможных па-
водков и оценка динамики изменения
климата. Характеристика ожидаемого
половодья представляет особый интерес
для нашей страны, так как за последние
несколько лет значительная доля ущерба
отраслям экономики и жизне-
деятельности населения от опасных
природных явлений была вызвана
наводнениями, связанными с таянием
снега, весенним половодьем и
дождевыми паводками. Особенно
актуальна эта проблема для долин
крупных рек Сибири и северных районов
Европейской части России. В связи с
этим существует потребность в заблаго-
временных и качественных гидрологиче-
ских прогнозах стоков рек. Для решения
этой проблемы необходимо совершен-
ствовать систему получения и передачи
оперативной информации о запасе воды и
снега в речном бассейне в заинтересо-
ванные ведомства. Помимо наземных из-
мерений и наблюдений, важное значение
здесь имеют данные дистанционного
зондирования Земли, которые позволяют
определять точное местоположение и
протяженность ледяных заторов, выяв-
лять потенциально опасные участки рус-
ла, различные препятствия (острова,
конусы выноса и т.п.). Такая информация
имеет особую ценность для контроля
труднодоступных районов.
Другая важная задача - анализ
тенденций изменения климата по
многолетним наблюдениям даты и
скорости вскрытия ото льда озёр и
водохранилищ, а также оценка их
экологического состояния. Начало ледо-
става и весеннего таяния являются чёт-
кими индикаторами изменения местного
климата. Исследования в этом
направлении на протяжении нескольких
десятилетий проводятся, в частности, на
территории Северо-Запада США и
Канады (от 60° с.ш. / 105° з.д. до 40° с.ш.
/ 85° з.д.).
С 1998 года российскими и
зарубежными исследователями для
мониторинга льда и снежного покрова
используются имеющиеся в свободном
доступе данные спектрорадиометра
MODIS, установленного на КА Terra и
Aqua (NASA) и производящего съёмку в
36 спектральных каналах, в том числе 11
— в видимом диапазоне, 9 - в ближнем
ИК диапазоне (near-infrared range, NIR), 4
- в коротковолновом ИК диапазоне
(shortwave infrared range, SWIR). Такая
информация позволяет отслеживать
состояние русла рек на протяжении 2-3
тысяч километров. Многолетние наблю-
дения показывают, что составляемые по
космическим снимкам прогнозы предпо-
365

лагаемой даты вскрытия ледового покро-
ва имеют высокую корреляцию с прогно-
зами наземных станций, причём снимки
позволяют обнаруживать большие ледя-
ные заторы, особенно в местах впадения
притоков. Однако заторы меньшего раз-
мера обнаружить не удаётся из-за низко-
го пространственного разрешения дан-
ных (500 м), что недостаточно для мо-
ниторинга малых рек и водоёмов, кото-
рые могут полностью или частично те-
ряться на снимках.
Более высоким пространственным
разрешением обладают снимки с КА
Landsat-8 (США), также находящиеся в
свободном доступе на сервисах Геологи-
ческой службы США (USGS). Данный
КА с мультиспектральной аппаратурой
OLI запущен в 2013 году в рамках широ-
ко известной программы Landsat, пред-
назначенной для создания многолетнего
глобального покрытия поверхности Зем-
ли с целью учёта сезонных изменений.
Однако за весь период ледохода удаётся
получить всего 1 - 2 снимка интересую-
щего района, чего явно недостаточно для
отслеживания стремительно меняющейся
обстановки.
В 2015 году после запуска россий-
ского КА «Ресурс-П» № 2 у специалистов
появилась уникальная возможность ис-
пользовать данные двух гиперспектро-
метров космического базирования (ГСА-
РП), обладающих таким же простран-
ственным разрешением, что и аппаратура
OLI. В связи с этим представляет инте-
рес проведение исследования возможно-
сти совместного использования данных
ГСА-РП и OLI в решении задач экологи-
ческого мониторинга, а также оценить
информативность отдельных спектраль-
ных каналов.
Мультиспектральные данные поз-
воляют производить классификацию по-
верхностей путём построения индексных
изображений. В частности, наиболее из-
вестный метод разделения пикселов сне-
га (льда), воды и облаков - расчёт норма-
лизованного разностного индекса снега
NDSI (Normalized Differenced Snow
Index). Гиперспектральная аппаратура
КА «Ресурс-П» фиксирует отражённое от
подстилающей поверхности излучение в
смежных узких спектральных каналах,
поэтому, в отличие от данных Landsat-8,
позволяет производить обнаружение объ-
ектов, имеющих сходные сигнатуры, а
также рассчитывать специализированные
узкополосные индексы.
В докладе представлены результаты
исследований, позволяющих признать
целесообразность использования гипер-
спектральных снимков КА «Ресурс-П»
№1 и №2 при решении задач автомати-
зированного мониторинга рек и водоёмов
Самарской области. Информация может
анализироваться как самостоятельно, так
и совместно с данными других космиче-
ских аппаратов, в частности, КА MODIS
и Landsat-8.
USING MULTI- AND HYPERSPECTRAL REMOTE SENSING DATA
FOR RIVER AND RESERVOIR MONITORING IN SAMARA REGION
©2015 Y.N. Zhuravel
JSC «SRC «Progress», Samara
Remote sensing data is a modem tool for efficient data receiving about potential natural disasters. This re-
port devoted to opportunities of using Resurs-Р space constellation hyperspectral images to evaluate ice condition
at Volga river and Lakes of Samara region and to monitor river and reservoir ecological condition.
Keywords: remote sensing data, hyperspectral data, midtispectral data, index image
366

Информация об авторе:
Журавель Юлия Николаевна, заместитель начальника отдела - начальник сектора,
АО «РКЦ «Прогресс», т. (846)-228-95-29, e-mail: dl 133@samspace.ru.
Область научных интересов: дистанционное зондирование Земли, методы обработки
изображений.
Zhuravel Yuliya Nikolaevna, deputy chief of of department - head of sector, JSC «SRC
«Progress», Samara, Russian Federation, phone (846)-228-95-29, e-mail: dl 133@samspace.ru.
Research interests are in the field remote sensing, digital image processing.
367

УДК 528.8
ПРИМЕНЕНИЕ ДАННЫХ КА РЕСУРС-П И LANDSAT ДЛЯ РЕШЕНИЯ
АКТУАЛЬНЫХ ЗАДАЧ ТЕРРИТОРИАЛЬНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ
©2015 Р.Н. Алехин, А.И. Горшков
АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Описаны методы мониторинга и анализа состояния городской инфраструктуры с использованием
космических снимков высокого и сверхвысокого разрешения.
Ключевые слова: территориальное планирование, городская инфраструктура, вегетационные
индекс
Данные дистанционного зондиро-
вания Земли из космоса (ДЗЗ) широко
используются при решении различных
задач, в том числе, весьма успешно, в
сфере территориального планирования.
Они стали важным источником для ре-
шения практических задач государствен-
ного, регионального и местного управле-
ния, мониторинга природных и техноген-
ных объектов и явлений. Растет число
потребителей, и космические снимки ак-
тивно используются не только в научных
и производственных целях, но и в повсе-
дневной жизни людей.
Территориальное планирование -
это особый вид проектных работ, в рам-
ках которого разрабатываются стратеги-
ческие решения по рациональной про-
странственной организации территории.
Все больше данные ДЗЗ высокого и
сверхвысокого разрешения стали исполь-
зоваться в муниципальном управлении и
градостроительстве в следующих целях:
-	определение точных границ за-
стройки;
-	оценка состояния площадок для
строительства и подъездных путей к ним,
подбор земельных участков для разме-
щения объектов нового строительства;
-	мониторинг транспортной сети го-
рода, включая оценку состояния объектов
дорожно-мостового,	гаражно-
стояночного хозяйства, контроль состоя-
ния покрытий дорог, тротуаров, обочин,
выявление наличия (отсутствия) дорож-
ной разметки;
-	проведение работ по комплексно-
му благоустройству и озеленению терри-
тории;
-	инвентаризация зеленых насажде-
ний, оценка их общей площади, выявле-
ние очагов заболеваний растений, рас-
пределение зеленых насаждений по кате-
гориям состояния, контроль приживаемо-
сти молодых посадок.
Известно, что каждый год границы
крупных населенных пунктов непрерыв-
но расширяются. Одной из базовых задач
территориального планирования является
мониторинг городской инфраструктуры.
С помощью данных ДЗЗ можно отслежи-
вать динамику изменений и проводить
мониторинг городской застройки, окраин
и пригородных зон.
На примере уезда центрального
подчинения Тяньцзинь показаны измене-
ния в городской инфраструктуре. За 5 лет
появились новые районы, была построена
автострада (рис. 1).
Дорожные покрытия являются
неотъемлемой частью современного ми-
ра. По своей структуре на космических
снимках они существенно отличается от
площадей, покрытых вегетирующей рас-
тительностью. Данные ДЗЗ являются ос-
новой для автоматизированного постро-
ения карт дорожных путей и проведения
мониторинга их состояния.
Актуальна и проблема экологии в
городской инфраструктуре. Важную эко-
логическую функцию выполняет расти-
тельность в черте города, в частности де-
ревья, которые очищают воздух и созда-
ют микроклимат. С помощью вегетаци-
368

онных индексов можно проводить мони-
торинг парковых зон, количественно
оценить состояние и структуру расти-
тельного покрова, основываясь на связи
состояния растительности с ее спек-
тральными свойствами.
В настоящее время известно около
160-ти вариантов индексов, главным их
преимуществом является легкость полу-
чения и широкий диапазон решаемых за-
дач. Одним из самых распространенных
инструментов анализа растительности
является индекс NDVI. Он хорошо изу-
чен и прост для вычислений.
Рис. 1. Изменение городской инфраструктуры за 5 лет
Современные высокотехнологич-
ные космические аппараты (КА), в част-
ности, космическая система «Ресурс-П»,
разработанная АО «РКЦ «Прогресс»,
позволяют получать информацию для
решения многих задач территориального
планирования.
В докладе рассмотрены следующие
задачи:
-	мониторинг городского округа с
2009 по 2015 год с выявлением инфра-
структурных и территориальных изме-
нений за данный промежуток времени,
-	построение векторных карт,
-	построение вегетационных индек-
сов.
RESURS-Р AND LANDSAT SPACECRAFTS DATA USING FOR THE
SOLUTION OF ACTUAL PROBLEMS OF TERRITORIAL PLANNING
©2015 Alekhin R.N, Gorshkov A.I.
JSC «SRC Progress», Samara
Methods of urban infrastructure monitoring and analysis via high /very high resolution space images are de-
scribed.
Keywords: territorial planning, urban infrastructure, vegetation indices
Информация об авторах:
Алехин Роман Николаевич, инженер-конструктор 3 категории, АО «РКЦ
«Прогресс», 443052, Россия, г. Самара, Земеца 18, т. 228-95-29, e-mail: dl 133@samspace.ru.
Область научных интересов: дистанционное зондирование Земли, методы обработки
изображений.
Горшков Антон Игоревич, инженер-конструктор 3 категории, АО «РКЦ
«Прогресс», 443052, Россия, г. Самара, Земеца 18, т. 228-95-29, e-mail: dl 133@samspace.ru..
Область научных интересов: дистанционное зондирование Земли, методы обработки
изображений.
369

Alekhin Roman Nikolaevich, Design Engineer, JSC «SRC «Progress», 443052, Russia,
Samara, Zemetsa 18, tel. 228-95-29, e-mail: dl 133@samspace.ru.
Research interests are in the field remote sensing, digital image processing.
Gorshkov Anton Igorevich, Design Engineer, JSC «SRC «Progress», 443052, Russia,
Samara, Zemetsa 18, tel. 228-95-29, e-mail: dl 133@samspace.ru.
Research interests are in the field remote sensing, digital image processing.
370

IV Всероссийская научно-техническая конференция
«Актуальные проблемы ракетно-космической техники»
(IV Козловские чтения)
Секция 3: Системы управления, космическая
навигация и связь
371

УДК 629.78
ВЫСОКОТОЧНОЕ НАВИГАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
НИЗКООРБИТАЛЬНЫХ КА ПО ДАННЫМ АППАРАТУРЫ СПУТНИКОВОЙ
НАВИГАЦИИ ГЛОНАСС
©2015 В.В. Пасынков
ОАО «НПК «Системы прецизионного приборостроения», г. Юбилейный
Рассматриваются вопросы высокоточного определения параметров движения КА по данным аппара-
туры спутниковой навигации, функционирующей по сигналам ГЛОНАСС. В статье проводится анализ су-
ществующей технологии высокоточной навигации и проблем ее реализации, приводятся результаты высо-
коточного определения параметров движения КА по данным существующих образцов навигационной аппа-
ратуры.
Ключевые слова: ГЛОНАСС, высокоточное навигационное обеспечение, определение параметров ор-
биты, аппаратура спутниковой навигации
Развитие системы ГЛОНАСС [1]
открыло широкие возможности внедре-
ния спутниковых навигационных техно-
логий, в том числе в интересах решения
ряда задач высокоточной навигации для
разнородных классов целевых потреби-
телей. Одним из таких потребителей яв-
ляются низкоорбитальные КА, к точно-
сти определения параметров движения
которых предъявляются все более жест-
кие требования.
Существующие методы и подходы
к решению задач высокоточного опреде-
ления параметров движения КА-
потребителей по данным бортовой аппа-
ратуры спутниковой навигации доста-
точно хорошо изучены и широко пред-
ставлены в специальной литературе.
Для получения требуемого резуль-
тата технология прецизионной навигации
КА должна включать ряд составляющих.
Во-первых, это использование из-
мерительной информации двух-
частотной откалиброванной навига-
ционной аппаратуры, отвечающей ряду
весьма жестких требований. В частности,
должна обеспечиваться непрерывность
наблюдения за фазой несущей навигаци-
онных сигналов на достаточно длитель-
ных интервала времени.
Во-вторых, для парирования по-
грешности за счет космического сегмента
навигационных систем необходимо по-
лучать и обрабатывать прецизионные
эфемериды и частотно-временные по-
правки, формируемые на основе специ-
альных методов и технологий.
В-третьих, требуется знание харак-
теристик навигационной аппара-туры,
включая выносы антенны и их вариации,
данных по фактической ориентации КА.
Проведенная экспериментальная
отработка методов высокоточной навига-
ции орбитальных потребителей на при-
мере данных КА «Ресурс-П» показала
принципиальную возможность достиже-
ния сантиметрового уровня точности ор-
битального позициониро-вания.
В статье представлены пути даль-
нейшего совершенствования методов и
технологий решения задач определения
параметров движения орбитальных по-
требителей, перспективы их прак-
тической реализации. Рассмотрены от-
крывающиеся возможности решения
иных прикладных задач прецизионной
навигации в интересах повышения эф-
фективности применения космических
средств.
Библиографический список:
1. Федеральная целевая программа
«Поддержание, развитие и использование
системы ГЛОНАСС на 2012-2020 годы»
(утверждена постановлением Прави-
тельства Российской Федерации от 3
марта 2012 г. № 189). - 2012.
References:
1. Federal program «Maintenance, de-
velopment and using of GLONASS system
372

2012-2020» (Approved by Russian Federa-
tion government resolution 03/03/2012 №
189).-2012.
HIGH ACCURACY NAVIGATION SERVICE OF LOW EARTH ORBIT SATELLITES
BY GLONASS NAVIGATION EQUIPMENT
©2015 V.V. Pasynkov
PLC «Scientific Production Corporation «Sistemi precisionnogo priborostroeniya»,
Ubileinii city
Questions about high accuracy determination spacecraft’s motion by satellite navigation equipment data are
considered, that operates under GLONASS signals. The article contains the analysis of existed technology of high
accuracy navigation, its realisation problems. Results of precision spacecraft’s motion determination according to
navigation equipment samples also are contains there.
Key words: GLONASS, high accuracy navigation service, orbit determination, satellite navigation equipment
Информация об авторах:
Пасынков Владимир Викторович, д.т.н., старший научный сотрудник, заместитель
генерального директора, заместитель генерального конструктора, ОАО «НПК «СПП»,
111024, Россия, г. Москва, Авиамоторная 53, т. (495)707-13-48, pasynkov vv@mail.ru.
Область научных интересов: навигационные и геодезические космические комплек-
сы.
Pasynkov Vladimir Viktorovich, doctor of technical sciences, senior researcher, Deputy
General Director, Deputy General Designer, PLC «SPC «SPP», 111024, Russia, Moscow,
Aviamotornaya 53, (495)707-13-48, pasynkov vv@mail.ru.
Area of research: navigation and geodetic space systems.
373

УДК 531.383.001.4
ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ГИРОСКОП СО СПЛОШНЫМ РОТОРОМ
В СИСТЕМЕ ОРИЕНТАЦИИ ОРБИТАЛЬНЫХ КА
©2015 Б.Е. Ландау, А.А. Белаш
АО "Концерн " ЦНИИ «Электроприбор", г. Санкт-Петербург
Рассматриваются результаты разработки электростатического гироскопа (ЭСГ), а также отработка
системы ориентации на основе ЭСГ в составе системы управления движением КА «Ресурс-ДК».
Ключевые слова: орбитальный космический аппарат, ориентация, электростатический гироскоп,
модель дрейфа, калибровка, привязка баз
Представлены результаты разра-
ботки электростатического гироскопа
(ЭСГ) со сплошным ротором, системы
определения ориентации на его основе
(БИС-ЭГ) и её эксплуатации с 2004 г. в
системах управления движением (СУД)
ряда орбитальных космических аппара-
тов, в том числе в КА «Ресурс-ДК». По-
казаны преимущества использования вы-
сокоточных позиционных гироскопов в
СУД КА при решении задач дистанцион-
ного зондирования Земли. Последова-
тельная отработка режимов эксплуатации
БИСО решила следующие задачи:
-	обеспечение взаимная привязка
измерительных осей гироскопов и астро-
корректоров в условиях орбитального
полета;
-	определение коэффициентов мо-
дели дрейфа гироскопов (калибровка) и
алгоритмическая компенсация их систе-
матического ухода;
-	снижение влияния шумов измере-
ний, накопленных между астрокоррекци-
ями, на оценку погрешностей определе-
ния ориентации КА;
-	обеспечение стабильности дрей-
фов гироскопов от запуска к запуску для
исключения повторных операций калиб-
ровки при повторных включениях БИС-
ЭГ;
-	исключение участия наземного
комплекса управления при процедурах
взаимной привязки измерительных осей и
алгоритмической коррекции параметров
модели дрейфа ЭСГ.
Эти результаты показали возмож-
ность снижения уровня накапливаемой
системой БИС-ЭГ погрешности опреде-
ления ориентации КА до величины менее
10'3 °/час и сделать новые шаги дальней-
шего повышения точности, в том числе за
счет модернизации гироскопа.
Библиографический список:
1.	Ландау Б.Е., Левин С.Л., Емель-
янцев Г.И., Романенко С.Г. - Уточнение
модели дрейфа бескарданной инерциаль-
ной системы определения ориентации на
электростатических гироскопах в услови-
ях орбитального полёта: методы калиб-
ровки в наземных условиях и на борту
орбитального КА//Гироскопия и навига-
ция, №1(68), Санкт-Петербург, 2010,
стр. 134-141.
2.	Буравлев А.П., Ландау Б.Е.,
Левин С.Л., Романенко С.Г. Модель
дрейфа бескарданного электростати-
ческого гироскопа и идентификация ее
параметров (на русском и английском
языках). Журнал «Актуальные проблемы
авиационных и аэрокосмических систем:
процессы, модели, эксперимент», 2002,
№ 1 (13).
3.	Ландау Б.Е., Левин С.Л., Гуревич
С.С., Емельянцев Г.И., Завгородний В.И.,
Романенко С.Г., Одинцов Б.В.- Материа-
лы XIX Санкт - Петербургской междуна-
родной конференции по интегрированны
навигационным системам, 2012	г.,
стр. 124-134.
4.	Егоров А.В., Ландау Б.Е., Левин
С.Л.,. Романенко С.Г - Движение ротора
бескарданного электростатического ги-
роскопа в условиях орбитального полёта
космического аппарата. //Гироскопия
374

и навигация, №4(75), Санкт-Петербург,
2011, с.63-75.
References:
1.	Landau В.Ye., Emeliantsev G.L,
Levin S.L., Romanenko S.G. “Refining the
Drift Model of a Gimballess Inertial Attitude
Control System Based on Electrostatic Gy-
ros: Methods of Calibration on a
Ground_Based Test Bench and on Board an
Orbiting Space Vehicle// Gyroscopy and
Navigation №1,2010, pp. 134-141.
2.	G. I. Emel’yantsev, S.L. Levin, S.S.
Gurevich, and S. G. Romanenko «Integrated
Attitude Reference and Navigation System
for Orbital Spacecraft» // // Gyroscopy and
Navigation №1, 2011, № 1, pp.17-26)
3.	Landau B.Ye., Levin S.L., Roma-
nenko S.G.// Results of the Development of
an ESG for Strapdown Inertial Attitude Ref-
erence Systems of Orbital Spacecrafts |//
The Symposium Gyro Technology, Karls-
ruhe, Germany, 2010.
4.	Landau B.Ye., Yemelyantsev G.L,
Odintsov B.V. Electrostatic Gyroscopes in
Attitude Reference Systems for Orbital
Spacecrafts. The Results of Flight Tests //
China International Conference on Inertial
Technology and Navigation, Nanjing, 2010.
AN ELECTROSTATIC GYROSCOPE WITH A SOLID ROTOR
IN AN ATTITUDE REFERENCE SYSTEM OF SPACECRAFT FOR ORBITAL
FILGHTS
©2015 B.E. Landau, A.A. Belash
Concern CSRI Elektropribor, JSC, St. Petersburg
Results of design of an electrostatic gyroscope are considered in this paper. It is also considered Resting of
orientation system based on electrostatic gyroscope composed with «Resurs-DK» spacecraft motion control system.
Key words: remote sensing satellite, orientation, electrostatic gyroscope, drift model, calibration, geometric
references
Информация об авторах:
Ландау Борис Ефимович, д.т.н., главный конструктор, «Концерн «ЦНИИ
«Электроприбор», филиал №1,188300, г. Гатчина, Ленинградской обл., промзона 1.
Тел., факс 81371-21984. E-mail: landau be@eprib.ru., http://www.elektropribor.spb.ru.
Область научных интересов: гироскопические чувствительные элементы, модели по-
грешностей, методы и средства испытаний.
Белаш Андрей Анатольевич, зам. начальника отдела, начальник сектора, «Концерн
«ЦНИИ «Электроприбор», 197046, Санкт-Петербург, ул. Малая Посадская, 30. Тел.
812-2325915. Факс (812)-2323376. E-mail: office@eprib.ru., http://www.elektropribor.spb.ru.,
e-mail (home): beland@gtn.ru.
Область научных интересов: алгоритмы и ПМО обработки информации испытаний
инерциальных ЧЭ и систем на их основе
Landau Boris Ephimovich, doctor of technical sciences, chief disigner, Concern CSRI
Elektropribor, JSC, 188350, Leningradskaya oblast., Gatchina, Krupskaya str., 8,	2,
t. (8-81371) 21984, (8-81371) 31244, 8-921-747-69-18 , e-mail: borlandl83@gmail.com,
landau be@elprib.ru, borlan@ep.ru.
Area of research: spacecraft orientation system.
Belash Andrey Anatolievich, head of sector, chief disigner, Concern CSRI Elektropribor,
JSC, 188350, Leningradskaya oblast., Gatchina, Volodarskogo str., 1, 46, t. +7-905-273-29-76,
e-mail: belandl83@gtn.ru.
Area of research: spacecraft orientation system.
375

УДК 621.398.1:004.62
ОБ ОДНОМ АЛГОРИТМИЧЕСКОМ СПОСОБЕ ВЫЯВЛЕНИЯ
ИНВЕРТИРОВАНИЯ СЛОВ ДАННЫХ СИСТЕМЫ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКИХ
ИЗМЕРЕНИЙ «ОРБИТA-IVMO»
©2015 С.Ю. Перепелкина, А.В. Франк
Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение автоматики
имени академика Н.А. Семихатова", г. Екатеринбург
Выработан критерий поиска инвертированных в процессе приема-передачи слов данных системы те-
леметрических измерений "Орбита-IVMO" на основе слов с известной кодировкой либо с одинаковыми зна-
чениями весовых коэффициентов достоверности при несовпадающих численных значениях. Предложен ал-
горитмический способ выявления и парирования инвертирования слов путем анализа соответствующих ин-
формационных посылок. Действенность предложенного алгоритма подтверждена на большом объеме теле-
метрических данных, зарегистрированных в процессе летных испытаний объекта ракетно-космической тех-
ники.
Ключевые слова: достоверность, инвертирование, программное обеспечение, система телеметриче-
ских измерений, фазовая манипуляция, цифровая телеметрическая информация
Особенностью процесса приема-
передачи информации системы телемет-
рических измерений (СТИ) "Орбита-
IVMO" разработки ОАО "ОКБ МЭИ",
эксплуатируемой в составе ряда объектов
ракетно-космической техники, является
использование фазовой манипуляции не-
сущей частоты [1]. В условиях "слабого"
сигнала указанный способ приема-
передачи может привести к инвертирова-
нию двоичного кода слов данных, реги-
стрируемых наземными малогабаритны-
ми приемно-регистрирующими стан-
циями (МПРС). Ситуация осложняется
отсутствием специальных признаков в
приемо-передающей аппаратуре, предна-
значенных для автоматического исправ-
ления или хотя бы выявления искажений
подобного рода.
В рамках одной из тем ОАО "НПО
автоматики имени академика Н.А. Семи-
хатова" (НПОА) разработано и успешно
эксплуатируется специали-зированное
программное обеспечение послеполетно-
го формирования сводного (единого) по-
тока информации, содержащего макси-
мально полную и достоверную цифровую
телеметри-ческую информацию (ЦТМИ).
Полнота и достоверность ЦТМИ обеспе-
чиваются за счет использования принци-
па избыточности, заложенного на всех
стадиях приема-передачи ЦТМИ в про-
цессе полета. Выборка результи-рующей
кодировки каждого слова из нескольких
возможных осуществляется на основе
расчета так называемых весовых коэф-
фициентов достоверности [2].
Кроме всего прочего указанное про-
граммное обеспечение формирует боль-
шой объем статистической информации,
что позволило, в том числе, провести
полноценный вторичный анализ искаже-
ний слов данных, связанных с инверти-
рованием. Первоначально поиск таких
искажений проводился среди слов с зара-
нее известной кодировкой. Позже он был
расширен за счет включения в рассмот-
рение заведомо несовпадающих кодиро-
вок для одного и того же слова, получен-
ных из разных источников и характери-
зующихся одинаковыми значениями
сформированных весовых коэффициен-
тов достоверности (так называемое неод-
нозначное восста-новление слова). Ис-
следования, прове-денные по 20-ти пус-
кам рассматриваемой темы, показали, что
инвертированные слова присутствуют в
телеметрии каждого из пусков, при этом
их местоположение и количество носят
случайный характер как внутри одного
пуска, так и от пуска к пуску.
Для парирования данного эффекта в
НПОА разработан алгоритм, основанный
на анализе содержимого информа-
376

ционных посылок СТИ "Орбита-IVMO",
которые состоят из байта измерений (8
бит) и служебной информации (4 бита),
содержащей в том числе признак четно-
сти и признак условного адреса канала
передачи. В случае фиксации одновре-
менного несоответствия признака четно-
сти байту измерений, с одной стороны, и
признака условного адреса канала пере-
дачи ожидаемому, с другой, содержимое
принятого байта измерений считается
инвертированным и подлежит восстанов-
лению (принудительному повторному
инвертированию).
Предложенный алгоритм встроен в
специализированное программное обес-
печение послеполетного формиро-вания
единого потока информации, что позво-
лило повысить достоверность ЦТМИ за
счет снижения количества слов с неодно-
значным восстановлением. Действен-
ность алгоритма подтверждена посред-
ством вторичной обработки ЦТМИ и
анализа физических значений парамет-
ров.
В дальнейшем наработки по выяв-
лению и парированию искажений подоб-
ного рода планируется использо-вать при
обработке ЦТМИ перспективных объек-
тов ракетно-космической техники, осна-
щаемых СТИ «Орбита-IVMO».
Библиографический список:
1. Современная телеметрия в теории
и на практике [Текст] : учебный курс /
под ред. Г.И. Козырева. - СПб. : Наука и
Техника, 2007. - 672 с.: ил.
2. Перепелкина С.Ю. К вопросу о
восстановлении цифровой телеметриче-
ской информации в условиях избыточно-
сти и особенностей телеметрического
кадра [Текст] / С.Ю. Перепелкина, А.В.
Франк/ III Всероссийская научно-тех-
ническая конференция. Актуальные про-
блемы ракетно-космической техники (III
Козловские чтения). - Самара : ФГУП
"ГНПРКЦ "ЦСКБ-Прогресс", 2013. - С.
298 - 299.
References:
1. Modern telemetry in theory and in
practice [Text]: tutorial/edited by
G.I. Kozyrev. - SPb. Nauka i tekhnika,
2007. - 672 p.: П1.
2. Perepelkina, S.Y. On the Issue of
Digital Telemetry Information Recovery un-
der Conditions of Redundancy and Teleme-
try Frame Specificity [Text] / S.Y. Perepel-
kina, A.V. Frank / III All-Russia scientific
and technical conference. Actual problems
of space-rocket technology (III Kozlowski
reading). - Samara: FGUP GNPRKTs
«TsSKB-Progress», 2013. - 298 - 299 pp.
AN ALGORITHMIC METHOD FOR DETECTING INVERSION OF DATA WORDS
OF TELEMETRY MEASUREMENT SYSTEM “ORBITA-IVMO”
©2015 S.Y. Perepelkina, A.V. Frank
«Scientific & Production Association of Automatics
named after the academician N.A. Semikhatov», JCS, Yekaterinburg
The search criterion of inverted data words of telemetry measurement system “Orbita-IVMO” in the course
of transceiving is developed on the basis of words with known code or equal weighting coefficient values of validity
under the disparate numerical values. An algorithmic method for detecting and countering the inversion of words by
analyzing the respective information packages is offered. The effectiveness of the proposed algorithm is confirmed
by a large amount of telemetry data recorded during the flight tests of the space and rocket unit.
Key words: validity, inversion, software, telemetry system, telemetry measurement system, digital telemetry
data
377

Информация об авторах:
Перепелкина Светлана Юрьевна, главный специалист тематического подразделе-
ния, ОАО «Научно-производственное объединение автоматики имени академика
Н.А. Семихатова», 620075, Россия, г. Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка, 145,
(343) 355-95-49, avt@npoa.ru.
Область научных интересов: измерительные средства и системы управления.
Франк Александр Викторович, ведущий инженер-конструктор, ОАО «Научно-
производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова», 620075,
Россия, г. Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка, 145, (343) 355-95-49, avt@npoa.ru.
Область научных интересов: системы управления, программирование систем реаль-
ного времени.
Perepelkina Svetlana Yurievna - a senior specialist of the thematic subdivision of
“Scientific & Production Association of Automatics named after the academician N. A. Semikha-
tov”, JCS (Yekaterinburg), e-mail: avt@npoa.ru.
Field of research: measuring devices and control systems.
Frank Aleksandr Viktorovich - a senior design engineer of “Scientific & Production
Association of Automatics named after the academician N.A. Semikhatov”, JCS (Yekaterin-
burg), e-mail: avt@npoa.ru.
Field of research: control systems and real-time system programming.
378

УДК 629.7.054: 53.089.6
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ХАРАКТЕРИСТИК ИЗМЕРИТЕЛЯ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ
ПОСРЕДСТВОМ ФИЛЬТРА КАЛМАНА И ВАРИАЦИИ АЛЛАНА
©2015 Д.А. Кутовой, О.И. Маслова, С.Ю. Перепелкина, Ю.С. Тиунов, А.А. Федотов
ОАО "Научно-производственное объединение автоматики
имени академика Н.А. Семихатова", г. Екатеринбург
Предложена методика оценки точностных характеристик и шумовых составляющих по выходной
информации инерциального измерителя угловой скорости. Методика основана на использовании дискретно-
го фильтра Калмана и метода вариации Аллана. Оцениваемыми характеристиками являются погрешности
масштабного коэффициента и смещение «нуля», а также ряд шумовых составляющих.
Ключевые слова: вариация Аллана, инерциальный измеритель угловой скорости, стенд качания,
фильтр Калмана
Предлагаемая методика предназна-
чена, в первую очередь, для оценки харак-
теристик инерциальных измерителей уг-
ловой скорости среднего и низкого клас-
сов точности. К таким измерителям отно-
сятся микромеханические гироскопы и
ряд волоконно-оптических гироскопов.
Оцениваемыми характеристиками явля-
ются: погрешности масштабного коэффи-
циента и смещения «нуля», а также ряд
шумовых составляющих измерительного
канала - случайное блуждание и линей-
ный тренд измерительного сигнала, не-
стабильность смещения «нуля», шум
квантования по времени и по уровню.
Для инерциальных измерителей
угловой скорости высокого класса точно-
сти оценки погрешностей масштабного
коэффициента и смещения "нуля" обычно
базируются на обработке показаний, по-
лученных при выставке измерительных
осей чувствительных элементов в различ-
ные характерные положения относительно
вектора угловой скорости вращения Зем-
ли. Такие методы калибровки не являются
эффективными для измерителей среднего
и низкого классов точности, поскольку в
стационарных условиях неподвижного
основания они, как правило, просто не
«чувствуют» скорость вращения Земли.
В связи с этим оценка погрешно-
стей масштабного коэффициента и сме-
щения «нуля» средне- и низкоточных из-
мерителей угловой скорости основана на
данных, полученных в условиях подвиж-
ного основания, реализуемого посред-
ством одноосного стенда качания цифро-
вого моделирующего комплекса предпри-
ятия. Параметры изменения угла заклона
стенда задаются программно в виде си-
нусно-косинусных гармонических коле-
баний с заданными периодом и амплиту-
дой. В качестве эталонной информации
выступают фактические значения угла за-
клона стенда качания, регистрируемые
высокоточным синусно-косинусным дат-
чиком угла (СКДУ), установленным непо-
средственно на оси качания [1].
Определение погрешностей мас-
штабного коэффициента и смещения «ну-
ля» реализовано путем сравнения оценок,
полученных путем обработки дискретным
фильтром Калмана измерительной ин-
формации исследуемого прибора, с анало-
гичными оценками информации СКДУ. В
качестве оценок фильтра Калмана высту-
пают: амплитуда колебаний измеренного
угла, смещение «нуля» измеряемой угло-
вой скорости и временной дрейф смеще-
ния «нуля».
Оценка шумовых составляющих с
использованием метода вариации Аллана
строится на обработке показаний, зареги-
стрированных в течение длительного вре-
мени (-1..3 ч и более) в условиях стацио-
нарного положения измерителя, и предпо-
лагает построение о-графика кривой ва-
риации Аллана [2] .
379

Метод вариации Аллана позволяет
оценить сверху следующие шумовые со-
ставляющие измерительного канала: слу-
чайное блуждание и линейный тренд из-
мерительного сигнала, нестабильность
смещения «нуля» в запуске, шум кванто-
вания по времени и по уровню. Их харак-
теристики определяются путем построе-
ния полиномиальной оценки сверху для а-
графика кривой вариации Аллана. Пред-
ложен способ вычисления коэффициентов
аппроксимирующего полинома и приве-
дены численные оценки соответствующих
методических погрешностей [3].
Описанная методика реализована
посредством специализированного про-
граммного обеспечения собственной раз-
работки предприятия и успешно апроби-
рована на образцах прибора
ADIS 16400/ADIS 16405, основанного на
MEMS-технологиях, разработки Analog
Devices (США) и одноосного волоконного
датчика вращения ВГ910-МК470 разра-
ботки ЗАО "Физоптика", г. Арзамас.
Библиографический список:
1.	Маслова О.И. Оценка погрешно-
стей измерителя угловой скорости по ре-
зультатам испытаний на стенде качания /
О.И. Маслова, Ю.С. Тиунов И Ра-
кетно-космическая техника: сборник тези-
сов VII научно-технической конференции
молодых специалистов. Сер. XI. Системы
управления ракетных комплексов. - Ека-
теринбург : ОАО «НПО автоматики им.
академика Н.А. Семихатова», 2015. - С.
116-117.
2.	IEEE Std 1554-2005 IEEE Rec-
ommended Practice for Inertial Sensor Test
Equip-ment, Instrumentation, Data Acquisi-
tion, and Analysis.
3.	Кутовой В.М. Использование ва-
риации Аллана для практического опре-
деления структуры шумов чувстви-
тельных элементов бесплатформенной
инерциальной навигационной системы /
В.М. Кутовой, Д.А. Кутовой, О.И. Масло-
ва [и др.] // XXII Санкт-Петербургская
конференция по интегри-рованным нави-
гационным системам. Сборник материа-
лов. - 2015. - С. 229-233.
References:
1.	Maslova O.I. Assessment of Errors of
Angular Velocity Meter for Test Results on
Oscillate Test-bench I O.I. Maslov, Y.S.
Tiunov // Rocket and Space Technology:
Collection of abstracts of VII scientific and
technical conference of young specialists.
Ser. XI. Control guided missile systems. -
Yekaterinburg: NPO avtomatiki imeni akad-
emika N.A. Semikhatova, 2015. - 116 - 117
pp.
2.	IEEE Std 1554-2005 IEEE Recom-
mended Practice for Inertial Sensor Test
Equipment, Instrumentation, Data Acquisi-
tion, and Analysis.
3.	Kutovoy V.M. Use of Allan Variance
for Practical Determination of Noise Struc-
ture of Strapdown Inertial Navigation System
Sensitive Elements / VM Kutovoy, DA
Kutovoy, OI Maslov [et al.] // XXII St. Pe-
tersburg Conference on Integrated Naviga-
tion Systems. Sourcebook. - 2015. - 229 -
233 pp.
ESTIMATION PROCEDURE OF CHARACTERISTICS OF ANGULAR VELOCITY
METER WITH KALMAN FILTER AND ALLAN VARIANCE
©2015 D.A. Kutovoy, O.I. Maslova, S.Y. Perepelkina, Y.S. Tiunov, A.A. Fedotov
JCS “Scientific & Production Association of Automatics named
after the academician N.A. Semikhatov”, Yekaterinburg
The estimation procedure of the accuracy characteristics and noise components of the output data of the in-
ertial angular velocity meter is offered. The procedure is based on the use of the discrete Kalman filter and the Allan
variance method. The estimated characteristics are scale factor errors and zero offset and a number of noise compo-
nents.
Keywords: Allan variance, inertial angular velocity meter, oscillate test-bench, Kalman filter
380

Информация об авторах:
Кутовой Денис Алексеевич, инженер-конструктор, ОАО «Научно-
производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова», 620075,
Россия, г. Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка, 145, (343) 355-95-49,
kutovoidenis@mail.ru.
Область научных интересов: измерительные средства и системы управления.
Маслова Ольга Ивановна, ведущий инженер - программист, ОАО «Научно-
производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова», 620075,
Россия, г. Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка, 145, (343) 350-90-18, avt@npoa.ru.
Область научных интересов: задачи инерциальной навигации, тарировка инерциаль-
ных измерителей.
Перепелкина Светлана Юрьевна, главный специалист тематического подразделе-
ния, ОАО «Научно-производственное объединение автоматики имени академика
Н.А. Семихатова», 620075, Россия, г. Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка, 145,
(343) 355-95-49, avt@npoa.ru.
Область научных интересов: измерительные средства и системы управления.
Тиунов Юрий Сергеевич, инженер-конструктор, ОАО «Научно-производственное
объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова», 620075, Россия,
г. Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка, 145, (343) 350-90-18, avt@npoa.ru.
Область научных интересов: задачи инерциальной навигации, тарировка инерциаль-
ных измерителей.
Федотов Андрей Анатольевич, к.ф.-м.н., ведущий инженер-конструктор,
ОАО «Научно-производственное объединение автоматики имени академика
Н.А. Семихатова», 620075, Россия, г. Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка, 145,
(343) 355-95-49, avt@npoa.ru.
Kutovoy Denis Alekseevich - a design engineer of «Scientific & Production Association
of Automatics named after the academician N.A. Semikhatov», JCS, 620075, Russia, Yekaterin-
burg, Mamina-Sibiryaka, 145, tel.: (343) 355-95-49, e-mail: kutovoidenis@mail.ru.
Field of research: measuring devices and control systems.
Maslova Olga Ivanovna - a senior part-programming engineer of «Scientific & Produc-
tion Association of Automatics named after the academician N.A. Semikhatov», JCS, 620075,
Russia, Yekaterinburg, Mamina-Sibiryaka, 145, tel.: (343) 350-90-18, e-mail: avt@npoa.ru.
Field of research: the problem of inertial navigation, inertial measuring instruments cali-
bration.
Perepelkina Svetlana Yurievna - a senior specialist of the thematic subdivision of “Sci-
entific & Production Association of Automatics named after the academician N.A. Semikhatov”,
JCS (Yekaterinburg), e-mail: avt@npoa.ru.
Field of research: measuring devices and control systems.
Tiunov Yuriy Sergeevich - a design engineer of «Scientific & Production Association of
Automatics named after the academician N.A. Semikhatov», JCS, 620075, Russia, Yekaterin-
burg, Mamina-Sibiryaka, 145, (343) 350-90-18, e-mail: avt@npoa.ru.
Field of research: the problem of inertial navigation, inertial measuring instruments cali-
bration.
Fedotov Andrey Anatolievich - a candidate of Physical and Mathematical Sciences,
Chief Design Engineer of «Scientific & Production Association of Automatics named after the
academician N.A. Semikhatov», JCS, 620075, Russia, Yekaterinburg, Mamina-Sibiryaka, 145,
tel.: (343) 355-95-49, e-mail: avt@npoa.ru.
381

УДК 629.7.054:621.398
ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
НА ПЕРСПЕКТИВНЫХ PH
©2015 П.В. Абрамов, Н.И. Верховых, П.Л. Селезнев
ОАО "Научно-производственное объединение автоматики
имени академика Н.А. Семихатова", г. Екатеринбург
Описывается порядок формирования кадра бортовой цифровой вычислительной системы (БЦВС) и
кадра цифровой телеметрической информации (ЦТМИ)) для PH. Рассматриваются используемые в настоя-
щее время способы повышения информативности телеметрической информации (ТМИ).
Ключевые слова: кадр БЦВС, кадр ЦТМИ, телеметрическая информация
Использование в современных си-
стемах управления (СУ) объектов ракет-
но-космической техники принци-пиально
новых приборов и систем, требующих
решения и телеконтроля задач первичной
обработки, ведет к значительному увели-
чению объема информации кадра ЦТМИ
по сравнению с предыдущими разработ-
ками. В настоящей статье рассматривает-
ся принципы формирования ТМИ с уче-
том необходимости комплексной отра-
ботки СУ на земле, оптимального переч-
ня телеметрируемых параметров, резер-
ви-рования информации и ограничений,
связанных с производительностью БЦВС
и пропускной способностью канала си-
стемы телеизмерений (СТИ).
Формирование кадра БЦВС для СУ
PH осуществляется в виде массива дан-
ных, имеющего постоянный объем, опре-
деляемый, в основном, пропускной спо-
собностью используемой СТИ, и пере-
менную структуру, характери-зующуюся
в т.ч. текущим номером циклограммы
работы, значениями счетчиков длиннопе-
риодических задач и пр., на основе пред-
варительно согласо-ванного перечня рас-
четных телеметрируемых параметров.
Кадр ЦТМИ перспективных PH фор-
мируется в цифровой вычислительной си-
стеме (ЦВС) нового поколения - "Малахит-7"
разработки НПОА на базе кадра БЦВС, до-
полняется в устройстве специали-зированном
вычислительном телеметри-ческом (УСВТ),
тоже разработки НПОА, обменной информа-
цией и соответствующими телеметрическими
признаками контроля процесса приема-
передачи в условиях возможных сбоев тракта
и выдается в режиме реального времени в
СТИ.
Внедрение в состав СУ PH прибора
аварийной защиты (ПАЗ) и новой системы
управления расходованием топливом (СУРТ)
привело к увеличению количества парамет-
ров для выдачи в СТИ, имеющих повышен-
ную приоритетность телеконтроля.
В составе кадра ЦТМИ на протяже-
нии полета необходимо выдать расчёт-
ную и обменную информацию, занима-
ющую более 7500 16-ти разрядных слов,
при ограничении на размер кадра в 352
16-ти разрядных слова в цикле.
Чтобы не потерять необходимую
информативность, используют следую-
щие принципы формирования и оптими-
зации ТМИ:
-	выбор оптимального состава ин-
формативных (расчётных и обменных)
параметров БЦВС, позволяющих прово-
дить качественный анализ работу СУ PH;
-	упаковку параметров по частоте и
участку контроля, длине и пр. (объединяя
при возможности несколько параметров в
одно слово);
-	разбиение состава кадра ЦТМИ на
участки выдачи. На разных временных
интервалах работы СУ PH необходимо
выдавать разную расчетную информа-
цию;
-	отказ от контроля первичной ин-
формации основных абонентов БЦВС по
отдельным кодовым линиям связи (КЛС)
в пользу включения ее (по возможности в
упакованном виде) либо в состав кадра
БЦВС, либо в состав кадра ЦТМИ;
382

-	дополнение необходимой служеб-
ной информацией, характеризующей ход
вычислительного процесса в БЦВС
(счетчик циклов, коды характерных мо-
ментов времени и пр.), процесс формиро-
вания кадра ЦТМИ (номера участков вы-
дачи циклических и разовых параметров,
счетчики частот и пр.) и тип кадра ЦТМИ
(основной кадр, кадр восстановления и
пр.);
-	формирование признаков по ре-
зультатам сравнения обменной информа-
ции, поступившей в БЦВС, с обменной
информацией, зарегистриро-ванной в
процессе "подслушивания" КЛС в обес-
печение возможности разделения неис-
правностей абонентов и БЦВС;
-	дублирование служебной инфор-
мации по обоим выходам УСВТ в СТИ и
др.
Приведенные выше принципы хо-
рошо зарекомендовали себя на всех эта-
пах отработки и практической эксплуата-
ции PH и позволяют проанализировать и
подтвердить правильности функциониро-
вания СУ и PH в целом.
Дальнейшее совершенствование ор-
ганизации кадра ЦТМИ перспективных
разработок может быть обеспечено за
счет увеличения производительности
БЦВС и пропускной способности канала
СТИ.
PRINCIPLES OF FORMATION OF TELEMETRY DATA
ON PERSPECTIVE LAUNCH VEHICLE
©2015 P.V. Abramov, N.I. Verkhovykh, P.L. Seleznev
JCS “Scientific & Production Association of Automatics named after the academician
N.A. Semikhatov”, Yekaterinburg
The article describes the procedure of formation of board digital computing system (BDCS) frame and digital
telemetry data (DTD) frame for LV. The currently used methods for increasing the information value of telemetry
data (TMD) are examined.
Keywords: BDCS frame, DTD frame, telemetry information
Информация об авторах:
Абрамов Петр Владимирович - инженер-программист 1 категории ОАО «Научно-
производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова» 620075,
Россия, г. Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка, 145, (343) 355-95-49, avt@npoa.ru.
Область научных интересов: программирование и отладка алгоритмов системы
управления.
Верховых Наталья Ивановна - ведущий инженер-конструктор ОАО «Научно-
производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова» 620075,
Россия, г. Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка, 145, (343) 355-95-49, avt@npoa.ru.
Область научных интересов: измерительные средства и системы управления.
Селезнев Платон Львович - начальник сектора отдела ОАО «Научно-
производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова» 620075,
Россия, г. Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка, 145, (343) 355-95-49, avt@npoa.ru.
Область научных интересов: измерительные средства и системы управления.
Abramov Petr Vladimirovich - the 1st rank part-programming engineer of “Scientific &
Production Association of Automatics named after the academician N.A. Semikhatov”, JCS,
383

620075, Yekaterinburg, Mamina-Sibiryaka, 145, e-mail: avt@npoa.ru.
Field of research: programming and debugging of control systems.
Verkhovykh Natalya Ivanovna - a senior design engineer of “Scientific & Production
Association of Automatics named after the academician N.A. Semikhatov”, JCS, 620075,
Yekaterinburg, Mamina-Sibiryaka, 145, e-mail: avt@npoa.ru.
Field of research: measuring devices and control systems.
Seleznev Platon Lvovich - chief of the department of “Scientific & Production Associa-
tion of Automatics named after the academician N.A. Semikhatov”, JCS, 620075, Yekaterin-
burg, Mamina-Sibiryaka, 145, e-mail: avt@npoa.ru.
Field of research: measuring devices and control systems.
384

УДК. 621.396
РЕАЛИЗАЦИЯ ФУНКЦИЙ СДКМ СРЕДСТВАМИ РЕТРАНСЛЯЦИОННОГО
КОМПЛЕКСА КА СЕРИИ «ЭКСПРЕСС»
©2015 Е.Н. Путинас, С. Г. Смирнов, С.О. Паздерин
АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнёва»
Представлена схема комплекта высокочастотного оборудования для размещения на модуле полезной
нагрузки космического аппарата серии «Экспресс» с целью обеспечения доступности корректирующей ин-
формации высокоточного комплекса широкозонного функционального дополнения глобальных навигаци-
онных спутниковых систем.
Ключевые слова: система дифференциальной
бортовой радиотехнический комплекс, ретранслятор
Для обеспечения создания высоко-
точного комплекса широко-зонного
функционального дополнения глобаль-
ных навигационных спутниковых систем
на базе развития системы дифференци-
альных коррекций и мониторинга на
космических аппаратах МКСР «Луч»
размещаются бортовые радиотехниче-
ские комплексы ретрансляции навигаци-
онных радиосигналов L-диапазона
(БРТК-СДКМ), которые обеспечивают
передачу корректирующей информации
для высокоточной навигации потребите-
лей. С применением корректирующей
информации системы дифференциальной
коррекции и мониторинга (СДКМ) точ-
ность определения позиционирования
потребителей ГЛОНАСС увеличивается в
4-6 раз и достигает полуметра. БРТК-
СДКМ на спутниках серии «Луч» пред-
ставляют собой отдельный ретранслятор,
с выделением на него собственных мас-
со-энергетических ресурсов и зоны раз-
мещения на приборной панели КА.
Функционально БРТК-СДКМ состоит из
магистрального ствола, работающего с
наземным комплексом на прием и пере-
дачу в Ku-диапазоне, и четырех абонент-
ских трактов, работающих только на пе-
редачу в L-диапазоне. БРТК-СДКМ
включает в себя антенно-фидерную си-
стему (АФС), которая состоит из одной
приемопередающей антенны магистраль-
ного тракта и одной передающей антен-
ны абонентского тракта L-диапазона. В
функции БРТК-СДКМ входит:
- прямая ретрансляция (прием и
передача) одного сигнала наземного ком-
коррекции и мониторинга, космический аппарат,
плекса закладки и контроля корректиру-
ющей информации;
— прямая ретрансляция (приём, по-
нижение частоты и передача) четырех
сигналов корректирующей информации
наземного комплекса с приемом в маги-
стральном стволе и передачей в 4-х або-
нентских каналах.
Для поддержания целостности кос-
мического сегмента СДКМ и расширения
её зоны обслуживания в будущем необ-
ходимы будут дополнительные запуски
КА на геостационарную орбиту, в состав
которых будет входить БРТК-СДКМ.
Предлагается реализовать БРТК-
СДКМ на штатных средствах бортовых
ретрансляционных комплексов перспек-
тивных геостационарных спутников свя-
зи, изготавливаемых в интересах госу-
дарственных потребителей, путем раз-
мещения дополнительного комплекта
оборудования, которое будет выполнять
аналогичные функции БРТК-СДКМ.
Согласно плану по обновлению
российской государственной орбиталь-
ной группировки КА на геостационарной
орбите планируется дальнейшее развитие
систем спутниковой связи и вещания на
базе КА серии «Экспресс», изготавлива-
емых АО «ИСС» для государственного
заказчика. Существующие спутники
«Экспресс» конструктивно представляет-
ся возможным реализация функций
БРТК-СДКМ посредством незначитель-
ной модификации штатной ПН КА серии
«Экспресс» без изменения штатной АФС.
385

Запущенные и готовые спутники «Экс-
пресс», изготавливаемые в период с 2010
по 2015 г, на которых была возможна ре-
ализация функций БРТК-СДКМ, а также
перспективные КА, планируемые к раз-
работке и запуску в ближайшие годы,
приведены в табл. 1.
На рис. 1 представлена разработан-
ная функциональная схема БРТК-Э - до-
полнительного комплекта высокочастот-
ного оборудования, выполняющего ана-
логичные функциональные задачи БРТК-
СДКМ КА серии «Луч», для размещения
на штатных модулях ПН спутников
«Экспресс».
Табл. 1 - КА серии «Экспресс» для возможности реализации функции БРТК-СДКМ
КА	Частотный диапазон работы целевого БРТК
Готовые КА, на которых была возможна реализация функций БРТК-СДКМ	
Экспресс-АМ5 Экспресс-АМб	на прием Ku-, Ка-, С-, L-диапазон, на передачу Ku-, Ка-, С-, L-диапазон
Экспресс-АМ8	на прием Ku-, С-, L-диапазон, на передачу Ku-, С-, L-диапазон
Перспективные КА, на которых возможна реализация функций БРТК-СДКМ	
Экспресс-АМУ 3 Экспресс-АМУ 4 Экспресс-АМУ 7	на прием Ku-, С-, L-диапазон, на передачу Ku-, С-, L-диапазон
Рис. 1 - Функциональная схема БРТК-Э: ВхМ - входной мультиплексор,
КНВ - конвертор, ТТУ - твердотельный усилитель, ВыхМ - выходной мультиплексор.
В качестве приёмника входного
сигнала предлагается использовать штат-
ный приемник из состава ПН Ки-
диапазона КА серии «Экспресс». Сигна-
лы СДКМ после приемника могут быть
выделены в БРТК-Э через мультиплексор
(при увеличении количества каналов
штатного мультиплексора) или через
ЗдБ-делитель и входной мультиплексор
БТРК-Э (при использовании отдельного
входного мультиплексора), который с
помощью внутренних полосовых филь-
тров разделит сигналы по частоте на не-
обходимые каналы. Далее сигналы по-
ступают на понижающие преобразовате-
ли «вниз» (конверторы), которые с по-
мощью встроенных гетеродинов пони-
жают частоту сигналов до требуемой, од-
новременно усиливая его до уровня, не-
обходимого на входе ТТУ, где происхо-
дит основное усиление сигнала. После
усиления сигнал с помощью выходного
мультиплексора поступает в тракт штат-
ного модуля ПН, где с помощью антенн
целевой аппаратуры ретранслируется на
Землю. Для преобразования частоты сиг
386

нала абонентских линий необходимо ис-
пользование двух типов понижающих
конверторов (КНВ) с двумя различными
частотами гетеродина в каждом типе.
Данная схема обуславливает необходи-
мость использования два резервных кон-
вертера для четырех трактов абонентских
линий. В случае перехода на резервный
комплект конвертора нужная частота
преобразования может быть установлена
по командам с ЦУП. Для секции усили-
телей мощности предлагается схема ре-
зервирования три к двум, которая будет
реализована на ТТУ. Схема резервирова-
ния активных приборов БРТК-Э - сколь-
зящая три к двум.
Матрица оборудования БРТК-Э
(включая массу и энергопотребление),
предлагаемого для установки на модули
ПН КА серии «Экспресс» в целях выпол-
нения функций ретрансляции сигналов
СДКМ, приведена в табл. 2.
Табл. 2 - Матрица оборудования БРТК-Э
Прибор	Кол-во	Масса 1 ед., кг	Масса, кг	Кол- во	Потребление 1 ед., Вт	Потребление, Вт
Входной мульти- плексор*	1		2,0	1		-
Конвертор	6	2,4	14,4	4	20	80
Т вердотельный усилитель (ТТУ)	6	1,8	10,8	4	150	600
Выходной муль- типлексор*	1		6	1	-	-
Коаксиальный пе- реключатель	14	0,2	2,8	14	-	-
НЧ кабельная сеть	комплект		4		-	-
ВЧ кабельная сеть	комплект		10		-	-
Суммарная масса			50		-	680
Неопределенность расчета			10%			10%
Итого			55			750
* - предполагается использовать штатные входные и выходные мультиплексоры из соста- ва модуля ПН КА серий «Экспресс», увеличенные на четыре канала (фильтра).						
Предполагаемое уменьшение энер-
гопотребления составит 0,5 кВт, а сокра-
щение массы оборудования предлагаемо-
го технического решения по сравнению с
аналогичным комплектом высокочастот-
ного оборудования, разработанного ре-
транслятора СДКМ, превышает 20. Сни-
жение двух этих показателей является
одним из главных достоинств разрабо-
танной схемы БРТК-Э в условиях огра-
ниченных массо-энергетических ресурсов
КА. Кроме того указанный вариант ис-
полнения бортового сегмента СДКМ ис-
ключает необходимость установки от-
дельной АФС на борту КА для решения
задач СДКМ, что также позволяет обес-
печить снижение массы по сравнению с
БРТК-Э предлагается реализовать
на разработанном, изготовленном в рам-
ках предыдущих проектов, квалифициро-
ванном и прошедшем испытания обору-
довании ретрансляторов КА серии
«Экспресс». Применение данного обору-
дования позволит сократить объем и сро-
ки отработочных испытаний, упростить
телеметрический и телекомандный ин-
терфейс между платформой и оборудова-
нием ПН КА.
На текущий момент заказчиками
БРТК-СДКМ и целевого модуля ПН яв-
ляются разные организации, в связи с
этим необходимо разработать комплекс
административных и организационных
мероприятий для разрешения вопроса со
уже реализованным решением.
387

гласованного управления БРТК-Э и мо-
дуля ПН КА.
Применение выше описанного тех-
нического решения позволит внести до-
полнительный функционал в КА серии
«Экспресс» для обеспечения доступности
корректирующей информации в целях
высокоточной навигации потребителей.
Рассмотренный подход в рамках реализа-
ции мероприятий ФЦП «Поддержание,
развитие и использование системы ГЛО-
НАСС на 2012-2015 годы» позволит со-
кратить затраты на разработку и количе-
ство запусков КА на поддержание це-
лостности и обеспечения надежности
функционирования СДКМ.
REALIZATION OF SDCM FUNCTION BY MEANS OF PAYLOAD OF
«EXPRESS» SPACECRAFT SERIES
©2015 E.N. Putinas, S.G. Smirnov, S.O. Pazderin
Academician M.F. Reshetnev Information Satellite Systems, Zheleznogorsk,
Krasnoyarsk region
A diagram of a set of high-frequency equipment for installation on the spacecraft payload module of "Ex-
press" series is presented. This set proposed for installation for the purpose of ensuring the availability of correction
information for high-precision complex of wide-area augmentation for the global navigation satellite systems.
Key words: differentional correction and monitoring system, spacecraft, payload module, repeater.
Информация об авторах:
Паздерин Сергей Олегович, начальник сектора, АО «ИСС», 662972, г. Железно-
горск Красноярского края, ул. Ленина 52, моб. тел. 8(908)201-30-19,
Pazderin@iss-reshetnev.ru.
Смирнов Сергей Геннадьевич, ведущий инженер, АО «ИСС», 662972, г. Железно-
горск Красноярского края, ул. Ленина 52, моб. тел. 8(913)509-54-14,
smirnov.s@iss-reshetnev.ru.
Путинас Екатерина Николаевна, инженер 2 категории, АО «ИСС», 662972, г. Же-
лезногорск Красноярского края, ул. Ленина 52, моб. тел. 8(983)202-33-01,
putinas@iss-reshetnev.ru.
Pazderin Sergey Olegovich, head of sector, JSC «ISS», 52, Lenin Street, Zheleznogorsk,
Krasnoyarsk region, 662972, Russia, tel. 8(908)201-30-19, Pazderin@iss-reshetnev.ru.
Smirnov Sergey Gennadyevich, lead engineer, JSC «ISS», 52, Lenin Street,
Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russia, tel. 8(913)509-54-14,
smimov.s@iss-reshetnev.ru.
Putinas Ekaterina Nikolaevna, 2nd category engineer, JSC «ISS», 52, Lenin Street,
Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russia, tel. 8(913)202-33-01,
putinas@iss-reshetnev.ru.
388

УДК. 621.37
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ РАСЧЁТА ПЕРЕНАЦЕЛИВАНИЯ
БОРТОВЫХ АНТЕНН СПУТНИКА
©2015 Е.А. Илюхина, В.Н. Кошкарев, С.Г. Смирнов, Е.Н. Путинас
АО «Информационные спутниковые системы имени академика М.Ф. Решетнёва»,
Красноярский край, г. Железногорск
Представлено специальное программное обеспечение (СПО) для расчёта перенацеливания бортовых
антенн космического аппарата (КА).
Ключевые слова: космический аппарат, бортовой радиотехнический комплекс, контурная антенна,
система наведения антенн, специальное программное обеспечение, расчёт перенацеливания
В настоящее время космические ап-
параты (КА) современных спутниковых
систем связи и вещания для выполнения
своих функций оснащаются сложными
антенными системами. На геостационар-
ных спутниках применяются крупногаба-
ритные гибридно-зеркальные/ параболи-
ческие/зонтичные антенны диаметром
рефлектора от одного до нескольких де-
сятков метров.
В период штатной эксплуатации
спутников связи возникает необходи-
мость изменения зоны обслуживания по
требованию заказчика телекоммуникаци-
онных услуг. Для смены зоны необходи-
мо произвести перенацеливание борто-
вых антенн КА модуля полезной нагруз-
ки (МПН). Для обеспечения этой воз-
можности в состав каждой антенны ан-
тенно-фидерной системы МПН КА вхо-
дит механизм раскрытия и наведения
(МРНА). МРНА представляет собой
электромеханическое устройство (элек-
тромоторы с шаговыми двигателями, по-
тенциометрами определения положения
исполнительных механизмов), которое
осуществляет перемещение антенны по
двум осям с фиксированным угловым
шагом электромотора. Положение антен-
ны определяется по значениям напряже-
ний потенциометров. Данная информа-
ция передается в центр управления поле-
том (ЦУП) по служебной радиолинии от
системы управления КА в составе теле-
метрического кадра.
В прошлом году одним из успешно
запущенных и введенных в штатную экс-
плуатацию спутников связи и вещания
изготовленных АО «ИСС» для работы на
геостационарной орбите с активным ча-
стотным ресурсом в Ku-диапазоне был
спутник, заказчик которого ввел требова-
ние по возможности перенацеливания
бортовых антенн. Антенная система дан-
ного спутника состоит из нескольких
контурных антенн.
Принимая во внимание требование
заказчиков КА изменять зону обслужива-
ния антенн после запуска, принимая во
внимание требование заказчиковКА из-
менять зону обслуживания антенн после
запуска, а также с целью автоматизиро-
ванного проведения расчетов угловых
шагов, необходимых для перевода антен-
ны в новую точку прицеливания, и по-
следующего подтверждения зоны обслу-
живания антенн на орбите возникла
необходимость разработки специализи-
рованного программного обеспечения
(СПО). Для обеспечения вышеуказанных
требований и было разработано и на эта-
пе летных испытаний отлажено наземное
СПО расчета количества шагов и направ-
ления движения моторов необходимых
для перенацеливания антенн КА на орби-
те. СПО представляет собой независимый
калькулятор для оценки перенацеливания
антенн (КППА), которое совместимо с
операционной системой Windows ХР и
выше. КППА рассчитывает количество
шагов и направление движения, которое
389

необходимо выполнить каждому мотору
МРНА для перевода зоны обслуживания
антенны в требуемую позицию. Кроме
количества шагов КППА в качестве ре-
зультата расчёта выдает ожидаемые зна-
чения напряжения потенциометров ис-
полнительных механизмов после перево-
да моторов МРНА в новую точку прице-
ливания. Значения напряжений потен-
циометров, полученные в телеметриче-
ском кадре, и значения, рассчитанные
КППА, сравниваются оператором ЦУП
для оценки правильности наведения ан-
тенны КА в новую зону обслуживания.
Внешний вид рабочего окна про-
граммы для КА с двумя контурными ан-
теннами приведен на рис. 1.
Рис. 1 - Внешний вид поля программы с примером расчета
Рабочее окно программы состоит
из:
-поля параметров КА;
-поля исходных данных антенны Г,
-поля исходных данных антенны 2;
-поля расчета результатов.
В качестве исходных данных опера-
тор должен ввести координаты номи-
нальной точки прицеливания антенны КА
на геостационарной орбите (включая со-
ответвующие параметры состояния
МРНА) и координаты новой точки при-
целивания антенны.
КППА разработан в программной
среде C++ Builder 6, отработан при
наземных испытаниях и передан заказчи-
ку в опытную эксплуатацию.
SOFTWARE FOR RETARGETING CALCULATION OF SPACECRAFT ANTENNAS
©2015 E.N. Hiykhina, V.N. Koshkarev, S.G. Smirnov, E.N. Putinas
«Academician M.F. Reshetnev Information Satellite Systems», Zheleznogorsk,
Krasnoyarsk region
Special software (SS) for retargeting of spacecraft (SC) antennas is presented.
Key words: spacecraft, payload module, offset antenna, antenna pointing system, special software, retarget-
ing calculation
390

Информация об авторах:
Кошкарев Вадим Николаевич, начальник сектора, АО «ИСС», 662972, г. Железно-
горск Красноярского края, ул. Ленина 52, моб. тел. 8(913)550-29-76,
koshkarev@iss-reshetnev.ru.
Илюхина Елена Александровна, инженер-программист, АО «ИСС», 662972, г. Же-
лезногорск Красноярского края, ул. Ленина 52, моб. тел. 8(913)190-64-70,
iliykhina@iss-reshetnev.ru.
Смирнов Сергей Геннадьевич, ведущий инженер, АО «ИСС», 662972, г. Железно-
горск Красноярского края, ул. Ленина 52, моб. тел. 8(913)509-54-14,
smimov.s@iss-reshetnev.ru.
Путинас Екатерина Николаевна, инженер 2 категории, АО «ИСС», 662972, г. Же-
лезногорск Красноярского края, ул. Ленина 52, моб. тел. 8(983)202-33-01,
putinas@iss-reshetnev.ru.
Koshkarev Vadim Nikolaevich, head of sector, JSC «ISS», 52, Lenin Street,
Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russia, tel. 8(913)550-29-76,
koshkarev@iss-reshetnev.ru.
Iliykhina Elena Aleksandrovna, software-engineer, JSC «ISS», 52, Lenin Street,
Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russia, tel. 8(913)190-64-70,
iliykhina@iss-reshetnev.ru.
Smirnov Sergey Gennadyevich, lead engineer, JSC «ISS», 52, Lenin Street,
Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russia, tel. 8(913)509-54-14,
smimov.s@iss-reshetnev.ru.
Putinas Ekaterina Nikolaevna, 2nd category engineer, JSC «ISS», 52, Lenin Street,
Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russia, tel. 8(913)202-33-01,
putinas@iss-reshetnev.ru.
391

УДК 629.783
АНАЛИЗ УСТОЙЧИВОСТИ ОРБИТАЛЬНОЙ ГРУППИРОВКИ ДЗЗ
©2015 А.В. Бирюков
АО "РКЦ "Прогресс", г. Самара
Рассматриваются вопросы влияния эволюции орбит отдельных КА в орбитальной группировке в
течение срока активного существования и поддержания параметров орбитальной группировки.
Ключевые слова: орбитальная группировка,
космический аппарат
В настоящее время для осуществле-
ния эффективного функционирования
орбитальной группировки (ОГ) имеется
несколько критериев, но все они так или
иначе должны учитываться при балли-
стическом проектировании рабочих ор-
бит КА, а также баллистической структу-
ры орбитальной группировки, в составе
которой находятся эти КА. Возможно,
выделить из ряда характеристик всего
три, которые однозначно могут опреде-
лять эффективность работы, как отдель-
ного КА, так и ОГ. Этими характеристи-
ками будут являться: периодичность по-
крытия полосами обзора КА ДЗЗ меж-
виткового интервала, кратность (частота)
покрытия и освещенность подспутнико-
вой территории. В данной работе не бу-
дет рассматриваться характеристики спе-
циальной аппаратуры ДЗЗ, положим их
некоторой константой, которая будет
влиять на выбор высоты орбиты, но не на
ее класс. Таким образом, положим поло-
су обзора специальной аппаратуры мак-
симальной для некоторой высоты.
Практика показала, что даже учет
трех этих критериев при баллистическом
проектировании, выборе орбит и балли-
стической структуры ОГ не всегда гаран-
тирует эффективное функционирование
орбитальной группировки. Это объясня-
ется эволюцией самой орбиты и действи-
ем различных возмущений на движение
космических аппаратов.
Возмущения, которые имеют боль-
шое влияние на орбитальную группиров-
ку, вызваны рядом причин: вековой уход
наклонения орбиты, действие гравитаци-
онных потенциалов Солнца и Луны,
баллистическое проектирование, наклонение орбиты,
аэродинамическое сопротивление при
полете в верхних слоях атмосферы, све-
товое давление Солнца, геомагнитная ак-
тивность.
Логично предположить, что харак-
теристики, закладываемые в процессе
баллистического проектирования, через
некоторый промежуток времени могут
нарушиться, что приведет к снижению
эффективности функционирования орби-
тальной группировки. Данное предполо-
жение подтверждается на практике. Так
как при расстановке КА в ОГ невозможно
сформировать абсолютно идентичные по
оскулирующим параметрам орбиты, что
вызвано техническим несовершенством
средств выведения и систем управления,
а также численной и методической по-
грешностью математических моделей
движения, то рабочие орбиты КА в ОГ
эволюционируют по разному. Однако ха-
рактер эволюции будет подчиняться оди-
наковым законам, с той лишь разницей,
что в разных точках орбитального полета
возмущающие силы будут иметь разные
величины в зависимости от времени, ко-
торое определяет положение небесных
тел и другие факторы.
Если брать во внимание также тот
факт, что развертывание КА в составе ОГ
не всегда может быть осуществлен одно-
временно, а только лишь спустя некото-
рый промежуток времени, то возникает
проблема корректировки орбиты уже
функционирующего КА или вводимого
КА в ОГ. Это необходимо для построе-
ния ОГ, обеспечивающей проектные ха-
рактеристики. Данная проблема требует
разработки стратегии ввода КА в ОГ или
392

пересмотра . баллистической структуры
орбитальной группировки. Корректиров-
ка орбит КА должна осуществляться все-
ми видами маневров. Это приводит к
необходимости больших запасов харак-
теристической скорости и наличия двига-
телей малой тяги.
Таким образом, при анализе устой-
чивости ОГ можно сделать вывод о не-
устойчивом характере любой ОГ. Не-
устойчивость ОГ зависит от класса вы-
бранных рабочих орбит для КА, который
определяется наклонением орбиты, ее
эксцентриситетом и положением плоско-
сти орбиты относительно солнечного
пятна.
Если рассматривать ОГ, состоящую
из КА, функционирующих на орбитах
разного класса, то вариации решения
обоснованной проблемы могут принять
множественный характер. Поэтому целе-
сообразно рассматривать в первом при-
ближении ОГ, состоящие из КА, движу-
щихся по орбитам, принадлежащих од-
ному классу.
Библиографический список:
1.	Баринов К.Н., Бурдаев М.Н.,
Мамон П.А. Динамика и принципы по-
строения орбитальных систем космиче-
ских аппаратов. Москва, "Машинострое-
ние", 1975, с. 232;
2.	Аксенов Е.П. Теория движения
искусственных спутников Земли. Москва,
"Наука", 1977, с. 360;
3.	Бирюков А.В. Анализ вариантов
построения орбитальных группировок
космических аппаратов ДЗЗ. // Материа-
лы ХХХУШ академических чтений по
космонавтике "Актуальные проблемы
российской космонавтики", 2014г. -
С.404-405.
4.	Бирюков А.В. Построение орби-
тальной системы ДЗЗ радиолокационного
наблюдения. // ХП Всероссийский семи-
нар по управлению движением и навига-
ции летательных аппаратов. Сборник
научных трудов, 2015г. - С.46-49.
REMOTE SENSING ORBITAL SPACECRAFT GROUP STABILITY ANALYSIS
©2015 A.V. Biriukov
JSC «SRC «Progress», Samara
The paper focuses on orbit evolution influence of individual spacecraft in orbital group during useful service
life as well as on orbital group operating control.
Key words: orbital group, ballistic engineering, orbit inclination, spacecraft
Информация об авторах:
Бирюков Антон Владимирович, инженер-конструктор 2 категории, АО «РКЦ
«Прогресс», Россия, 443009, г. Самара, ул. Земеца, 18, телефон (846) 228-91-71, факс (846)
992-65-18, E-mail: mail@samspace.ru.
Anton V. Biriukov, Postgraduate student, Design Engineer of JSC «SRC «Progress», 18
ul. Zemetsa, Samara, Russia, 443009, ph. (846) 228-91-71, fax (846) 992-65-18,
E-mail: mail@samspace.ru.
393

УДК 629.78
ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОНТРОЛЯ ТОЧНОСТИ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ
КА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ОБРАБОТКИ ИЗМЕРЕНИЙ НАЗЕМНЫХ
РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ СРЕДСТВ
©2015 В.А. Боровков, Е.К.Яковлев
АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Рассматривается вариант аналитического вычисления корреляционной матрицы ошибок определения
параметров орбиты КА по измерениям от наземных радионавигационных средств. Показана возможность
использования данного подхода при проектировании КА для анализа точностных характеристик параметров
орбит КА, определенных по измерениям текущих навигационных параметров от наземных измерительных
станций и определения потенциального уровня точностей для орбит с заданными параметрами и уровня
точностей измерений. Приведено моделирование, которое выявило закономерность в получении потенци-
альной точности параметров орбиты КА для различных вариантов прохождения трассы КА относительно
“зенита” наземной станции. Обосновываются рекомендации по использованию матрицы в навигационном
обеспечении летных испытаний для оперативного анализа точности параметров орбиты КА, определенной
по ИТНП.
Ключевые слова: космический аппарат, измерениям текущих навигационных параметров, корреляци-
онная матрица ошибок, наземные измерительные станции
Современные наземные и бортовые
навигационные системы КА используют
в основном измерения от навигационной
аппаратуры КА, работающей в поле гло-
бальных спутниковых навигационных
систем. Для сохранения работоспособно-
сти КА в случае отказа навигационной
аппаратуры или сбоев в работе спутнико-
вых навигационных систем используются
радионавигационные измерения, полу-
ченные от наземных пунктов. Радионави-
гационная аппаратура, установленная на
наземных измерительных станциях
(НИП), и наличие на борту приемопере-
датчика позволяет получать в зонах ра-
диовидимости КА измерения текущих
навигационных параметров (ИТНП).
При проведении проектных иссле-
дований с целью обоснования выбора со-
става средств навигационного обеспече-
ния нужны знания об априорной точно-
сти параметров орбиты КА, которые
определяются при использовании ИТНП
по нескольким измерительным сеансам.
Радионавигационная аппаратура, уста-
новленная на НИП, во время измеритель-
ного сеанса (в процессе пролета КА над
НИП) при проведении ИТНП получает
параметры, которые представляют собой
измерения: D - дальности от НИП до КА;
D - скорости изменения D; е1,е2 _ углы
ориентации вектора НИП-КА относи-
тельно линии горизонта и направления на
север. Точность измерений углов ех и е2
такова, что в задаче определения пара-
метров орбиты КА они могут не исполь-
зоваться.
В качестве меры точности парамет-
ров движения КА обычно используются
вероятностные характеристики их оши-
бок (при допущении нормального закона
распределения): среднеквадратические
погрешности и корреляционные матри-
цы. Ставится задача получить соотноше-
ния для аналитического вычисления ука-
занных вероятностных характеристик.
Расчетные соотношения для вычисления
оценки корреляционной матрицы приве-
дены в [1]. В качестве оценки матрицы
используются соотношения, в которых
вместо истинных значений параметров
используются их оценки. Решение нави-
гационной задачи определения ПДЦМ по
ИТНП находится как минимум целевого
функционала - суммы квадратов откло-
нений от рассчитанных искомых значе-
ний £)?и Ь? до измеренных D” и D” на
моменты времени tj, j = 1, N .
Целевой функционал суммы квад-
ратов имеет следующий вид:
394

(D" \
K$(tW))=Z7=1 {[P(L(tj ,q(tN)) - A ]T
\uy /
/D” \
^итнп [P(L(tj-QGn)) ‘	J]} q(tN) ’ (1)
где q(tN) - искомый вектор оценки
ПДЦМ КА на время tN , последних изме-
рений DJy, DJy;
L(tj,q(tj)) - оператор прогнозирования
движения КА, который пересчитывает
вектор ПДЦМ q(tf) с момента t, на мо-
мент tf,
q(tj)=(r, v)|tj=(Xj, Yj, Zj, Vxj, Vyj, VZj)
рассчитанные на моменты tj с примене-
нием оператора прогнозирования
L(tj,q(tN)) ПДЦМ в ГСК оценки q(tN);
□итнп - матрица 2x2 весовых коэффици-
ентов ошибок измерения ИТНП, которая
принимается равной для всех моментов tj,
иИТНП — I Л 2 ’
\ 0 СТЬ/
2	2
Od, о^ - средние квадратические от-
клонения по дальности и скорости изме-
нения дальности.
P(q(ti)) - оператор пересчета век-
тора q(tj) ПДЦМ в значения параметров
D? и D?, Р : q(tj) е R6 -> dj е R2, где d, =
/Di \
I • I. В операторе Р элементы D, и D,
\ Dj /
определяются	соотношениями:
Di = II (Хнип - Хр¥нип-¥ь2нип - Zs) ||,	где
|| (X, Y, Z) || = VX2 + Y2 + Z2,
(Хнип> ^нип> ^нип> ^хнип> ^унип> Угнип) ~ пара-
метры положения НИП в ГСК
(\хнип ^унип ^2нип ~ 0),	=
(Xj,Yj, Zj,Vxi,VYj, VZi) - параметры движе-
ния центра масс, Dj = ||(VXHMn_
VXi, VYHHn-VYi, VZHHn-VZi)||.
Оценка, которая минимизирует
функционал (1), находится посредством
его дифференцирования и последующего
приведения к нормальному уравнению
(гауссовский подход). При этом функци-
онал (1) дифференцируется по q(tN) и
приравнивается	к	нулю:
di(q(tN)) n u
———— = 0. Расчетные соотношения
dq(tN)
для вычисления оценки q(tN) приведены
в /1/. Соотношения содержат также ана-
литические выражения для ее корреляци-
онной матрицы ошибок КитНП = Kq(tN) •
Китнп рассчитываются с использованием
матриц частных производных и матриц
ошибок измерений DHTHn =D; итнп . ИТНП
получают в процессе одного или не-
скольких пролетов над НИПами. Китнп
соответствуют корреляционной матрице
ошибок	оценки q(tN), соответ-
ствующей функционалу (1). Для исполь-
зования в анализе точности навигацион-
ной системы матрица вычисляется
в орбитальной системе координат (ОСК).
Соотношения для расчета матрицы
Kq(tN) приведены	ниже.
Kq(tN) —
pP(L(qgl",tN))\T1
\ 0q?>n ) J
Di.MTHn
0
0
(2)
Примем в соотношениях (2) для
всех j: D; итнп = DHTHn (допущение о рав-
ноточное™ всех измерений).
Приведем последовательность вы-
числения компонент матриц K^(tNj (2) с
вычислением матриц частных производ-
ных в ОСК относительно опорного век-
тора qfl* = qon(tN):
395

Hi,n] [Di,n] [Hi,n] , где[Н1М] =
raP(L(qRn,t1))-|
3q°Nn
dP(L(q^,tN))
L dq°N"
Для j=l,N верны следующие соотношения:
01,итнп О 0
0	0
0	0 DNHTHn
aP(L(q^n,tj))	—	3P(q9n)	•	dL(q°Nn,tj)
dq°N 1		[ 5q9" ]		[ dq0N"
		dr(tj)		dr(tj)
3D	3D	dr(tN)	dT(tN)	<?Vn(tN)
5r(tj) at)	dVn(tj) dD	dT(tj)	d-c(tj)	.. dx(tj)
		dr(tN)	dT(tN) •	dVn(tN)
5r(tj)	dVn(tj)J	avn'(tj)	dVn(tj)	dVn(tj)
		br(tN)	dT(tN)	avn(tN)J
[Di,n]-1
где вычисление матриц проводится
в ОСК(г, т, n, Vr,VT, Vn), обозначим
Pi = г, Р2 = т, р3 = п, р4 = Vr, р5 =
VT, р6 = Vn. Элементы матрицы
ap(L(qRn,tj))~
dQ°Nn
вычисляются по соотноше-
ниям для вычисления частных производ-
ных 3D/ar(tj)> aD/dT(tj)’ 3%n(tj) в ОСК
используются выражения
dD D(R+5p[CK)-D(R)	.	• , ~
7— = —-----тг-2----	( где 1= 1,2,3),
dpi	dpi
где R - радиус-вектор из вектора
q=(R,V)=(x, у, z, vx,vy, vz) в ГСК;
D(R) — ||(%, у, а) — (хнип>Унип>2нип)Н _ со'
отношения определяют дальность от
НИП до КА (|| • || - обозначение длины
вектора);
6pi и бр-1 - соответствующие возмуще-
ния в ОСК и ИСК (i=l, 2,..., 6).
Пересчет бр-1 из ИСК (для сокраще-
ния вычислений ИСК заменяется на ГСК
с вычетом земного вращения) в бр[ск
ГСК (X, Y, Z, VX,VY, Vz) -> (л, у, z,
Гл,Уу,Уг) производится по расчетным со-
отношениям (<о3 - угловая скорость вра-
щения Земли):
х
У
z
X
Y
Z.
UJ
[Vx]
VY
LvzJ
F3
[Sp-1] = [C] x8pi , где возмущения в ОСК 8рг
у-
—х .
О
8г
= О
Y
Г
с3Х—C-^Z
сг
_ С2
c3=XVy-YVx;
3D/5VT(tj) = ° ’ 3%Vn(tj) = °’
Г
С1У-с2Х
сг
Сз
С1 = YVZ —zvY;
С = VC1 + С2 + С3’
3D/avr(tj) =0’
396

для вычисления
3D/
/aT(tj)’
дЬ/ дЬ/ dt)/ WCnnnMV
Mctj)’ /avT(tj)’ /avn(tj) исп°льзу-
используются выражения:
ab _ p(v+Sp[CK)-p(v)							
6pj			vx-	6pj		 У	
6p’LK		x	Vy Vz.	X	(1)3	—X 0	, где х и у из равен
CTB ГХ]	a	У z	—	Y Z.	в	(3) и выражения	
> tsi			Ml			[С]	г6р1 (где i=l, 2, 3 ).
Для вычисления
ются:
3D b(V+<5p.rcK)-b(V) z • „ с гч
7- = “—к	гДе 1=4> 5’ 6)’
oPi	Spt
о
о ;
8Vn.
5Ц.’
8р4 - 0 ,
. О .
О
5р5 = 5Ц. , 5р6 =
. О .
[VX]
VY = [5рИ] = [с]-1^,
LvJ
D(V)-||(VXHHn Vx, ^Унип Vy, vZhhii —
^z)||’ ^Хнип = ^Унип = vZnnn = О.
При матричных вычислениях Kg(tN)
сначала вычисляется центральная часть
выражения (2):
ар 1
ар
ar(tj)
ар
-dVn(tj)
ar(tj)		' ар	dD ~
	r<*D 0 1	ar(tj)	avn(tj)
ав	0 o2J	ab ar(tj) ‘ ‘	ab ’ ' ‘ avn(tj)
avn(tj)J
в результате получается матрица
размерности 6x6. Затем, полученная мат-
рица, слева и справа умножается соответ-
ственно на транспонированную и не
транспонированную матрицу частных
производных в ОСК:
3r(t))	3r(tj)	gr(tj) -
dr(tN)	dT(tN)	3Vn(tN)
dr(tj) dx(t,) . dT(tj)
dr(tN)	3i(tN)	dVn(tN)
dVn(tj)	dVn(tj)	gVn(tj)
3r(tN)	dr(tN)	3Vn(tN).
397

Матрица ошибок Китнп, вычислен-
ная по (2), может быть использована при
проектных исследованиях для обоснова-
ния навигационных схем с использовани-
ем ИТНП.
Предлагаются варианты использо-
вания матрицы KHTHn=Kq(tN), как допол-
нительного “информационного ресурса”
в цикле навигационного обеспечения при
управлении КА. Моделирование по со-
отношению (2) позволяет выявить зако-
номерности в получении потенциальной
точности орбитальных параметров, по-
ученных по результатам обработки изме-
рений от наземных средств радионавига-
ции. Численное моделирование проводи-
лось по (2) для вычисления матрицы
Kq(tN) для орбиты КА с параметрами: Нср
= 500 км, i = 97° со стандартными точ-
ностными характеристиками ИТНП:
oD,<Tp. Расчеты проводились для различ-
ных значений угла (а) между плоскостью
орбиты КА и радиусом-вектором центр
Земли - НИП при пролете в зоне радио-
видимости одного НИПа. Моделирование
показало возможность исследовать по-
средством вычисления по (2) “эффекта
мертвой зоны”, т.е. значительное ухуд-
шение точностных характеристик вычис-
ленных орбитальных параметров при
прохождении КА через “зенитную” точку
НИПа во время сеанса работы средств
радионавигации.
Матрица точностей Kq(tN) по (2) пе-
ресчитывалась на интервал прогнозиро-
вания до одних суток. Прогнозирование
корреляционной матрицы KQ(tN) (2) на
момент времени t осуществляется с ис-
пользованием соотношения из [1]:
к»-> = <4>
где - матрица частных (баллистиче-
ских) производных в ОСК от компонент
спрогнозированного вектора оценки
L(t*, q(tN)) в момент времени t по компо-
нентам вектора q(tN) в момент времени
In. Диагональные элементы спрогнозиро-
ванной матрицы определяют уро-
вень точностей (Aqann) по осям ОСК
(г, т, п), обусловленные “аппаратурными”
ошибками. Суммарная ошибка навигаци-
онного вектора (Aqi) на момент времени
t* определяется выражением
Aqs(t ) = AqMOfl(t ) + AqaTM(t) + Aqann(t ) ,
где AqM(M(t) - ошибки, обусловленные
погрешностью используемой модели
движения КА,
Aqann (t) - ошибки, обусловленные точ-
ностью измерений аппаратуры,
AqaTM(t*) - ошибки, обусловленные воз-
мущениями атмосферы.
При условии использования высо-
коточных моделей движения для КА на
высоких орбитах доля ошибок Aqann(t) в
сумме Aqx(t) возрастает. На рис. 1а, 16
показана зависимость точности навига-
ционного вектора КА Aqann(t) в прогнозе
на интервал в одни сутки от угла а в при-
веденных	единицах.
Рис. 1а - Изменение ошибки вдоль орбиты в прогнозе на суточный интервал
в зависимости от угла отклонения орбиты КА от “зенита” НИПа
398

Рис. 16 - Изменение ошибок по радиус-вектору и в боковом направлении в прогнозе на
суточный интервал в зависимости от угла отклонения орбиты КА от “зенита” НИПа
В процессе полета КА его траекто-
рия пересекает зоны радиовидимости
НИПов (рис.2). При построении орбиты
по измерениям, полученным во время се-
ансов работы средств радионавигации на
НИПах, в наземном комплексе управле-
ния (НКУ) находится навигационная
оценка q(tN) с использованием функцио-
нала I(q(tN)) (1). Точность оценки кос-
венным образом определятся значением
функционала I(q(tN)). Однако, точность
указанного функционала не позволяет
контролировать точности навигационной
информации в НКУ на интервалах про-
гнозирования навигационной оценки
q(tjv) до формирования следующей. Для
этих целей удобно использовать корреля-
ционную матрицу Kq(tN) (2), прогнози-
рование которой на момент времени t
осуществляется	по	(4).
Рис. 2 - Прохождение орбиты КА в зонах радиовидимости НИПов
Библиографический список:
1. В.Н. Брандин, А.А. Васильев, С.Т. Худяков “Основы экспериментальной
космической баллистики”, М., «Машиностроение», 1974.
399

SPACECRAFT MOTION RATE ACCURACY CONTROL BASED ON GROUND
RADIONAVIGATION AIDS MEASUREMENT RESULTS
©2015 V.A. Borovkov, E.K. Yakovlev
JSC SRC Progress, Samara
A variant of analytical calculation of SC orbit determination error correlation matrix based on ground radio-
navigation aids measurements is studied in the paper. The possibility of this method use in spacecraft designing is
shown. It could be used for the accuracy analysis of the SC orbit parameters characteristics determined by current
status measuring done by ground stations as well as for potential accuracy level assessment for orbits with preset
parameters and measurement accuracy level. The modeling method that disclosed the logic of potentially accurate
parameters acquisition in different variants of SC flight track relative to zenith point over the ground station is given
in the paper. The guidelines how to use the matrix for flight test navigation support to fulfill the online analysis of
the SC orbital parameters accuracy determined by current status measuring are substantiated in the paper.
Key words: spacecraft, current status measuring, error correlation matrix, ground stations
Информация об авторах:
Боровков Владимир Алексеевич, к.т.н, ведущий инженер-конструктор, акционер-
ное общество «Ракетно-космический центр «Прогресс», Россия, 443009, г. Самара, ул. Зе-
меца, 18, телефон (846)228-96-32, факс (846) 992-65-18, E-mail: vab999 @rambler.ru.
Яковлев Евгений Кириллович, к.ф.-м.н, инженер-конструктор 1 категории, акцио-
нерное общество «Ракетно-космический центр «Прогресс», Россия, 443009, г. Самара, ул.
Земеца, 18, телефон (846) 228-93-71, факс (846) 992-65-18, E-mail: mail@samspace.ru.
Vladimir A. Borovkov, Candidate of Engineering, Senior Design Engineer of JSC Space
Rocket Centre Progress, 18 ul. Zemetsa, Samara, Russia, 443009, phone: (846)228-96-32,
fax: (846) 992-65-18, E-mail: vab999@ rambler.ru.
Evgeny K. Yakovlev, Candidate of Physics & Mathematics, Design Engineer of JSC
Space Rocket Centre Progress, 18 ul. Zemetsa, Samara, Russia, 443009, phone: (846) 228-93-71,
fax: (846) 992-65-18, E-mail: mail @samspace.ru.
400

УДК 629.7, 510, 519, 531
ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ПОВОРОТОВ МКА «АИСТ-2»
НА ОСНОВЕ ПРИНЦИПА МИНИМУМА УПРАВЛЕНИЯ
©2015 В.Ф. Петрищев, М.Г. Шипов
АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Исследована эффективность применения принципа минимума управления в решении задачи про-
странственного поворота твердого тела на произвольно заданные углы (до 180 °) на примере МКА «Аист-2».
Разработан алгоритм решения задачи с использованием уравнений движения в конечных разностях. Приве-
дены результаты математического моделирования алгоритма, подтверждающие эффективность предложен-
ного принципа. По сравнению с традиционным методом управления (разгон, движение с постоянной угло-
вой скоростью, торможение) получена двукратная экономия электроэнергии.
Ключевые слова: система управления движением, закон управления, маховик, матрица, ковариация,
малый космический аппарат
Введение. Решается задача опти-
мального приведения космического ап-
парата (КА) из произвольного углового
положения в начало координат. При этом
минимизируется расход энергоресурсов.
Управление угловым движением
КА происходит при орбитальном полете
для решения его целевых задач. Это мо-
жет быть движение по заранее заданной
траектории для проведения съёмки зем-
ной поверхности, либо стабилизация с
целью поддержания энергобаланса. Вы-
бор оптимальных законов управления
при пространственном движении стано-
вится актуальной при разработке малых
КА, для которых являются критическими
такие параметры как масса, скорость
движения и энергетические затраты. В
работе [1] представлен краткий обзор по-
священных данной проблеме работ. В ос-
новном рассматриваются задачи плоско-
го движения (поворот вокруг одной из
инерциальных осей аппарата), либо дви-
жение тела схожего по инерционным ха-
рактеристикам со сферически симмет-
ричным телом, что редко встречается на
практики при управлении угловым дви-
жением КА. Известен также подход к
решению задачи синтеза оптимального
управления с обратной связью, предло-
женный в [2]. Это, по сути, численный
метод, и для своей реализации он требует
огромных объёмов памяти и быстродей-
ствия ВВС. При больших размерностях
задачи он не может быть применён.
В статье ставится задача определе-
ния оптимального закона пространствен-
ного движения «несферичного» КА на
произвольные углы (до 180 °). За основу
выбран метод, основанный на принципе
минимума управления, предложенный в
[3]. Данный метод применим для задач,
определенных в п - мерном простран-
стве. При постановке задачи вводятся до-
полнительные параметры исходя из ха-
рактеристик проектируемого спутника.
Полученные результаты могут быть
внедрены на малых космических аппара-
тах с учетом адаптации алгоритма под
конкретную систему управления.
1. Уравнение углового движения.
Угловое движение КА, определяе-
мое связанным с ним базисом (ССК), от-
носительно опорного инерциального ба-
зиса OXYZ описывается общим диффе-
ренциальным уравнением невозмущенно-
го движения космического аппарата во-
круг центра масс [4]:
J + & х (l^> +	J Di ^Di) -
Й.!1В^ = О
(D
Здесь gj = {(Dp gj2, gj3} - вектор аб-
солютной угловой скорости движения
КА в проекциях на его связанные оси;
/Ji 0 0\
J = I 0 J2 0 I - тензор инерции КА;
\0 0 ]J
401

JDi - момент инерции z-го двигателя-
маховика (ДМ) в системе из трех ДМ;
coG - угловая скорость вращения ротора
ДМ.
На основе уравнения (1) можно за-
писать систему дифференциальных урав-
нений в виде:
< фх = сох
фу = Юу
<Pz = <*>z
< Ф’х = _]“(<А>у<*>гОз “ h) + (nyJD3(nD3 — gjzJd2ojD2) + jHDjEDj
Фу = “^(^x^zCJl — 1з) + tozJD1a)D1 _<ох1о3шЦ3) +^Jd2eD2
4>z = -'j“((ny(nx(J2 - Jl) + шх)о2шО2 ~ ^yJDj^Dj) +^Jd3£D3
(2)
Введём обозначения:
Xi = (рх, х2 = (Ру, х3 = cpz, х4 = фх, х5 =
фу, Х6 = фг,
и запишем систему (2) в линейной по со
стоянию и управлению форме:
X = F-X + G-U,	(3)
Ui = eDi, u2 = Ed2. «з = ed3
где
ООО
ООО
ООО
ООО
ООО
ООО
1
О
О
О
11~1з
2J2 Хб
Ь~11
2J3 Х5
Крз
h
КР2
<3
О
1
о
1з~Jz _ «Рз
^П"Хб V
о
о
о
1
1з~Jz __	| Кр2
-^ГХ5+~
Ji~h KD1
-^ГХ4"~
о
Здесь KDi = JDi(joDi , где i = 1, 2, 3.
Интегрируя (3) по формуле Коши
[3] на интервале At = 0,1 с от i до i+1 по-
лучим систему (3) в разностной форме:
Xi+i = Aj • Х; + Bj • Ub
(4)
где с точностью до членов второго по-
рядка малости имеем
Ai = F-At+E Bj = ftt+AtAi(T)-Gdx
	1	0	0	At		0		0	
	0	1	0	0		At		0	
	0	0	1	0		0		At	
Ai =	о	о	о	1		/J3-b	, KD3) "1згХб+~>	jit	/J3-J2	KD2) \ 2Ц 5	h )	lit
	0	0	0	KD3>	|At	1		1 2J2	+ J2 >	lit
	0	0	0		|At	KD1> V 2J3	4 J3 >	lit	1	
402

	Г—At2	0	0
	2J1		
	0	12г At2 Jz	0
	0	0	12з At2
Bi =	— At	0	J3 0
	Ji		
	0	— At	0
		Jz	
	0	0	^At J3	J
К системе уравнений (4) добавляет-
ся три соотношения для учёта изменения
кинетического момента двигателей-
маховиков на каждом шаге интегрирова-
ния At:
Kdi+i = Kd j + J • Ed j • At, i = 1, 2, 3,... (5)
где ed j - ускорение, сообщенное ротору
двигателя-маховика. Определяется отно-
шением управляющего момента щ к мо-
менту инерции ротора JDj.
Полученные соотношения (4) и (5)
использованы в программе математиче-
ского моделирования задачи простран-
ственного разворота МКА «Аист-2».
Закон управления с обратной свя-
зью в соответствии с принципом мини-
мума управления записывается в виде
_ ’Ji+l = Uj + Pi+1(Xi+1 — ^i+1), (6)
где Xi+1 = Xi+1 + Ei+1
Xi+1 - истинное значение вектора состоя-
ния системы, ci+1 - вектор случайных по-
грешностей измерения компонентов век-
тора Xi+1, ^i+i - вектор состояния вспо-
могательной системы.
Считаем, что в нашем распоряже-
нии имеется вспомогательная система
^i+l = Cj '	+ Df • Uj ,
где вектор имеет ту же размерность,
что и вектор Xt (4), матрица Dj = —Bf.
Вспомогательная система управля-
ется тем же вектором Uj, что и основная
система. Матрица Cj выбирается из усло-
вия, чтобы невозмущенное движение
вспомогательной системы было асимпто-
тически устойчивым в целом.
Считаем известными ковариацион-
ные матрицы векторов состояний задан-
ной и вспомогательной систем:
кхл = м(хгхТ),к^ = м(&-Яу
и начальная ковариационная матрица
управления Ки о.
Оптимальная весовая матрица Pi+1:
Pi+i = -KuiCBi - Di)T[AiKxiAi + CiK^CT +
- Dt)KUti(Bi - Di)T + K£]-1.
Выражение для ковариационной
матрицы управления, уточнённое на те-
кущем шаге с учётом полученного опти-
мального значения весовой матрицы на
этом шаге:
Ku,i+i = [Pi+iC^i — Di) + E]Kyi
2. Результаты математического
моделирования пространственного
поворота.
Численное решение рассматривает-
ся на примере малого космического ап-
парата (МКА) «Аист-2».
МКА «Аист-2» обладает следую-
щими динамическими характеристиками:
Моменты инерции КА:
Наименование	Осевые моменты инерции		
	Jx	Jy	Jz
МКА на рабочей орбите, солнечные батареи раскрыты, кг м2	175	200	285
403

Характеристики двигателей-маховиков	(ДМ):
Наименование параметра	Значение
Кинетический момент, Н м с	±18,9
Момент инерции ротора, Н м с2	0,03415
Максимальный управляющий мо- мент, Нм	0,2
Используемые чувствительные эле-
менты вносят ошибки определения, не
превосходящие величин:
< 7 • 10-6 рад/с,
СТФх> °4>у - 1’5 ’ 10-4 РаД’ °<Pz 3’4 ’
10-5 рад,
Исходными данными для расчета
параметров углового движения МКА от-
носительно центра масс являются:
-	начальное угловое положение и
начальная угловая скорость МКА;
-	управляющие моменты, выдавае-
мые на ДМ.
В качестве примера рассматривает-
ся поворот ССК КА из развернутого от-
носительно ИСК положения в положе-
ние, в котором ССК совпадает с ИСК.
Определим начальное состояние
основной и вспомогательной систем:
= {-0.0015%, 0.003%,
0.060165%, -22°, -15°, -12° }
Хо включает в себя вектор абсолют-
ной угловой скорости движения КА в
проекциях на его связанные оси и откло-
нение по Эйлеру осей ССК от ИСК в
начальный момент времени. Начальные
значения угловой скорости по каналам X,
Y соответствуют погрешности системы
стабилизации, по каналу Z - орбитальной
скорости стабилизации;
J =
/175 кгм2 0	0 А
I 0	200 кгм2 0 I
\	0	0	285 кгм2/
-	тензор инерции МКА;
Jdi = Jdz = Jds = 0.03415 Нмс2 - моменты
инерции трех двигателей-маховиков;
Начальное ускорение двигателей-
маховиков выбрано нулевым:
Uo = б;
Значения ковариационных матриц
Кх, % начальное значение ковариацион-
ной функции Ки о принимаются равными:
	1	0	0	0	0	01
	0	1	0	0	0	0
Кхо = К<о = 0.001-	0 0	0 0	1 0	0 1	0 0	0 0
	0	0	0	0	1	0
	-0	0	0	0	0	1 -
Kxi+1 = 0.001 *Х?,	K<i+1 = K<0.
аГ
Х2
*3
xl
Y2
х5
х2
LX6J
Кц о — 0
10
0 0
1 0
0 1
Элементы матрицы С\ вспомога-
тельной системы выбраны такими, чтобы
обеспечивалась асимптотическая устой-
чивость в целом невозмущённого движе-
ния вспомогательной системы:
Q =
 1
0
0
cl
0
1о
0
1
0
0
cl
0
0
0
1
0
0
cl
At
0
0
с2
0
0
cl = — аг * (1 + а2 * i);
с2 = 1 — а2 * (1 + а3 * ।
0
At
0
0
с2
0
о
о
At
0
0
с2^
где
404

аг = 0.00002, а2 = 0.005, а3 = 0.000025.
Асимптотическая устойчивость в
целом матрицы С, подтверждается чис-
ленным расчётом вспомогательной
функции Ляпунова на траектории движе-
ния вспомогательной системы.
^д+1 = (Сг</)т-(СгО
График изменения этой функции
представляет собой асимптотически убы-
вающую функцию номера шага дискрет-
ности (рис. 1).
Матрица Dj выбирается равной:
Dj = -Bj.
Сравнительные результаты предло-
женного способа и реализованного в
СУД МКА «Аист-2» алгоритма представ-
лены на последующих рисунках.
Графики изменения углового поло-
жения в ИСК представлены на рис. 1,2,
изменения угловой скорости - на рис. 3,
4.
Рис. 3
Рис. 2
Штатное угловое движение МКА,
Оптимальное движение МКА,
Время с
Рис. 5
405

На рис. 6, 7 представлены графики управляющих ускорений двигателей-маховиков при
совершении пространственного разворота.
Штатное угловое движение МКА,
— EpsX
— EpsY
-EpsZ
Рис. 7
Оценку эффективности управле-
ния получим из выражения:
н — Zi[(Ep)r  Ед]
Для штатного углового движения
значение интеграла Н = 246.39 (1/с)4, для
оптимального движения - Н = 108.34
(1/с)4. Графики изменения функционала
качества приведены на рис. 8, 9.
Штатное угловое движение МКА,
Заключение. Разработан способ оп-
тимального пространственного разворота
космического аппарата. Определены кова-
риационные матрицы состояния и управ-
ления. Из условия минимизации суммар-
ного управляющего воздействия были вы-
браны элементы матрицы С.
Энергетические затраты на соверше-
ние пространственного поворота, как вид-
но из рис. 6, 7 сокращаются более чем в
два раза по сравнению с существующим
методом.
406

Библиографический список:
1.	Невский М.В. Об одном случае
оптимального управления простран-
ственной ориентацией космического
аппарата / М.В. Невский // Известия РАН.
Теория и системы управления. 2012. №4.
С. 115-130.
2.	Беллман Р. Динамическое про-
граммирование / Р. Беллман// Изд-во
«Иностранной литературы», М.,1960. -
400с.
3.	Петрищев В.Ф. Принцип мини-
мума управления в задаче синтеза дис-
кретных систем / 7-я Российская мульти-
конференция по проблемам управления //
Материалы конференции «Управление в
морских и аэрокосмических системах»
(УМАС-2014). 7-9сентября 2014 г.
г. Санкт-Петербург. С. 64-73.
4.	Раушенбах Б.В., Токарь Е.Н.
Управление ориентацией космических
аппаратов И М.: Из-во «Наука». 1974.
600 с.
5.	Алексеев К.Б., Бебенин Г.Г.
Управление космическими летательными
аппаратами // М.: «Машиностроение.
1964.
References:
1.	Levsky M.V. About one case of
optimum control of space orientation of the
spacecraft / M.V.Levsky//News of the Rus-
sian Academy of Sciences. The theory and
control systems. 2012. №4. p.l 15-130.
2.	Bellman R. Dynamic programming
/ R.Bellman // «Foreign literature», M, 1960.
400 p.
3.	Petrishchev V. F. Principle of a
minimum of control in a problem of synthe-
sis of discrete systems / 7th Russian multi-
conference on control problems//conference
Materials «Control in marine and space sys-
tems» (UMAS-2014). September, 7-9th,
2014 St.-Petersburg, p. 64-73
4.	Raushenbah В. V, Tokar E.N. Atti-
tude control of spacecraft//M: «Science».
1974.600 р.
5.	Alekseev K.B., Bebenin G.G.
Control of spacecraft // M.: « Engineering».
1964.
OPTIMIZATION OF SPACE TURNS SSC «AIST-2»
ON THE BASIS OF THE PRINCIPLE OF MINIMUM CONTROL
©2015 V.F. Petrishchev, M.G. Shipov
JSC «SRC «Progress», Samara
Operational effectiveness of a principle of a minimum of control in the solution of a problem of space turn of
a firm body on any way set comers (to 180 degree) on example SSC of "Aist-2" is investigated. The algorithm of the
solution of a problem with use of the equations of motion in final differences is developed. Results of mathematical
modelling of the algorithm, verifying efficiency of the offered principle are resulted. In comparison with a conven-
tional management method (boost, motion with constant angular rate, braking) double economies of the electric
power are received.
Keywords: motion control system, a control law, flywheel, a matrix, small spacecraft
Информация об авторах:
Петрищев Владимир Федорович, ведущий научный сотрудник АО «РКЦ
«Прогресс», д.т.н., профессор кафедры теоретической механики, СГАУ, 443009, г. Самара,
ул. Земеца, 18, тел. (846) 992-65-11, mail @ samspace.ru.
Область научных интересов: системы управления, системы автономной навигации,
получение и обработка информации.
Шипов Максим Григорьевич, ведущий инженер-конструктор АО «РКЦ «Про-
гресс», аспирант кафедры теоретической механики, СГАУ, 443009, г. Самара, ул. Земеца,
18, тел.(846) 228-96-69, E-mail: maxim.shipov@gmail.com.
Область научных интересов: проектирование систем управления движением косми-
ческих аппаратов, математические методы и моделирование.
407

Petrishchev Vladimir Fedorovich, The leading research assistant of JSC «SRC
«Progress», Dr.Sci.Tech., the professor of the department of theoretical mechanics, SSAU,
443009, Samara, street Zemetsa, 18,992-65-11, mail @ samspace.ru.
Area of scientific interests: control systems, systems of independent navigation, obtaining
and information handling
Shipov Maxim Grigorevich, the leading design engineer of JSC «SRC «Progress», the
post-graduate student of department of theoretical mechanics, SSAU, 443009, Samara, street
Zemetsa, 18, bodies. 228-96-69, an E-mail: maxim, shipov @ email .com.
Area of scientific interests: designing of motion control systems of spacecraft, mathemati-
cal methods and modelling.
408

УДК 629.78.05
АВТОНОМНОЕ ФОРМИРОВАНИЕ ПРОГРАММ УПРАВЛЕНИЯ АППАРАТОМ
ЗОНДИРОВАНИЯ ДЛЯ СЛОЖНЫХ ВИДОВ СЪЁМКИ
©2015 А.И. Мантуров1, В.Е. Юрин1, Н.И. Пыринов1, Ю.Н. Горелов2
*АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
2Самарский государственный университет, г. Самара
Рассматриваются вопросы автономного формирования программ управления угловым движением
(ПУУД) космического аппарата дистанционного зондирования Земли (КА ДЗЗ) в бортовом комплексе
управления (БКУ) для сложных видов съёмки участков земной поверхности - стереосъёмки и съёмки
площадок - с целью повышения общей эффективности эксплуатации перспективных КА ДЗЗ. Представлены
условия и особенности организации формирования ПУУД КА при стереосъёмке маршрутов и съёмке
площадок, которые определяют алгоритмы расчёта характеристик составляющих их маршрутов и программ
управления. Алгоритмы могут быть реализованы в БКУ перспективных КА ДЗЗ.
Ключевые слова: программа управления угловым движением, условия зондирования, стереосъёмка,
стереомаршрут, площадка
Введение
Современные КА зондирования вы-
полняют широкий круг задач, основная
из которых - реализация различных ви-
дов съёмки. Разработанные АО «РКЦ
«Прогресс» аппараты ДЗЗ, например,
«Ресурс-П» народнохозяйственного
назначения с оптико-электронной аппа-
ратурой зондирования (АЗ) для съёмки
земной поверхности в режиме «замета-
ния» [1-4] могут выполнять объектовую,
маршрутную съёмку, а также сложные
виды съёмки: стереосъёмку и съёмку
площадок [3]. В статье рассматриваются
алгоритмы декомпозиции площадок и
стереомаршрутов на отдельные маршру-
ты, предназначенные для реализации в
БКУ перспективных КА ДЗЗ.
Основные определения и геомет-
рия съёмки
Маршрут - участок земной поверх-
ности, наблюдаемый на интервале съём-
ки (интервале работы АЗ). Ширина
маршрута равна ширине полосы захвата
АЗ, длина пропорциональна длительно-
сти и условиям зондирования.
Центральная линия маршрута
(ЦЛМ) - линия на земной поверхности,
начало которой задаётся координатами
начальной точки, длина и форма опреде-
ляется характеристиками маршрута.
Центральная линия визирования
(ЦЛВ) - прямая, соединяющая центр
масс аппарата с текущей точкой наблю-
дения ЦЛМ.
Азимут начальной точки ЦЛМ -
угол, отсчитываемый в плоскости мест-
ного горизонта заданной начальной точки
наблюдения ЦЛМ от оси, которая являет-
ся пересечением указанной плоскости с
плоскостью меридиана этой точки, до
единичного вектора направления в
начальной точке наблюдения ЦЛМ. Ази-
мут задает направление съёмки маршру-
та.
Орбитальная система координат
(ОСК) OXqYoZo показана на рис.1.
Начало ОСК находится в центре масс КА.
Ось OYo совпадает с радиусом-вектором,
направленным из центра масс Земли в
центр масс КА. Ось ОХо перпендикуляр-
на оси OYq, лежит в плоскости орбиты и
направлена в сторону полёта КА. Ось
OZq дополняет систему координат до
правой ортогональной.
Угол упреждения - угол между
плоскостью YqOZo ОСК и плоскостью,
перпендикулярной плоскости орбиты в
заданный момент времени и проходящей
через ЦЛВ.
Площадка - участок земной по-
верхности с заданными линейными раз-
мерами - шириной В и длиной L, мень-
ший из которых превышает ширину по-
409

лосы захвата АЗ - состоит из нескольких
маршрутов [13].
Стереосъёмка - получение пары
разноракурсных изображений одного и
того же участка земной поверхности
(маршрута), которые будем называть сте-
реомаршрутом или стереопарой, а сами
изображения - маршрутами стереопары
[14].
Один из важных параметров сте-
реосъёмки - стереоугол. Под стереоуглом
5с в некоторой точке ЦЛМ стереопары
(центральные линии маршрутов стерео-
пары совпадают) понимается угол между
векторами дальности от КА до этой точки
ЦЛМ при съёмке маршрута с различными
углами упреждения.
Рис.1. Геометрия маршрутной съёмки
Каждый маршрут задаётся следую-
щим набором параметров:
{Ао, фо, А, АН, fly, (WW0)3M, Тм,{р),}, (1)
где Ао, (ро -долгота и геоцентрическая
широта начальной точки ЦЛМ;
А - азимут ЦЛМ в начальной точке;
АН - среднее на маршруте превыше-
ние над общеземным эллипсоидом;
Оу - угол упреждения на начало
наблюдения маршрута;
(УИт/О)здд - параметр, определяющий
скорость бега изображения для ЦЛМ;
Тм -длительность сканирования
маршрута;
{р}, - набор дополнительных характери-
стик маршрута.
Принципы формирования ПУ УД
КА на участках зондирования в БКУ КА
«Ресурс-П» [2] аналогичны рассмотрен-
ным в [1] для базового КА «Ресурс-ДК».
Реализуемые виды съёмки и осо-
бенности алгоритмов расчёта ПУ УД КА
на маршрутах и влияние параметров (1)
на геометрию маршрута описано в [3].
Технологии сканирования в случае опти-
ко-электронной космической съёмки
приведены в [9].
По результатам стереосъёмки трёх-
мерная модель местности может быть по-
строена в результате восстановления при
фотограмметрической обработке про-
странственного положения совокупности
410

лучей, последовательно формирующих
изображения [10-12]. Требуемая иден-
тичность параметров съёмки маршрутов
стереопары достигается двукратной
съёмкой маршрута с разными углами
упреждения на одном витке полёта аппа-
рата [10].
Изображение заданной площади
земной поверхности в результате пло-
щадной съёмки формируется при назем-
ной обработке составляющих площадку
маршрутов. Необходимое условие
успешной «склейки» маршрутов - их не-
пустое перекрытие по всей длине.
Современная реализация слож-
ных видов съёмки маршрутов
В настоящее время декомпозиция
площадок и стереомаршрутов на отдель-
ные маршруты, расчёт их характеристик
(1) проводятся в наземном комплексе
планирования и сводятся к итерационно-
му моделированию процесса съёмки. Ха-
рактеристики каждого маршрута переда-
ются в БКУ в составе рабочей программы
аппаратуры зондирования [1-3]. Уточне-
ние в БКУ параметров движения центра
масс КА системой спутниковой навига-
ции [4], заданных углов упреждения в
соответствии с дискретностью работы
аппаратуры зондирования и особенности
организации вычислительного процесса в
БКУ [5] могут приводить к неотработке
отдельных маршрутов площадки или сте-
реопары из-за невозможности перенаце-
ливания между ними в рамках реализуе-
мых динамических характеристик систе-
мы ориентации и стабилизации [7].
Постановка задачи
Для повышения эффективности
управления КА предлагается рассчиты-
вать характеристики маршрутов, состав-
ляющих площадку или стереомаршрут,
непосредственно в БКУ. Это позволит
гарантированно реализовать эти виды
съёмки, эффективно использовать дина-
мические возможности системы ориента-
ции и стабилизации аппарата [6, 8, 15].
Цель работы: во-первых, формали-
зовать состав исходных данных и усло-
вия проведения сложных видов съёмки
для всех вариантов их реализации; во-
вторых, разработать алгоритмы декомпо-
зиции площадок и стереомаршрутов на
отдельные маршруты и алгоритмы расчё-
та их характеристик (1), который может
быть реализован в БКУ современных КА
ДЗЗ, т. е. должен удовлетворяет жёстким
ограничениям по скорости сходимости,
объёму и точности вычислений [3].
Алгоритм декомпозиции площад-
ки на отдельные маршруты в БКУ
Сформулируем условия зондирова-
ния при съёмке площадок.
Итак, площадка состоит из набора
маршрутов (рис.2), для которого выпол-
няются следующие условия:
-	набор маршрутов покрывает за-
данную площадь земной поверхности;
-	азимут направления центральных
линий маршрутов площадки совпадает;
-	соседние маршруты по всей
длине имеют непустое пересечение, ми-
нимальная ширина перекрытия определя-
ется фиксированным (заданным) мини-
мальным процентом перекрытия р.
Рис.2. Геометрия съёмки площадки
411

Площадку предлагается описывать
следующим набором параметров:
{Хц, Фц, А, Омах, АН, В, L, р, А},
где Хц, фц -долгота и геоцентрическая
широта центральной точки площадки;
А - азимут центральной линии площадки;
АН - среднее превышение над общезем-
ным эллипсоидом для некоторой аппрок-
симации части поверхности Земли [6];
Омах - максимальный угол упреждения
для маршрутов площадки;
N - количество маршрутов, достаточное
для покрытия площадки.
Основные условия формирования
ПУУД КА для съёмки площадок: обеспе-
чение заданных размеров и необходимого
перекрытия по всей длине маршрутов
площадки, учёт максимальных углов от-
клонения оси визирования ЦА от верти-
кали при съёмке маршрутов площадки в
обеспечение требуемого разрешения.
Параметры площадки (2) могут
быть решением задачи оптимального
многомаршрутного сканирования произ-
вольного района зондирования, харак-
терные размеры которого существенно
превышают ширину полосы захвата АЗ
КА. В терминах теории оптимальных по-
крытий, нам предстоит найти такую си-
стему N «центров», что N —> min при за-
данном £о > 0, где £о - определяет ширину
маршрутов в зависимости от закона ска-
нирования [6].
Для площадки, состоящей из N
маршрутов, длина L не превосходит дли-
ну каждого маршрута £„ i = 1..N:
L < min
L„z=1..7V,	(3)
суммарная ширина маршрутов
площадки в каждой точке, удалённой на
одно и то же расстояние от ортогональ-
ной ЦЛМ стороны площадки, с учётом
минимального процента перекрытия р,
должна быть не меньше ширины пло-
щадки В:
В <(1-р)х	(4)
i=\
Для улучшения условий работы АЗ
диапазон углов упреждения выбирается
так, чтобы минимизировать максималь-
ную дальность съёмки на всех маршрутах
площадки и изменение дальности на
каждом маршруте площадки:
(2)
Dmax ~>min ,	)=0, I = 1..А. (5)
Условия (4)-(5) определяют необхо-
димое количество маршрутов («цен-
тров») N для съёмки площадки, условия
(3)-(5) - параметры этих маршрутов (1).
При съёмке маршрутов площадки
преимущественно используется азиму-
тальная съёмка с заданным значением
параметра продольного бега изображения
WXY]/D для ЦЛВ [4].
Декомпозицию площадки (2) на
маршруты с параметрами (1), их сопря-
жение с учётом возможностей СУД пред-
лагается проводить в следующей после-
довательности.
1.	По заданным {Хц, фц, А, В, L}
однозначно определяется отрезок на зем-
ной поверхности [(Хн, фн), (Хк, фк)], ко-
торому принадлежат начальные точки
m*0'!) g М п, где Мп- центральные линии
маршрутов площадки. При этом А задает
вектор нормали к отрезку, В - его длину.
За начало отрезка (Хн, Фн) принимается
тот конец, который расположен ближе к
трассе полёта КА.
2.	Оценивается минимально необ-
ходимое количество маршрутов, А, по-
крывающих площадку.
3.	Рассчитываются в первом при-
ближении координаты начальных точек
маршрутов т(^, покрывающих площад-
ку, (XOi, фм)е[(Хн, Фн), (Хк, фк)], i = 1-А.
Расчет координат (Хоь фо;), i = 1..А, про-
водится итерационно. Для первой итера-
ции рассматривается ширина маршрута
площадки в его начальной точке, для по-
следующих итераций - также в середине
и конце маршрутов для обеспечения за-
данного процента перекрытия.
4.	Если А = 2, то значения углов
упреждения Оу(, i = 1,2, для маршрутов
площадки подбираются итерационно та-
ким образом, чтобы угол упреждения на
конец первого маршрута Окм i был равен
по модулю углу упреждения на начало
второго маршрута Оуг: Окм i = -Оуг, |0kmi|
= |Оуг| min, но так, чтобы выполнялись
412

ограничения СУД при перенацеливании
между первым и вторым маршрутами,
или (?2)	где ТП11П- мини-
мальное допустимое время, необходимое
для перенацеливания [7].
Если N = 3, то значения угла упре-
ждения на начало среднего (второго)
маршрута ОУ2 подбирается итерационно
таким образом, чтобы угол упреждения
на конец второго маршрута Окмг = -Фуг-
Значение угла упреждения на начало тре-
тьего маршрута Луз подбирается мини-
мально возможным, чтобы выполнялись
ограничения СУД при перенацеливании
между вторым и третьим маршрутами:
|Оуз| min. Значение угла упреждения
на начало первого маршрута Oyi задается
равным углу тангажа на конец третьего
маршрута, взятому с противоположным
знаком: Лу, = -Лкмз-
Для У > 3, алгоритм расчёта углов
упреждения Лу„ i = 4..N аналогичен алго-
ритму расчёта тЭуз при N = 3.
Если суммарная ширина маршрутов
площадки при рассчитанных углах упре-
ждения, с учётом необходимого перекры-
тия, не достигает заданной, абсолютная
величина углов упреждения для крайних
маршрутов площадки должна быть уве-
личена.
5.	Значения параметра (Мхп/ЕОзад.
который определяет закон сканирования,
для маршрутов площадки рассчитывают-
ся из условия постоянства угла О на
начало наблюдения маршрута.
Если |4отн| > А*, где А* - некоторая
константа, то значения параметра
(УГхп/Е))зад Для маршрутов площадки за-
даются максимальными из реализуемого
АЗ диапазона.
6.	Длительность маршрутов Тм за-
данной длины L в первом приближении
находится из уравнения:
г2+ш т _/ _п
2	ь-и,
где wM(. - величина относительной
скорости движения по земной поверхно-
сти точки пересечения с ней ЦЛВ w м в
начальной точке маршрута, WM0 - вели-
чина производной относительной скоро-
сти движения по земной поверхности
точки пересечения с ней ЦЛВ wM в
начальной точке маршрута.
7.	Уточнение координат начальных
точек маршрутов площадки проводится
по результатам оценки перекрытия меж-
ду соседними маршрутами, для чего
необходимо провести расчёт расстояния
между соседними точками смежных
маршрутов (на начало, середину и конец
маршрутов).
В результате за некоторое конечное
число итераций будут определены все
параметры (1) маршрутов площадки (2),
удовлетворяющие условиям (3)-(5).
Набор параметров (2) содержит все
необходимое для декомпозиции площа-
док на маршруты (1) и однозначно задаёт
площадку на земной поверхности. Разра-
ботанный алгоритм обеспечивает расчёт:
-	координат начальных точек
маршрутов (1) по заданным длине L, ази-
муту съёмки А, координатам геометриче-
ского центра площадки (2);
-	параметра продольного бега
изображения для ЦЛВ маршрутов из
условий Ь = 0 или Л=0 в начальных точ-
ках маршрутов;
-	длительности маршрутов по за-
данным Лу, (И/хп/£))зад, L.
Основное направление совершен-
ствования разработанного алгоритма -
оптимизация по количеству выполняе-
мых итераций.
Варианты реализации стерео-
съёмки
Стереомаршрут может быть одно-
значно описан набором характеристик
(1).
В результате анализа всевозможных
вариантов оперативного получения раз-
норакурсных изображений участков зем-
ной поверхности КА ДЗЗ выбраны два
варианта реализации стереосъёмки, раз-
личающиеся геометрией съёмки и усло-
виями получения стереоизображений
(рис. 3,4).
413

Рис.З. Геометрия стереосъёмки с постоянной
дальностью
Рис.4. Геометрия стереосъёмки с постоянным
стереоуглом 5С
Рассмотрим определение характе-
ристик маршрутов стереопары и процесс
формирования ПУУД КА для стерео-
съёмки с постоянной дальностью D и с
постоянным стереоуглом.
Стереосъёмка с постоянной дально-
стью характеризуется постоянством ве-
личины вектора дальности от центра масс
КА до каждой точки ЦЛМ. Характери-
стики маршрутов стереопары предлагает-
ся рассчитывать из условий:
1)	ЦЛМ задаётся координатами
начальной или средней точки, длиной и
направлением съёмки;
2)	угол упреждения на начало пер-
вого маршрута 0yi=t)y>0;
3)	дальность от КА до начальной
точки ЦЛМ второго маршрута стереопа-
ры совпадает с дальностью до начальной
точки ЦЛМ первого маршрута;
4)	время начала первого маршрута
стереопары Ihmi рассчитывается по углу
упреждения Оу г второго маршрута - 1нм2
- определяется таким образом, чтобы
дальность до начальной точки ЦЛМ вто-
рого маршрута стереопары совпадала с
дальностью до начальной точки ЦЛМ
первого маршрута, 0у2<0;
5)	длительность маршрутов стерео-
пары определяется длиной стереомарш-
рута;
6)	скорость бега изображения для
центральной линии каждого маршрута
стереопары рассчитывается из условия
равенства нулю производной модуля век-
тора дальности на время начала наблю-
дения.
Стереосъёмка с постоянным сте-
реоуглом в простейшем случае реализу-
ема для маршрутов, расположенных
вдоль трассы полёта КА. Для околокру-
говых рабочих орбит КА постоянство
стереоугла обеспечивается постоянством
ЦЛВ в ОСК, что выполняется при съёмке
с постоянными углами тангажа и крена.
Условия формирования ПУУД КА анало-
гичны предыдущему случаю, за исклю-
чением расчёта азимута и параметра бега
изображения, которые не задаются, а
определяются из условий постоянства
углов тангажа и крена.
Следует отметить, что при решении
задачи съёмки стереомаршрута макси-
мальной длины при заданных углах
упреждения или задачи расчёта углов
упреждения для съёмки маршрутов за-
данной длины может использоваться
предложенный алгоритм для расчёта ха-
рактеристик маршрутов, составляющих
площадку (сам стереомаршрут может
рассматриваться как площадка из двух
маршрутов с полным перекрытием).
Заключение
Таким образом, в статье изложены
условия реализации сложных видов
съёмки: съёмки площадок и стереосъёмки
участков земной поверхности, предложен
вариант автономного расчёта характери-
стик маршрутов при реализации сложных
видов съёмки в процессе формирования
программ управления в БКУ перспектив-
ных КА ДЗЗ. Условия формирования
ПУУД КА для сложных видов съёмки
определяют последовательность и алго-
ритм расчёта характеристик маршрутов,
составляющих площадку и стереомарш-
рут, на базе реализованных в БКУ КА
414

«Ресурс-П» видов съёмки. Предложены
алгоритмы декомпозиции площадки и
стереомаршрута на отдельные маршруты,
реализация которых в БКУ позволит уве-
личить общую эффективность эксплуата-
ции КА. Алгоритмы могут быть реализо-
ваны в БКУ перспективных КА ДЗЗ.
Библиографический список:
1.	Аншаков Г.П., Мантуров А.И.,
Усталов Ю. М., Горелов Ю. Н. Управле-
ние угловым движением космического
аппарата дистанционного зондирования /
Общероссийский научно-технический
журнал «Полёт». - 2006. - №6. - С. 12-18.
2.	Горелов Ю.Н., Данилов С.Б.,
Аншаков Г. П., Мантуров А.И.,
Усталов Ю.М. Теоретические основы и
методы синтеза интегральных программ
управления угловым движением косми-
ческих аппаратов дистанционного зонди-
рования множества районов наблюдения
переменного состава на длительных вре-
менных интервалах / Сборник докладов
XVI Санкт-Петербургской международ-
ной конференции по интегрированным
навигационным системам. - СПб.: ОАО
«Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», -
2009. - С. 232-244.
3.	Аншаков Г.П., Мантуров А.И.,
Мочалов В. А., Юрин В. Е. Организация
решения целевых задач в бортовых ком-
плексах управления КА зондирования /
Сборник докладов «XVIII Санкт-
Петербургской международной конфе-
ренции по интегрированным навигаци-
онным системам». - СПб.: ОАО «Кон-
церн «ЦНИИ «Электроприбор», - 2011. -
С. 263-269.
4.	Галкина А.С., Мантуров А.И.,
Рублёв В. И., Юрин В. Е., Анализ точно-
сти формирования и реализации про-
грамм управления угловым движением
космического аппарата при использова-
нии системы спутниковой навигации /
Гироскопия и навигация. - 2010. - № 1. -
С. 15-25.
5.	Галкина А.С., Мантуров А.И.,
Пыринов Н.И., Юрин В.Е., Использова-
ние вычислительных методов при пара-
метризации программы управления угло-
вым движением в бортовых комплексах
управления космических аппаратов ди-
станционного зондирования Земли /
Вестник Самарского государственного
аэрокосмического университета им. ака-
демика С.П. Королёва (национального
исследовательского университета). -
2012.-№4(35).-С. 59-68.
6.	Горелов Ю.Н., Курганская Л.В.,
Мантуров А. И., Соллогуб А.В.,
Юрин В.Е., К задаче оптимизации про-
грамм управления угловым движением
космического аппарата дистанционного
зондирования Земли / Гироскопия и
навигация. -2014. - № 1 (84). - С. 81-97.
7.	Занин К.А., Хайлов М.Н., Фор-
мирование требований к динамике кос-
мических аппаратов дистанционного
зондирования земли / Общероссийский
научно-технический журнал «Полёт». -
2009. - №5. - С. 32-37.
8.	Горелов Ю.Н., Юрин В.Е., Об
оптимальном многомаршрутном скани-
ровании для космических аппаратов ди-
станционного зондирования Земли / Из-
вестия СНЦ РАН. - 2013. - Т.15. № 6. -
С. 140-147.
9.	Бородин М.С., Технология ска-
нирования в оптико-электронной косми-
ческой съёмке / Космонавтика и ракето-
строение. - 2008. - №2(51).- С. 75-82.
10.	Астафьев А.Г., Крошин В.М.,
Оперативная стереосъёмка космическими
аппаратами оптико-электронного наблю-
дения / Полет, - 2007. - №4. - С. 21-25.
11.	Кронберг П., Дистанционное
изучение Земли. Основы и методы ди-
станционных исследований в геологии. /-
М.: Мир, 1988.
12.	Обиралов А.И., Лимонов А.Н.,
Гаврилова Л.А., Фотограмметрия и ди-
станционное зондирование. - М.: Колос
С, 2006, - 334 с.
13.	Горелов Ю.Н., Мантуров А.И.,
Юрин В.Е., Пыринов Н.И., Разработка
алгоритмов автономного формирования
программ управления аппаратом зонди-
рования для съёмки площадок. / Сборник
трудов XVII Всероссийского Научно-
технического семинара по управлению
движением и навигации ЛА: 4.1. (Сама-
ра, 18-20 июня 2014 г.) / Самара: Изд-во
СНЦ РАН.-2014.-С. 103-ПО, - 8 с.
415

14.	Горелов Ю.Н., Мантуров А.И.,
Юрин В.Е., Пыринов Н.И., Формирова-
ние программ управления угловым дви-
жением КА для стереосъёмки земной по-
верхности / Сборник материалов XXII
Санкт-Петербургской международной
конференции по интегрированным нави-
гационным системам/ C-Пб.: АО "Кон-
церн "ЦНИИ "Электроприбор". - 2015. -
С. 103-106.-4 с.
15.	Горелов Ю.Н., Морозова М.В.,
Юрин В.Е., Пыринов Н.И., Метод синте-
за оптимального управления для квази-
линейных систем при моделировании пе-
ренацеливания аппаратуры зондирования
космического аппарата / Сборник трудов
XVII Всероссийского Научно-
технического семинара по управлению
движением и навигации ЛА: 4.1. (Сама-
ра, 18-20 июня 2014 г.) / Самара: Изд-во
СНЦ РАН. -2015. - С.54-61. - 8 с.
References:
1.	Anshakov G.P., Manturov A.I., Us-
talov Yu.M., Gorelov Yu.N., Angular mo-
tion control of remote sensing, Ob-
shcherossiiskii nauchno-tekhnicheskii zhur-
nal «Polyot». 2006. No. 6. - Pp. 12-18.
2.	Gorelov Yu.N., Danilov S.B., An-
shakov G.P., Manturov A.I., Ustalov Yu.M.,
Theory and synthesis methods of integral
control programs of Earth remote sensing
satellites angular motion of different obser-
vation areas of variable composition on
long-duration time interval, Sbomik dokla-
dov XVI Sankt-Peterburgskoi mezhdu-
narodnoi konferentsii po integrirovannym
navigatsionnym sistemam, St. Petersburg,
JSC Concern TsNII “Electropribor”, 2009. -
pp. 232-244.
3.	Anshakov G.P., Manturov A.I.,
Mochalov V.A., Yurin V.E., Mission tasks
solutions in sensing satellite’s onboard con-
trol systems, Sbomik dokladov XVIII Sankt-
Peterburgskoi mezhdunarodnoi konferentsii
po integrirovannym navigatsionnym siste-
mam, St.Petersburg, JSC Concern TsNII
“Elektropribor”, 2011, pp. 263-269.
4.	Galkina A.S., Manturov A.I., Ru-
blev V.I., Yurin V.E., Analysis of generation
accuracy and realization of satellite attitude
control programs in satellite navigation sys-
tems usage, Giroskopiya i Navigatsiya.
2010. No l.Pp. 15-25.
5.	Galkina A.S., Manturov A.I.,
Pyrinov N.I., Yurin V.E., Calculations usage
during parameterization of control program
in onboard control systems of Earth remote
sensing satellites, Vestnik Samarskogo
gosudarstvennogo aerokosmicheskogo uni-
versiteta imeni akademika S.P. Koroleva
(natsional'nogo issledovatel'skogo universi-
teta). 2012. No 4 (35). Pp. 59-68.
6.	Gorelov Yu.N., Kurganskaya L.V.,
Manturov A.I., Sollogub A.V., Yurin V.E.,
Optimization of control program of Earth
remote sensing satellites angular motion,
Giroskopiya i Navigatsiya. 2014. No 1 (84).
Pp. 81-97.
7.	Zanin K.A., Khaylov M.N., Re-
quirement generation to dynamics of Earth
remote sensing satellites, Obshcherossiiskii
nauchno-tekhnicheskii zhumal «Polyot».
2009. No. 5. Pp. 32-37.
8.	Gorelov Yu.N., Yurin V.E. About
optimal multi-route imaging for Earth re-
mote sensing satellites, Izvestiya SNTs
RAN, 2013, vol. 15, No. 6, pp. 140-147.
9.	Borodin M.S. Scanning technology
in optoelectronic space imaging, Kos-
monavtika i raketostroenie, 2008, no. 2(51),
pp. 75-82.
10.	Astafev A.G., Kroshin V.M. Fast
stereo imaging by optoelectronic observa-
tion satellites, «Polyot», 2007, no. 4, pp. 21-
25.
11.	Kronberg P., Distantsionnoe
izuchenie Zemli. Osnovy i metody dis-
tantsionnykh issledovanii v geologii, Mos-
cow, Mir, 1988.
12.	Obiralov A.I., Limonov A.N.,
Gavrilova L.A., Fotogrammetriya i dis-
tantsionnoe zondirovanie, Moscow, KolosS,
2006, 334 p.
13.	Gorelov Yu.N., Manturov A.I.,
Yurin V.E., Pyrinov N.I., Razrabotka algo-
ritmov avtonomnogo formirovaniya pro-
gramm upravleniya apparatom zondirovani-
ya dlya syemki ploshadok / Sbornik trudov
XVII Vserossiyskogo Nauchno-
technicheskogo seminara po upravleniyu
dvizheniem i navigatsii LA, -2014. Part.l.
pp. 103-110.
416

14.	Gorelov Yu.N., Manturov A.L,
Yurin V.E., and Pyrinov, N.L, Generation of
satellite attitude control programs for stereo
imaging / Sbomik dokladov ХХП Sankt-
Peterburgskoi mezhdunarodnoi konferentsii
po integrirovannym navigatsionnym siste-
mam, St.Petersburg, JSC Concern TsNII
“Elektropribor”, 2015, pp. 103-106.
15.	Gorelov Yu.N., Morozova M.V.,
Yurin V.E., Pyrinov N.L, Metod sinteza op-
timalnogo upravleniya dlya kvazilineynih
system pri modelirovanii perenatselivaniya
apparaturi zondirovaniya kosmicheskogo
apparata. / Sbomik trudov XVII Vse-
rossiyskogo Nauchno-technicheskogo semi-
nara po upravleniyu dvizheniem i navigatsii
LA, -2014. Part.l. pp. 54-61.
GENERATION OF SATELLITE ATTITUDE CONTROL PROGRAMS FOR
COMPLEX IMAGING TYPES
© 2015 A.I. Manturov1, V.E. Yurin1, N.L Pyrinov1, Yu.N. Gorelov2
*JSC «SRC «Progress», Samara
2Samara State University, Samara
The article deals with autonomous generation of the Earth remote sensing (ERS) satellite attitude control
programs (SACP) in an onboard control system (OCS) for stereo imaging to increase the overall efficiency of prom-
ising ERS satellite operation. Conditions and characteristics of SACP generation during route stereo imaging are
presented in the article. These conditions defines computational algorithms and characteristics of control programs
appropriate of stereo pairs routes. The algorithms can be implemented in an OCS of promising ERS satellites.
Key words: attitude control program, sensing conditions, stereo imaging, route, stereo route
Информация об авторах:
Мантуров Александр Иванович, доктор технических наук, профессор, начальник
отдела, акционерное общество «Ракетно-космический центр «Прогресс», Россия, 443009,
г. Самара, ул. Земеца, 18, Телефон (846) 228-94-47, Факс (846) 992-65-18,
E-mail: aimanturov@mail.ru.
Пыринов Никита Иванович, аспирант, инженер-конструктор 2 категории, АО
«РКЦ «Прогресс», Россия, 443009, г. Самара, ул. Земеца, 18, Телефон (846) 228-91-71
Юрин Виталий Евгеньевич, аспирант, заместитель начальника отдела, АО «РКЦ
«Прогресс», Россия, 443009, г. Самара, ул. Земеца, 18, Телефон (846) 228-91-71,
Факс (846) 992-65-18, E-mail: vurin.vit@yandex.ru.
Горелов Юрий Николаевич, доктор технических наук, профессор кафедры диффе-
ренциальных уравнений и теории управления, Самарский государственный университет,
Россия, 443011 г. Самара, ул. Академика Павлова, 1, Телефон (846) 335-86-75, E-mail:
yungor07@mail.ru.
Manturov Alexander Ivanovich, Doctor of Engineering, Professor, Chief of Department,
JSC “SRC “Progress”, 18, Zemetsa Str., Samara, Russia, 443009, Telephone (846) 228-94-47,
Fax (846) 992-65-18, E-mail: aimanturov @mail.ru.
Pyrinov Nikita Ivanovich, post-graduate student, Design Engineer of the 2nd category,
JSC “SRC “Progress”, 18, Zemetsa Str., Samara, Russia, 443009, Telephone (846) 228-91-71
Yurin Vitaliy Yevgenyevich, post-graduate student, Deputy Chief of Department, Join
Stock Company “Space Rocket Centre “Progress”, 18, Zemetsa Str., Samara, Russia, 443009,
Telephone (846) 228-91-71, Fax (846) 992-65-18, E-mail: vurin.vit@yandex.ru.
Gorelov Yuriy Nikolaevich, Doctor of Engineering, Professor at a SamSU’s chair of dif-
ferential equation and control theory, Samara State University, 1, Akademika Pavlova Str., Sa-
mara, Russia, 443011, Telephone (846) 335-86-75, E-mail: yungor07@mail.ru.
417

УДК 629.78.05
БОРТОВЫЕ АЛГОРИТМЫ ПЕРЕОРИЕНТАЦИИ КОСМИЧЕСКИХ
АППАРАТОВ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ
©2015 В.Е. Юрин
АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Рассматривается задача переориентации космического аппарата (КА) за определённый промежуток
времени из некоторого начального в некоторое заданное конечное угловое положение. Рассмотрены
особенности разработки бортовых алгоритмов на примере функционирующих в данное время (середина
2015 года) КА ДЗЗ «Ресурс-ДК» и пары КА «Ресурс-П». Описаны особенности разработки и
функционирования бортовых алгоритмов расчёта программы управления угловым движением КА на
участках переориентации.
Ключевые слова: космический аппарат, бортовой комплекс управления, перенацеливание, оптималь-
ное управление, переориентация, двухточечная краевая задача
Введение
Управление движением современ-
ного космического аппарата (КА) тесно
связано с процессами управления угло-
вым движением относительно центра
масс КА, характер которого напрямую
зависит от выполняемых аппаратом целе-
вых задач. Например, для решения задач
съёмки земной поверхности современ-
ным высокопроизводительным КА ди-
станционного зондирования Земли (ДЗЗ)
требуется обеспечить его вращательное
движение с угловой скоростью до не-
скольких градусов в секунду относитель-
но произвольной оси [1-4].
В работе рассматривается задача
переориентации КА за определённый
промежуток времени из известного
начального в заданное конечное угловое
положение. Эта задача реализуется каж-
дым современным КА ДЗЗ на различных
участках полёта [3]: при переводе аппа-
рата из ориентации, необходимой для
выдачи импульса коррекции орбиты, в
ориентацию, обеспечивающую заряд
солнечных батарей либо работу системы
спутниковой навигации, между участка-
ми съёмки земной поверхности (так
называемыми маршрутами съёмки),
звёздного поля, а также пространствен-
ных объектов. При этом всегда решается
задача управления, которая в указанных
выше случаях сводится к двухточечной
краевой задаче на заданном временном
интервале [4]. Решением каждой такой
задачи является программа (закон)
управления угловым движением (ПУУД)
КА [1-7, 14]. Как правило, эти задачи
имеют множество решений [4, 13, 17].
Эффективные решения позволяют суще-
ственно увеличить производительность
КА по целевому назначению и обеспе-
чить необходимую точность ориентации
КА при съёмке или маневрировании [6-
7].
1.	Постановка задачи
Рассматривается управление пере-
ориентацией космического аппарата (КА)
на интервале [/о, tf ] в случае, когда зада-
ются произвольные граничные условия
для кинематических характеристик угло-
вого движения КА [2, 6-9], которые в об-
щем виде описываются следующими
уравнениями:
dtpldt =а> + ftp, dco/dt = Ви +f0) ,	(1)
где ср - вектор параметров ориентации
КА;
со - вектор его угловой скорости;
Др = ф, (d) - функции, обусловленные
нелинейными членами;
В - матрица эффективности для управ-
ляющих параметров;
U = СО1(«|, U2, uf).
Манёвр задан граничными услови-
ями:
tfVo) = #) , co(to) = СОо , <p(tf )=(pf, co(tf) =
(Of, (2)
418

где (po, <Pf, coo, d>f - некоторые константы,
определяющие граничные состояния КА
на интервале [/о, tj ]•
Предполагается, что управляющие
параметры и удовлетворяют ограничени-
ям:
||и(т )||(1 < 1 для всех т е [Го, Г/ ], ц = 2, со , (3)
где______________||и(т)||2___________=
у/иЦт) + иЦт) + u^(t)VuKt) + и|(т) + и|(т)
, ||и(г)||оо = шах„=1,2,з |и„(т)|;
критерий оптимальности: тахте[,0>
||и(т)||м—>min, ц = 2, со.
Необходимо отметить, что эффек-
тивность решения задачи переориентации
КА напрямую зависит от степени соот-
ветствия ограничений (3) возможностям
реализующей системы, в данном случае -
системы ориентации и стабилизации КА
[Ю].
2.	Бортовые алгоритмы форми-
рования ПУУД КА
ПУ УД КА определяет программное
положение КА в инерциальной системе
координат. Принципы формирования
ПУУД КА, состав ИД для расчёта ПУУД
КА на участках зондирования рассмотре-
ны в работах [1, 2] для КА «Ресурс-ДК».
Реализуемые виды съёмки и особенности
алгоритмов расчёта ПУУД КА на марш-
рутах подробно описаны в [3, 11, 15, 16].
Автономность БКУ налагает жёст-
кие требования к его алгоритмическому
обеспечению. Стандартные требования к
алгоритмам [12] - дискретность, конеч-
ность, детерминированность, «понят-
ность», массовость, результативность,
отсутствие ошибок - методически учи-
тываются при разработке и отладке бор-
товых алгоритмов. Кроме того, они до-
полняются ограничениями на размер реа-
лизующей алгоритм программы, допу-
стимое время её выполнения, объём па-
мяти, отводимый под хранение результа-
тов расчёта, возможность и целесообраз-
ность использования некоторых стан-
дартных функций. Также при разработке
бортовых алгоритмов учитываются такт
работы бортовой аппаратуры, скорость
выполнения вычислительных операций и
точность, реализуемая бортовой вычис-
лительной системой.
В работах [4, 5] показаны особенно-
сти параметризации ПУУД КА для раз-
личных участков полёта. Рассчитанные в
БКУ программы управления интерполи-
руются полиномами, поскольку в сравне-
нии с другими классами функций ско-
рость работы со степенными функциями
в БКУ максимальна. Основной задачей
при выборе параметров интерполяции
программ управления степенными
сплайн-функциями: шага, степени, узлов
интерполяции, является обеспечение тре-
буемой точности выполнения условий
формирования ПУУД КА [4]. Для участ-
ков переориентации условиями расчёта
программ управления являются гранич-
ные условия (2) и ограничения (3).
Вследствие перечисленных ограни-
чений бортовые алгоритмы, как правило,
носят специальный характер: они не яв-
ляются универсальными, поскольку
предназначены для решения конкретных
задач в ограниченном диапазоне измене-
ния исходных данных. По тем же причи-
нам предложенные в [6-9, 17] алгоритмы
решения задачи (1)-(2) с ограничениями
(3) методом последовательных прибли-
жений, несмотря на универсальность и
эффективность, не могут быть реализо-
ваны в БКУ КА ДЗЗ без дополнительных
оптимизаций.
3.	Реализация бортовых алго-
ритмов переориентации КА
Параметры, определяющие про-
грамму управления, рассчитываются в
БКУ КА «Ресурс-ДК» и «Ресурс-П» в ви-
де законов изменения углов тангажа i?(t),
крена y(t) и рыскания ф(С) КА. Подоб-
ный подход позволяет свести задачу про-
странственной переориентации КА к
тройке плоских поворотов. При этом уг-
лы тангажа В, крена у и рыскания ф
имеют наглядный физический смысл и в
каждый момент времени дают представ-
ление об угловом положении КА в орби-
тальной системе координат (ОСК) [4].
Необходимое условие формирова-
ния ПУУД КА - непрерывность измене-
ния управляющих параметров, которыми
являются компоненты вектора абсолют-
419

ного углового ускорения КА £ - обеспе-
чивается непрерывностью <p(t);
£ = £(<p(t),0(t),0(t)),
где<р(О = {i9(t),y(t),0(t)},
ФСО =	0(0 =
{т9(0, у (0,0(0}-
При этом набор граничных условий
(2) расширяется:
£(to) = Eb, £(tf) = £f,	(4)
где £о, £f- некоторые константы.
С учётом (4) запишем граничные
условия в текущих обозначениях:
<р(1о) =	,<p(to) = фо, (p(to) =фо, <p(tf) = (pf,
Ф($ = 0/, 0(0 = <Pf, (5)
где фо, фо, <Pf, Ф/, Ф/ - некоторые кон-
станты.
Характеристики системы ориента-
ции и стабилизации КА, которым должны
отвечать программы управления, могут
быть записаны следующим образом:
ll®(Olb^<<iion; ||£(т)||2<£доп; IkWlh^ron,те[г(|,tf], (6)
где &>цоп, £доп, &доп - некоторые кон-
станты.
Таким образом, имеем двухточеч-
ную краевую задачу (1), (5) с ограниче-
ниями (6).
Простейшим решением <p(t) крае-
вой задачи с граничными условиями (5)
является полином пятой степени, коэф-
фициенты которого рассчитываются из
(5). Недостатком такого решения являет-
ся очевидное невыполнение критериев
оптимальности для р = оо как по углу, так
и угловым скоростям и ускорениям. Для
улучшения характеристик решения <p(t)
в классе полиномов пятой степени на из-
делии «Ресурс-ДК 1» отрезок [fo, tf ] раз-
бивается на три участка - «разгона»,
движения с постоянной угловой скоро-
стью и «торможения» [4], на первом и
третьем из которых <p(t) описывается по-
линомами пятой степени, на втором - ли-
нейной функцией (рис. 1).
Рис. 1 - Разбиение участка переориентации
Основная цель разбиения - спрям-
ление полинома пятой степени на
отрезке [//,Г2]<=[^о, Гу].
Тем не менее, отсутствие свобод-
ных параметров при построении решения
краевой задачи с граничными условиями
(5) в виде полиномов пятой степени и их
минимальное количество при прострое-
нии решения в виде сплайн-функции пя-
той степени не позволяет учесть ограни-
чения (6) при формировании законов
управления. На соответствие ограниче-
ниям (6) приходится проверять постро-
енное решение <p(t), что нерационально.
Алгоритм поиска решения постав-
ленной задачи переориентации КА, реа-
лизованный в БКУ КА «Ресурс-П», осно-
ван на кубических полиномиальных
сплайнах.
Аналогично предыдущему реше-
нию, [/о, tf ] разбивается на три участка:
«разгона» [/о, О], движения с постоянной
угловой скоростью [О, /4] и «торможе-
ния»[/4, tf\. Расчёт параметров углового
движения на отрезке [/о, tf ] начинается с
построения кусочно-линейной непрерыв-
ной функции 0(t), интегрируя которую,
получим ф(0 и 07) (рис. 2):
420

Рис. 2 - Общий вид <p(t)
На участках [Гь /2] и [/5, Гб] движе-
ние совершается с максимальным (но не
превышающим допустимое) ускорением
|ф1|—Едоп, |фз|—Едоп- На участке f/3, М
ускорение равно нулю, и
Ф(т) = Фср = у-у2, т e[z3, /4]	(7)
tf~t0
где фСр - константа, которая подлежит
уточнению на очередной итерации.
Значения t\, h, /4, Z5, t^, ф\, фз
являются определяемыми параметрами и
находятся из граничных условий (5) и
ограничений (6). При этом выполнение
ограничений (6) обеспечивается на этапе
построения <p(t).
Площадь заштрихованных на рис.
2 фигур соответствует изменению 0(t)
на участках [Го, г3] и [Г4, Г/]:
|ф(0|£ = fivVdt;
U(t)|£ = O;	(8)
|фЮ|^ = f^yCtldt;
и,аналогично:
Ч(<; =
•	= Фее  (t4 - t3);	(9)
Ф(< = £/ФИ<й.
Значение угловой скорости на
участке [г3> /4] Фср из (7) уточняется из
систем (8)-(9), после чего уточняются па-
раметры tj, Ф1, фз, j=1..6. Общее количе-
ство итераций - три. Оптимальность ре-
шения (fit) определяется выбором правой
части (7) и точек разбиения отрезка
[Го, tf ]. Решения, реализованные в борто-
вом алгоритме переориентации КА
«Ресурс-П» из заданного начального в
заданное конечное угловое положение,
приближают результаты его работы к оп-
тимальным. Это многократно подтвер-
ждено при анализе результатов модели-
рования законов переориентации КА за
период	эксплуатации	КА
«Ресурс-П» №1,2.
Как следует из [4], эффективность
решений краевой задачи (1), (5) в классе
кубических сплайнов заметно выше по
сравнению с решениями в классе поли-
номов и сплайн-функций пятой степени.
Использование кубических сплайнов
позволяет не только учесть ограничения
(6) при построении <p(t), но и за 2-3 ите-
рации сформировать законы управления,
близкие к оптимальным.
Заключение
Таким образом, в работе рассмотре-
ны бортовые вычислительные алгоритмы
переориентации КА «Ресурс-ДК» и «Ре-
сурс-П» из заданного начального в за-
данное конечное положение. Приведён
состав динамических характеристик си-
стемы ориентации и стабилизации КА,
которые должны учитываться при фор-
мировании программ управления угло-
вым движением КА. Изложены ключевые
особенности бортовых алгоритмов пере-
ориентации КА, демонстрирующие эф-
фективность решений поставленной кра-
421

евой задачи в классе кубических сплай-
нов.
Библиографический список:
1.	Аншаков Г.П., Мантуров А.И.,
Усталов Ю.М., Горелов Ю.Н. Управле-
ние угловым движением космического
аппарата дистанционного зондирования /
Общероссийский научно-технический
журнал «Полёт». - 2006. - №6. - С. 12-18.
2.	Горелов Ю.Н., Данилов С.Б.,
Аншаков Г.П., Мантуров А.И.,
Усталов Ю.М. Теоретические основы и
методы синтеза интегральных программ
управления угловым движением косми-
ческих аппаратов дистанционного зонди-
рования множества районов наблюдения
переменного состава на длительных вре-
менных интервалах / Сборник докладов
XVI Санкт-Петербургской международ-
ной конференции по интегрированным
навигационным системам. - СПб.: ОАО
«Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», -
2009. - С. 232-244.
3.	Аншаков Г.П., Мантуров А.И.,
Мочалов В.А., Юрин В.Е. Организация
решения целевых задач в бортовых ком-
плексах управления КА зондирования /
Сборник докладов «XVIII Санкт-
Петербургской международной конфе-
ренции по интегрированным навигаци-
онным системам». - СПб.: ОАО «Кон-
церн «ЦНИИ «Электроприбор», - 2011. -
С. 263-269.
4.	Галкина А.С., Мантуров А.И.,
Пыринов Н.И., Юрин В.Е., Использова-
ние вычислительных методов при пара-
метризации программы управления угло-
вым движением в бортовых комплексах
управления космических аппаратов ди-
станционного зондирования Земли /
Вестник Самарского государственного
аэрокосмического университета им. ака-
демика С.П. Королёва (национального
исследовательского университета). -
2012.-№4(35). -С. 59-68.
5.	Галкина А.С., Мантуров А.И.,
Рублёв В.И., Юрин В.Е., Анализ точно-
сти формирования и реализации про-
грамм управления угловым движением
космического аппарата при использова-
нии системы спутниковой навигации /
Гироскопия и навигация. - 2010. - №1. -
С. 15-25.
6.	Горелов Ю.Н., Курганская Л.В.,
Мантуров А.И., Соллогуб А.В.,
Юрин В.Е. К задаче оптимизации про-
грамм управления угловым движением
космического аппарата дистанционного
зондирования Земли / Гироскопия и
навигация. -2014. - № 1 (84). - С. 81-97.
7.	Горелов Ю.Н. К решению зада-
чи синтеза оптимального управления пе-
реориентацией космического аппарата
при перенацеливании аппаратуры зонди-
рования одним методом последователь-
ных приближений / Известия СНЦ РАН.
- 2014. - Т.16. № 4. - С.127-131.
8.	Горелов Ю.Н., Данилов С.Б.,
Юрин В. Е. Синтез оптимального управ-
ления переориентацией космического ап-
парата одним методом последовательных
приближений / В сб.: Труды XVI Всерос-
сийского научно-технического семинара:
«Управление движением и навигация ле-
тательных аппаратов». Ч. III. - Самара:
Изд-во СНЦРАН. - 2013. - С. 34-40.
9.	Горелов Ю.Н., Юрин В.Е. Об
оптимальном управлении переориента-
цией космического аппарата при перена-
целивании аппаратуры зондирования /
Обозрение прикладной и промышленной
математики. -2013.Т. 20. Вып. 5.
10.	Занин К.А., Хайлов М.Н. Фор-
мирование требований к динамике кос-
мических аппаратов дистанционного
зондирования Земли / Общероссийский
научно-технический журнал «Полёт». -
2009. №5. - С. 32-37.
11.	Горелов Ю.Н., Юрин В.Е. Об
оптимальном многомаршрутном скани-
ровании для космических аппаратов ди-
станционного зондирования Земли / Из-
вестия СНЦ РАН. - 2013. - Т.15. № 6. -
С. 140-147.
12.	Игошин В.И. Математическая
логика и теория алгоритмов. - 2-е изд.,
стер. - М.: ИЦ «Академия», 2008. - 448 с.
13.	Блатов И.А., Горелов Ю.Н.,
Мантуров А.И., Пермяков А.В. Формиро-
вание множества достижимости для ки-
нематических характеристик углового
движения космического аппарата в зада-
чах дистанционного зондирования Земли
422

I Вестник СамГУ - Естественнонаучная
серия. - 2004. №4(34). - С. 201-214.
14.	Бородин М.С. Построение про-
граммных угловых движений космиче-
ского аппарата дистанционного зондиро-
вания / Сборник научных трудов. М.:
Российская академия им. К.Э. Циолков-
ского, НПО им. С.А. Лавочкина. - 2000. -
Вып. 2.
15.	Горелов Ю.Н., Мантуров А.И.,
Юрин В.Е., Пыринов Н.И. Разработка ал-
горитмов автономного формирования
программ управления аппаратом зонди-
рования для съёмки площадок. / Сборник
трудов XVII Всероссийского Научно-
технического семинара по управлению
движением и навигации ЛА: 4.1. (Сама-
ра, 18-20 июня 2014 г.) / Самара: Изд-во
СНЦ РАН. -2014. - С. 103-110. - 8 с.
16.	Горелов Ю. Н., Мантуров А. И.,
Юрин В. Е., Пыринов Н. И. Формирова-
ние программ управления угловым дви-
жением КА для стереосъёмки земной по-
верхности / Сборник материалов XXII
Санкт-Петербургской международной
конференции по интегрированным нави-
гационным системам/ C-Пб.: АО "Кон-
церн "ЦНИИ "Электроприбор". - 2015. -
С. 103-106,-4 с.
17.	Горелов Ю.Н., Морозова М.В.,
Юрин В.Е., Пыринов Н.И. Метод синтеза
оптимального управления для квазили-
нейных систем при моделировании пере-
нацеливания аппаратуры зондирования
космического аппарата / Сборник трудов
XVII Всероссийского Научно-
технического семинара по управлению
движением и навигации ЛА: 4.1. (Сама-
ра, 18-20 июня 2014 г.) / Самара: Изд-во
СНЦ РАН. -2015. - С.54-61. - 8 с.
References:
1.	Anshakov G.P., Manturov A.L,
Ustalov Yu.M., and Gorelov Yu.N. Angular
motion control of remote sensing, Ob-
shcherossiiskii nauchno-tekhnicheskii zhur-
nal «Polyot». 2006. No. 6. - Pp. 12-18.
2.	Gorelov Yu.N., Danilov S.B., An-
shakov G.P.,Manturov A.L, Ustalov Yu.M.
Theory and synthesis methods of integral
control programs of Earth remote sensing
satellites angular motion of different obser-
vation areas of variable composition on
long-duration time interval, Sbomik dokla-
dov XVI Sankt-Peterburgskoi mezhdu-
narodnoi konferentsii po integrirovannym
navigatsionnym sistemam, St. Petersburg,
JSC Concern TsNII “Electropribor”. 2009. -
pp. 232-244.
3.	Anshakov G.P., Manturov A.L,
Mochalov V.A., Yurin V.E. Mission tasks
solutions in sensing satellite’s onboard con-
trol systems, Sbomik dokladov XVIII Sankt-
Peterburgskoi mezhdunarodnoi konferentsii
po integrirovannym navigatsionnym siste-
mam, St.Petersburg, JSC Concern TsNII
“Elektropribor”, 2011, pp. 263-269.
4.	Galkina A.S., Manturov A.L,
Pyrinov N.L, Yurin V.E. Calculations usage
during parameterization of control program
in onboard control systems of Earth remote
sensing satellites, Vestnik Samarskogo
gosudarstvennogo aerokosmicheskogo uni-
versiteta imeni akademika S.P. Koroleva
(natsional'nogo issledovatel'skogo universi-
teta). 2012. No 4 (35). Pp. 59-68.
5.	Galkina A.S., Manturov A.L, Ru-
blev V.L, Yurin V.E. Analysis of generation
accuracy and realization of satellite attitude
control programs in satellite navigation sys-
tems usage, Giroskopiya i Navigatsiya.
2010. No l.Pp. 15-25.
6.	Gorelov Yu.N.,	Kurgan-
skaya L.V., Manturov A.L, Sollogub A.V.,
Yurin V.E. Optimization of control program
of Earth remote sensing satellites angular
motion I Gyroscopy and navigation. -2014.
-№ 1 (84).-Pp. 81-97.
7.	Gorelov Yu.N. By the solution of
satellite reorientation optimal control in
sensing equipment retargeting by one meth-
od of iteration approximation I Izvestiya
SRC RAS. - 2014. V.16. № 4. - Pp.127-
131.
8.	Gorelov Yu.N., Danilov S.B., Yu-
rin V.E. Synthesis of satellite reorientation
optimal control by one method of iteration
approximation. / IncolL: Papers of XVI All-
Russia scientific-and-technological seminar:
Motion control and aircraft navigation. Part
III. Samara: Publishing house SRC RAS. -
2013. - pp. 34-40.
9.	Gorelov Yu.N., Yurin V.E. About
satellite reorientation optimal control in
sensing equipment retargeting. I Review of
423

applied and industrial mathematics. - 2013-
T. 20. Ed. 5.
10.	Zanin K.A., Khaylov M.N., Re-
quirement generation to dynamics of Earth
remote sensing satellites, Obshcherossiiskii
nauchno-tekhnicheskii zhumal «Polyot».
2009. No. 5. Pp. 32-37.
11.	Gorelov Y.N., Yurin V.E. About
optimal multi-route imaging for Earth re-
mote sensing satellites// IzvestiyaSRC RAC.
- 2013. - T.15. № 6. - P. 140-147.
12.	Igoshin V.I. Mathematical logic
and theory of algorithms. - 2nd edition., -
M.: PH “Academiya”, 2008. - 448 p.
13.	Blatov LA., Gorelov Y.N., Man-
turov A.I., Permyakov A.V. Set of attaina-
bility generation for kinematic characteris-
tics of satellite angular motion in Earth re-
mote sensing tasks// Bulletin of SamSU -
Natural-scientific series. 2004. №4(34). P.
201-214.
14.	Borodin M.S. Generation of Earth
remote sensing satellite angular motion
software / Collection of scientific papers.
M.: Russian Academy named after Tsiol-
kovskiy К. E., SPA named after Lavochkin
S.A. 2000. Ed. 2.
15.	Gorelov Yu.N., Manturov A.I.,
Yurin V.E., Pyrinov, N.L, Razrabotka algo-
ritmov avtonomnogo formirovaniya pro-
gramm upravleniya apparatom zondirovani-
ya dlya syemki ploshadok. / Sbomik trudov
XVII Vserossiyskogo Nauchno-
technicheskogo seminara po upravleniyu
dvizheniem i navigatsii LA, -2014. Part.l.
P. 8.
16.	Gorelov Yu.N., Manturov A.L,
Yurin V.E., Pyrinov N.L Generation of sat-
ellite attitude control programs for stereo
imaging I Sbomik dokladov ХХП Sankt-
Peterburgskoi mezhdunarodnoi konferentsii
po integrirovannym navigatsionnym siste-
mam, St.Petersburg, JSC Concern TsNH
“Elektropribor”, 2015, pp. 103-106.
17.	Gorelov Yu.N., Morozova M.V.,
Yurin V.E., Pyrinov N.L, Metod sinteza op-
timalnogo upravleniya dlya kvazilineynih
system pri modelirovanii perenatselivaniya
apparaturi zondirovaniya kosmicheskogo
apparata. I Sbomik trudov XVII Vse-
rossiyskogo Nauchno-technicheskogo semi-
nara po upravleniyu dvizheniem i navigatsii
LA, -2014. Part.l. pp. 54-61.
ON-BOARD EARTH REMOTE SENSING SPACECRAFT REORIENTATION
ALGORITHMS
© 2015 V. E. Yurin
JSC «SRC «Progress», Samara
The article deals with the on-board spacecraft reorientation algorithms. The complete mathematical model of
the spacecraft reorientation is given. There are considered some features and limitations during the on-board algo-
rithm working-out. The efficiency of implemented on-board reorientation algorithms for spacecraft “Resurs-DK”
and “Resurs-P” are demonstrated.
Key words: spacecraft, on-board control complex, redirection, optimal control, reorientation, point-to-point
boundary problem
Информация об авторе:
Юрин Виталий Евгеньевич, аспирант, заместитель начальника отдела, АО «РКЦ
«Прогресс», Россия, 443009, г. Самара, ул. Земеца, 18, Телефон (846) 228-91-71, Факс
(846) 992-65-18, E-mail: yurin.vit@vandex.ru.
Yurin Vitaly Yevgenyevich, post-graduate student, Deputy Chief of Department, JSC
“SRC “Progress”, 18, Zemetsa Str., Samara, Russia, 443009, Telephone (846) 228-91-71, Fax
(846) 992-65-18, E-mail: yurin.vit@yandex.ru.
УДК 629.78.05
424

УДК 629.78.05
АНАЛИЗ ТОЧНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ КА И НАВЕДЕНИЯ
НА ИНТЕРВАЛАХ НАБЛЮДЕНИЯ МАРШРУТОВ
© 2015 А.С. Галкина, И.В. Платошин
АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
В статье рассматриваются вопросы определения допустимой точности к управлению, учитывающие
особенности работы оптико-электронного комплекса (ОЭК) с приборами зарядовой связи временной за-
держки с накоплением. В качестве решения предложен алгоритм определения допустимых погрешностей
отработки углового движения, разработанный с учётом условий формирования углового движения на ин-
тервалах наблюдения. Приведены иллюстрирующий пример расчётов по предложенному алгоритму и оцен-
ка точности наведения на маршруте.
Ключевые слова: скорость бега изображения, сдвиг изображения, погрешность по ориентации, по-
грешность по угловой скорости, наведение, угловое движение, оптическая система, время экспонирования.
В настоящее время большинство
космических аппаратов дистанционного
зондирования Земли имеют высокий уро-
вень пространственного разрешения по-
лучаемой ими информации и высокую
точность картографической привязки ви-
деоданных.
Одним из показателей технического
совершенства КА ДЗЗ является разреша-
ющая способность оптико-электронного
комплекса (ОЭК), которая зависит в
первую очередь от её технических харак-
теристик. Для реализации возможностей
ОЭК по разрешению необходимо обеспе-
чить определённые точностные характе-
ристики системы управления КА на ин-
тервалах наблюдения земной поверхно-
сти [1].
На современных КА ДЗЗ использу-
ются оптические системы с приборами
зарядовой связи с временной задержки и
накоплением (ПЗС ВЗН). Для таких си-
стем время экспонирования одного пик-
селя tn меньше, чем всего элемента раз-
решения tn на количество шагов накоп-
ления пщ в матрице и обратно пропорци-
онально скорости бега изображения Vck в
фокальной плоскости [1-3].
tn = П ’ 1н ~пш 1П’ О)
VCK
где бп - размер пикселя приёмника
изображения.
Скорость бега изображения должна
отрабатываться с требуемой точностью.
Величина её отклонения от номинальной
должна удовлетворять следующим усло-
виям [1-3]:
4VCK < k™	-VCK .	(2)
1Н пш
где ДУск - остаточное отклонение скоро-
сти бега изображения; кем - коэффици-
ент, определяемый влиянием сдвига на
качество получаемого изображения.
Обычно считается, что допустимое сни-
жение качества изображения в результате
смаза достигается при кем - 1/3 [3].
Из соотношений (1) и (2) можно
сделать вывод, что требования к точности
отработки скорости бега изображения
тем выше, чем больше время экспониро-
вания элемента разрешения.
Время экспонирования зависит от
следующих параметров:
-	высоты орбиты КА;
-	реализуемого диапазона скорости
бега изображения в ОЭК;
-максимального значения количе-
ства шагов накопления в матрице ОЭК.
Далее рассматривается зависимость
отклонения скорости бега изображения
от погрешностей отработки углового
движения на маршруте в центре кадра.
При этом проекции скорости ком-
пенсации в инерциальной системе коор-
динат (ИСК) [1] могут быть определены
следующими соотношениями:
-	продольная скорость бега изобра-
жения в центре кадра
425

Vck -(Wxn/D) f -( Dn+cozn- 3D n) f,	(3)
-	поперечная скорость бега изображения в центре кадра
Vck =(wzn/D) f =(V Zn -o>xn-W3DZn) f.	(4)
где f - фокусное расстояние, W3 - пере-
носная скорость наблюдаемой точки, D -
дальность до точки наблюдения, V - ско-
рость центра масс КА (не зависит от точ-
ности управления), Хп. - единичный век-
тор, направленный по оси ОХп про-
граммной системы координат (ПСК),
tt>xn, CQzn - проекции угловой скорости
КА на оси ОХп и OZn ПСК соответ-
ственно, Wxn/D, Wzn/D - параметры про-
дольного и поперечного бега изображе-
ния соответственно. Параметры углового
движения определяются в проекциях на
оси ИСК [4].
Программная система координат
задаёт требуемое положение связанной
системы координат.
Под точностными характеристика-
ми системы управления понимается [3]
отклонение заданного положения осей
ССК от измеренного, которое определя-
ется по каналам тангажа 30, крена Зу и
рыскания Зу (точность отработки по ори-
ентации КА) и разность компонент изме-
ренного и заданного вектора угловой
скорости {5сОу, Зоу, Зсое} (точность отра-
ботки по угловой скорости).
Угловое движение КА рассчитыва-
ется из выполнения следующих условий
для центра кадра [4]:
Wxn/D = (Wxn/D)3Aa,	(5)
Wzn/D = 0,	(6)
а также из условия наведения централь-
ной линии визирования на центральную
линию маршрута [1].
Таким образом, сдвиг изображения
с учётом выражений (2-6) определяется:
где
ь	ПШ
CM“(Wxn/D)3Afl
A(Wxn/D)2+A(Wzn/D)2
(7)
v-w^xn.^jv-w^xn
D	D
V-W3)zn	(v-w3).zn
D	D
*}*	4c
8o)0 = (ozn - (ozn, 8(0y = (oXn ~ cox 11 •
Точностные характеристики систе-
мы управления в составе 6 параметров
определяются из условия не превышения
кем значения 1/3 пкс.
Введём соотношения между пара-
метрами 30, Зу, Зу и ЗсОу, SctXg, 3(0е для
определения допустимых значений:
80 = 8<О0 • тм, 8у = 80, 8у = к • 80,
8(0у = 8(ое, 8(0^ = 8у / тм,	(8)
где к - коэффициент, определяющий со-
отношение между погрешностью по ка-
налу рыскания и погрешностью по кана-
лу тангажа (0<к<1), Тм - максимальная
длительность интервала наблюдения.
Выражение (7) можно преобразо-
вать к квадратному уравнению по пере-
менной 8(00 (8(0у) и определить её вели-
чину относительно погрешностей по ори-
ентации при заданном угловом положе-
нии:
8(00 (8(0у) = F(80,8y,8y,0,y,y).
(9)
Поскольку погрешности по ориен-
тации входят в выражение (7) нелинейно,
их величины можно определить итераци-
онным методом с помощью соотношений
(8-9).
426

Погрешности отработки углового
движения на маршруте оказывают на ве-
личину сдвига изображения наибольшее
влияние при максимальных дальностях
наблюдения, поэтому поиск решения
можно осуществить при максимальных
углах отклонения центральной линии ви-
зирования от положения надира в неко-
тором диапазоне по углу рыскания по
следующей схеме:
1.	Задание первого приближения
параметров 59, 5у, 5\у, 5(Ое(0), 5(Оу<0);
2.	Поиск 5о>0 (5<0у) при макси-
мальных углах отклонения ЦЛВ (9);
3.	Определение максимального
сдвига изображения (7) в зависимости от
50, бу, 5у и 5(0у, 5сое;
4.	Вычисление новых значений на
i-м шаге: 5(0е(1)= 5coe(,1)+h (бсод
остальных 5 параметров по соотношени-
ям (8);
5.	Повтор п. 2-4 до тех пор, пока
разность между !8cDq^ -бсод будет
меньше некоторой малой величины, при
этом величина сдвига изображения при-
близительно равна 1/3.
801", 8у"', 8к|/0>	80(", 8у °, 8\|/<1), 8ы
Рис.1 - Блок-схема алгоритма определения точности управления на интервале наблюдения
На рис. 2, 3 приведён пример угло-
вого движения на маршруте и изменения
сдвига изображения по центу кадра на
интервале наблюдения с погрешностями,
рассчитанными по предложенному алго-
ритму:
59=0,807; 5у=0,807', 5у=О,565'; (10)
5(Ое=0,000960/с, 5(Оу=0,000967с,
5(0у=0,000677с.	(11)
КА движется на околокругой орби-
те с высотой == 450 км, параметр про-
дольного бега изображения равен 0,0154
1/с (5), параметр поперечного бега изоб-
ражения равен нулю для центра кадра,
диапазон изменения угла рыскания ~ 30°,
максимальный угол отклонения ЦЛВ от
положения надира 4°, длительность ин-
тервала наблюдения == 14 с, количество
строк накопления - 192.
Величина сдвига изображения,
определённая по заданным погрешностям
(10-11), на интервале наблюдения (рис. 3)
не превышает 1/3 пкс.
427

Рис. 2 - Пример углового движения на интервале наблюдения маршрута
Сдвиг изображения в икс
0.30322 ---------------------,......................
0.25322
0.20322-	вв
0.15322- -	- - -------------•------------
0.10322-
0.05322-	-----------...................—
0.00322
-0.04678
-0 09678 -
-0.14678
-0.19678
0	4,75	9,75
♦ продол сдвиг
♦ попереч. сдвиг
— Сдвиг
t, с
13,875
Рис.З - Величина сдвига изображения по центру кадру на маршруте
Погрешность отработки углового
движения по каналам тангажа §□ и крена
8у влияет на точность наведения цен-
тральной линии визирования на цен-
тральную линию маршрута.
Максимальная погрешность наве-
дения для приведённого примера углово-
го движения на маршруте составляет
0,154 км.
На рис. 4 приведён пример измене-
ния точности наведения в зависимости от
угла отклонения центральной линии ви-
зирования от положения надира 0 для за-
данной околокруговой орбиты с погреш-
ностями отработки (10-11).
428

Рис. 4 - Точность наведения в зависимости от угла отклонения ЦЛВ от положения надира
Предложенный метод оценивает
влияние погрешности на параметры, вы-
численные относительно центральной
линии визирования, при этом погреш-
ность отработки угловой скорости по ка-
налу рыскания не учитывается. Для
оценки влияние характеристик системы
управления на величину сдвига изобра-
жения по ширине полосы захвата требу-
ется ввести дополнительные соотноше-
ния в предложенный метод.
Требования к точности отработки
углового движения зависят от высоты
орбиты КА, диапазона параметра бега
изображения, количества шагов накопле-
ния. Требования к точности отработки
углового движения становятся более
жёсткими при увеличении высоты орби-
ты КА, количества шагов накопления и
выборе диапазона скоростей бега изоб-
ражения, при котором наблюдение зем-
ной поверхности осуществляется с тан-
гажным замедлением. При увеличении
отклонения ЦЛВ от положения надира
погрешность наведения на маршрут уве-
личивается при управлении на интервале
наблюдения с одинаковой точностью.
Библиографический список:
1.	Аншаков, Г. П. Управление уг-
ловым движением КА ДЗЗ [Текст]/Г. П.
Аншаков, А. И. Мантуров, Ю. М. Уста-
лов, Ю. Н. Горелов //Общероссийский
научно-технический журнал. «Полет». -
2006,-№6.-С. 12-18.
2.	Бородин, М.С. Технология ска-
нирования в оптико-электронной косми-
ческой съёмке [Текст]/М.С. Бородин
//Космонавтика и ракетостроение. - 2008.
-№2(51).-С. 75-82.
3.	Занин К. А. Формирование тре-
бований к динамике космических аппара-
тов дистанционного зондирования Земли
[Текст] / К. А. Занин, М. Н. Хайлов. //
Полёт. - 2009. - №5. - С. 32-37.
4.	Кузнецов П. К. Математическая
модель формирования видеоданных, по-
лучаемых с использованием сканирую-
щей съёмки [Текст]/ П. К. Кузнецов, Б. В.
Мартемьянов И Известия Самарского
научного центра Российской академии
наук. - 2014. - т.16, №6 - С.292-299.
429

ANALYSIS OF SPACECRAFT CONTROL AND TARGETING ACCURACY
AT STRIP IMAGING INTERVALS
© 2015 A.S. Galkina, I.V. Platoshin
JSC «SRC «Progress», Samara
The paper focuses on the feasible control accuracy assessment considering functional characteristics of op-
tronic system with accumulation-mode time-delay charge-coupled devices. An algorithm of angular motion control
acceptable errors assessment is proposed as a solution. This algorithm takes in account conditions of angular motion
generation at imaging intervals. An illustrating example of proposed algorithm calculation and imaging accuracy
evaluation are given in the paper.
Key words: image longitudinal rate, image shift, attitude error, angular velocity error, targeting, angular
motion, optical system, exposure time
Информация об авторах:
Галкина Анастасия Сергеевна, кандидат технических наук, ведущий инженер-
конструктор, АО «РКЦ «Прогресс», Россия, 443009, г. Самара, ул. Земеца, 18, Телефон
(846) 228-91-71.
Платошин Игорь Вячеславович, бакалавр механики, инженер-конструктор, АО
«РКЦ «Прогресс», Россия, 443009, г. Самара, ул. Земеца, 18, Телефон (846) 228-91-71.
Anastasia S. Galkina, Candidate of Engineering, Senior Design Engineer, JSC «SRC
«Progress», 18 ul. Zemetsa, Samara, Russia, 443009, ph. (846) 228-91-71.
Igor V. Platoshin, Bachelor of Mathematics and Mechanics, Design Engineer, JSC «SRC
«Progress», 18 ul. Zemetsa, Samara, Russia, 443009, ph. (846) 228-91-71.
430

УДК 629.78.05
АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ НАВИГАЦИОННЫХ ОПРЕДЕЛЕНИИ
КА «РЕСУРС-П» С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НАВИГАЦИОННОГО ПОЛЯ ГЛОНАСС
И СОВМЕСТНОГО НАВИГАЦИОННОГО ПОЛЯ СИСТЕМ ГЛОНАСС И GPS
©2015 А.И. Мантуров, В.И. Рублев, О.А. Горбенко, Е.К. Яковлев
АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Важнейшие свойства спутниковой навигации, как глобальность и малая зависимость от погодных
условий, возможность проведения измерений в любой точке Земли и околоземного пространства, позволяют
успешно использовать ее в контуре управления космическим аппаратом (КА) наблюдения и обеспечении их
автономного функционирования. Рассматриваются вопросы обоснования состава, построения и оценки
точности спутниковой навигации КА при использовании в ней радионавигационных сигналов от глобаль-
ных навигационных спутниковых систем.
Ключевые слова: навигационное обеспечение, бортовой комплекс управления, система спутниковой
навигации
Введение
Решение задач, выполняемых со-
временными КА наблюдения, суще-
ственным образом зависит от точности
используемой навигационной информа-
ции, которая влияет на:
-	точность формирования и отра-
ботки на борту аппаратов программ
управления движением в обеспечение
выполнения требований по решению за-
дач наблюдения;
-	точность определения характери-
стик, используемых для обеспечения не-
обходимого качества получаемых сним-
ков земной поверхности.
Эксплуатация космических аппара-
тов наблюдения предполагает примене-
ние в бортовых комплексах управления
навигационной информации, получаемой
как бортовыми, так и наземными сред-
ствами.
Разработка и создание КА наблю-
дения связывается с применением систем
автономной навигации, как перспектив-
ным направлением развития систем
управления аппаратами. На аппаратах
первого поколения, созданных в 1970-
1980 годах, использовались разработан-
ные ГН11РКЦ «ЦСКБ-Прогресс»
(г. Самара) астрорадиотехнические си-
стемы навигации [1,4]. Эти системы сыг-
рали важную роль в повышении показа-
телей эффективности КА, по сравнению с
аппаратами, для которых навигационная
информация получалась наземными
средствами.
Однако, уже в 80-х годах с началом
развертывания глобальных навигацион-
ных спутниковых систем (ГНСС) [3] про-
водились проектные разработки по со-
зданию систем спутниковой навигации.
Система спутниковой навигации (ССН)
бортового комплекса управления (БКУ)
КА «Ресурс-ДК 1», запущенного в 2006
году, успешно эксплуатируемого в насто-
ящее время, позволяет обеспечивать ав-
томатическое снабжение навигационной
информацией процесс управления аппа-
ратом [2, 3].
30 сентября 2013 г. после заверше-
ния летно-конструкторских испытаний
введен в штатную эксплуатацию КА
«Ресурс-П» №1, а 30 мая 2015 г. КА
«Ресурс-П» №2 разработки ГНПРКЦ
«ЦСКБ-Прогресс» (г. Самара), которые
предназначены для высокодетального,
детального широкополосного и гипер-
спектрального оптико-электронного
наблюдения поверхности Земли. Для
обеспечения решения целевых задач ап-
парата в составе БКУ используется си-
стема спутниковой навигации, которая
является основным источником получе-
ния навигационной информации для бор-
тового и наземного контуров управления
КА, а также для комплекса обработки по-
лучаемой целевой информации.
431

Точностные характеристики систе-
мы спутниковой навигации зависят от
точности навигационного поля системы
ГЛОНАСС, геометрии сеанса навигаци-
онных определений, аппаратурных по-
грешностей приемника радионавигаци-
онных сигналов, погрешностей использу-
емой в БКУ бортовой модели движения
центра масс. С целью уменьшения влия-
ния перечисленных выше факторов сни-
жения точности получения навигацион-
ной информации в ССН предусматрива-
ется статистическая обработка (фильтра-
ция) результатов одномоментных навига-
ционных определений (ОНО).
Функциональные задачи системы
К решению навигационной задачи
системой навигации в БКУ предъявляют-
ся специальные требования и ограниче-
ния:
-	обеспечение потребителей в БКУ
навигационной информацией должно
быть непрерывным и не зависеть от ре-
жима поступления измерений в систему
навигации;
-	логика работы системы должна
отвечать требованиям по точности, что
определяется режимом выполнения целе-
вых задач;
-	для обеспечения потребителей
навигационной информацией на времен-
ных промежутках без навигационных из-
мерений используются необходимые мо-
дели движения центра масс КА для про-
гнозирования параметров движения;
-	формирование в составе кон-
трольной информации необходимого ко-
личества получаемой в ССН навигацион-
ной информации для последующей пере-
дачи в наземный комплекс управления
(НКУ).
Перечисленные ограничения опре-
деляют специфику требований, предъяв-
ляемых к решению навигационной зада-
чи в БКУ, и выбора алгоритмического
состава программного обеспечения.
В качестве измерительной инфор-
мации в системе навигации используются
измерения дальности D и относитель-
ной скорости КА D по отношению к
навигационным спутникам ГНСС.
При выборе алгоритмического и
программного обеспечения (ПО) ССН
учитываются возможности бортовой
цифровой вычислительной машины
(БЦВМ).
Общая схема решения навигацион-
ной задачи системой предполагает реали-
зацию следующих основных задач:
—	получение измерений /); и /);-
на некоторый момент времени t;
—	определение на момент времени t
параметров движения г, v ;
-	определение параметров движе-
ния по результатам статистической обра-
ботки совокупности одномоментных
навигационных измерений на некотором
интервале времени.
В навигационной аппаратуре си-
стемы проводятся измерения навигаци-
онных параметров (псевдодальности и
псевдоскорости) до навигационных спут-
ников (НС) и определяется местоположе-
ние и скорость КА. Использование ОНО
осуществляется с учетом необходимости
защиты от использования недостоверной
информации о параметрах движения при
возможных сбоях в работе измеритель-
ной аппаратуры.
В результате совместной обработки
ОНО на участке орбитального полета с
использованием модели движения КА на
орбите получается навигационная оценка
параметров движения центра масс
(ПДЦМ) с ошибкой значительно меньше-
го уровня. Кроме того, использование
протяженного мерного интервала модели
движения в алгоритме обработки ОНО
обуславливает возникновение корреля-
ционных зависимостей в векторе ошибок
навигационной оценки, значительно
снижающих погрешность определения
периода орбиты.
Структурное построение системы
В качестве навигационной аппара-
туры на КА типа «Ресурс» используется
бортовое синхронизирующее координат-
но-временное устройство (БСКВУ), раз-
работанное ОАО РИРВ по техническому
заданию ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» и
решающее функциональные задачи по
432

проведению измерений £>z, £>{- и получе-
нию результатов одномоментных навига-
ционных измерений [3,4].
Программно-алгоритмическое
обеспечение ССН реализует следующие
функциональные задачи:
-	организация взаимодействия ал-
горитмов ПО ССН по получению навига-
ционной	информации
(периодическое включение программ
ССН с целью выдачи ПДЦМ КА в БКУ и
формирования контрольной информации
о работе ССН);
-	управление БСКВУ в предусмот-
ренных режимах работы: съёма шкалы
времени БСКВУ, съёма навигационной
информации (ОНО) и контроля работо-
способности БСКВУ;
-	определение ПДЦМ КА с ис-
пользованием метода динамической
фильтрации;
-	формирование массивов навига-
ционной и контрольной информации, вы-
дачи их в зоны ИОК и ПрТМИ для кон-
троля функционирования ССН, оценки
характеристик ССН и использования в
НКУ;
-	прогнозирование ПДЦМ КА на
необходимый момент времени.
Структурная схема алгоритмиче-
ского обеспечения ССН приведена на
рис. 1.
Система спутниковой навигации
Программное обеспечение
Получение
измерений
ДР
Управление
системой
Статистическая [
обработка J
результатов i
Определение
Z, г, v
Управление
и контроль
БСКВУ
Формирование
массивов
навигационной
информации
Навигационная
информация
для БКУ
Навигационная
информация
для НКУ
Рис. 1. Структурная схема алгоритмического обеспечения системы
Исходя из требований, предъявляе-
мых к точности навигационного обеспе-
чения на КА «Ресурс-ДК 1», реализована
система спутниковой навигации с харак-
теристиками:
-	в качестве навигационной аппа-
ратуры использовано одночастотное 16-
ти канальное БСКВУ, работающее по ра-
дионавигационным сигналам стандарт-
ной точности навигационных систем
ГЛОНАСС и GPS, при этом отсутствует
возможность проведения навигационных
измерений по НС с отрицательными ли-
терами частот, а также возможность
устранения ионосферной составляющей
погрешностей ОНО;
-	в программном обеспечении
проводится статистическая обработка ре-
зультатов ОНО на интервале от 20 до 120
мин (минимальный интервал обработки
20 мин, максимальный интервал обра-
ботки 120 мин, периодичность обновле-
ния навигационной информации в БКУ
20 мин) с периодичностью поступления
первичной навигационной информации
из БСКВУ 2 мин (дальнейшее уменьше-
ние дискретности не приводит к суще-
ственному повышению точности);
433

-	в системе используется модель
движения центра масс КА, учитывающая
4 гармоники гравитационного потенциа-
ла Земли (ГПЗ).
С учетом повышенных требований,
предъявляемых к изделию «Ресурс-П» и
его навигационной системе, а также
уровня развития спутниковых систем и
навигационной аппаратуры, создана усо-
вершенствованная система спутниковой
навигации КА «Ресурс-П». Для обеспе-
чения выполнения предъявленных на КА
«Ресурс-П» требований к ССН по точно-
сти определения параметров движения
были реализованы следующие техниче-
ские решения и подходы:
-	навигационные алгоритмы ССН,
реализованные с учетом соотношения
требований по точности прогнозирования
параметров движения в БКУ и требова-
ний по точности ОНО к БСКВУ, позво-
лили повысить точностные характери-
стики параметров движения, не только на
момент определения, но и при прогнози-
ровании параметров движения. Были
уменьшены интервалы обработки изме-
рительной информации и использована
более точная модель движения центра
масс КА в БКУ;
-	применение модифицированной
двухчастотной 36-ти канальной навига-
ционной аппаратуры БСКВУ (в том чис-
ле для компенсации ионосферных оши-
бок), принимающей радионавигационные
сигналы повышенной точности навига-
ционной системы ГЛОНАСС и стандарт-
ной точности системы GPS, что позволя-
ет обрабатывать сигналы от 18 НС
ГЛОНАСС или 12 НС ГЛОНАСС и 12
НС GPS одновременно.
Результаты априорной оценки
точности навигационных определений
с использованием ГНСС ГЛОНАСС
В процессе выбора варианта реали-
зации фильтра Калмана для статистиче-
ской обработки (фильтрации) результатов
ОНО и логики работы ССН было прове-
дено имитационное математическое мо-
делирование решения навигационной за-
дачи для различных вариантов исходных
данных:
—	длительности интервала обра-
ботки;
—	периодичности обработки;
-	моделей движения центра масс
КА (4, 8, 16 гармоник ГПЗ) [12];
-	метода расчета матрицы перехо-
да (численный, аналитический).
В качестве эталонной орбиты ис-
пользовалась орбита, рассчитываемая с
учетом 36 гармоник ГПЗ.
Зависимость погрешности опреде-
ления положения центра масс КА «Ре-
сурс-П» по радиусу на уровне средне-
квадратичных отклонений (СКО) от ин-
тервала статистической обработки при
использовании бортовой модели движе-
ния, учитывающей 8 гармоник ГПЗ, при-
ведена на рис. 2.
Рис. 2. Зависимость погрешности определения по радиусу от интервала обработки
(модель движения учитывает 8 гармоник ГПЗ)
434

Под модельными понимаются по-
грешности, обусловленные неполнотой
учёта гармоник ГПЗ в бортовой модели
движения. Под аппаратурными понима-
ются погрешности, обусловленные по-
грешностями одномоментных навигаци-
онных определений в БСКВУ. Под «сум-
марными понимаются погрешности, обу-
словленные погрешностями одномомент-
ных навигационных определений в БСК-
ВУ и неполнотой учёта гармоник ГПЗ в
бортовой модели движения, что соответ-
ствует корню квадратному из суммы
квадратов.
Зависимость погрешности прогно-
зирования положения центра масс КА
«Ресурс-П» по радиусу на уровне СКО на
интервале одного витка полёта КА от ин-
тервала обработки при использовании
бортовой модели движения, учитываю-
щей 8 гармоник ГПЗ, приведена на рис. 3.
Увеличение погрешностей опреде-
ления на интервале более 40 мин обу-
словлено погрешностями неучёта гармо-
ник ГПЗ от 8 до 36.
Рис. 3. Зависимость погрешности прогнозирования по радиусу на интервале
одного витка полёта КА от интервала обработки (модель движения учитывает 8 гармоник ГПЗ)
С целью рассмотрения перспективы
дальнейшего повышения точностных ха-
рактеристик ССН на рис. 4 приведена за-
висимость погрешности определения по
радиусу на уровне СКО от интервала ста-
тистической обработки при использова-
нии бортовой модели движения, учиты-
вающей 16 гармоник ГПЗ.
Рис. 4. Зависимость погрешности определения по радиусу от интервала обработки
(модель движения учитывает 16 гармоник ГПЗ)
На рис. 5 приведены зависимости
погрешности прогнозирования по радиу-
су на уровне СКО на интервале одного
витка полёта КА для интервала обработ-
ки 40 мин при использовании бортовой
модели движения центра масс КА, учи-
тывающей 4, 8, 16 гармоник ГПЗ.
435

Рис. 5. Зависимость погрешности прогнозирования по радиусу
от интервала прогнозирования для различных бортовых моделей движения
Из анализа зависимостей, приве-
денных на рис. 2-5, можно сделать сле-
дующие выводы:
-	погрешности определения поло-
жения центра масс КА минимальны при
фильтрации результатов ОНО на интер-
вале ~40 мин (рис. 2);
-	предложенный алгоритм стати-
стической обработки позволяет миними-
зировать влияние аппаратурных погреш-
ностей ОНО при использовании в систе-
ме интервала обработки от 20 до 40 мин
(8 гармоник ГПЗ) и от 40 до 80 мин (16
гармоник ГПЗ) (рис. 2-4);
—	дальнейшая перспектива повы-
шения точностных характеристик ССН
связана, в частности, с реализацией в
БКУ модели движения центра масс аппа-
рата, учитывающей большее количество
гармоник ГПЗ (см. рис. 4, 5) и учёта в
модели движения КА притяжения Луны и
Солнца (на рис. 4, 5 приведены результа-
ты без учёта Луны и Солнца в бортовой
и эталонной моделях движения).
При проведении проектных расче-
тов результатов имитационного матема-
тического моделирования решения нави-
гационной задачи предполагалось, что
погрешности ОНО имеют сильнокорре-
лированный характер на некотором вре-
менном интервале. Наличие сильнокор-
релированных погрешностей ОНО прак-
тически не сказывается на точности
определения параметров движения при
периодичности обработки от 2 до 10 мин,
что подтверждается результатами моде-
лирования процесса фильтрации ОНО на
КА «Ресурс-ДК». На рис. 6 приведены
погрешности определения параметров
движения по радиусу на интервале обра-
ботки 100 мин для различных дискретно-
стей обработки ОНО (по результатам их
определения на витке 7289). Аналогич-
ные результаты получены для КА
«Ресурс-П».
Рис. 6. Погрешности определения параметров движения по радиусу
для дискретностей обработки ОНО 120, 360, 600 с
436

С учетом минимизации временных
затрат на проведение вычислительного
процесса в бортовой вычислительной си-
стеме КА в алгоритме фильтрации расчет
матрицы баллистических производных
реализуется по аналитическим формулам
в гринвичской невращающейся системе
координат, что позволяет в несколько раз
сократить время расчета матриц.
Результаты функционирования
системы на этапе летных испытаний
Система спутниковой навигации
начала свою работу 25 июня 2013 года на
орбите выведения КА «Ресурс-П» с па-
раметрами:
-	наклонение орбиты 97,28°,
-	минимальная высота орбиты 260 км,
— максимальная высота орбиты 476 км.
Включение БСКВУ осуществлено в
режиме работы по системам ГЛОНАСС и
GPS.
С 29 июня 2013 года КА «Ресурс-П»
переведён на рабочую орбиту с парамет-
рами:
- наклонение орбиты 97,28°,
— минимальная высота орбиты 468 км,
- максимальная высота орбиты 487 км.
Функционирование ССН осуществ-
лялось по системам ГЛОНАСС и GPS в
период с 25 июня по 4 июля и с 16 по 30
июля 2013 г., по системе ГЛОНАСС в
период с 4 по 16 июля и с 30 июля 2013 г.
по настоящее время.
С целью подтверждения выполне-
ния требований к системе и проектных
(априорных) характеристик ССН на этапе
летных испытаний КА «Ресурс-П» про-
ведена апостериорная оценка точности
ССН с использованием разработанной
методики оценки точностных характери-
стик системы. Методика основана на по-
лучении характеристик погрешностей
определения и прогнозирования положе-
ния и скорости КА по результатам срав-
нения с эталонной орбитой [2, 9].
Эталонная орбита определялась по
результатам обработки навигационной
информации в составе информации опе-
ративного контроля и программной теле-
метрической информации на интервале
нескольких витков полета КА с перио-
дичностью 0,5 витка. Определение пара-
метров эталонной орбиты проводилось на
наземных вычислительных средствах по
методу наименьших квадратов с исполь-
зованием высокоточной модели движе-
ния центра масс КА, учитывающей
36 гармоник ГПЗ.
Оценка точностных характеристик
системы проведена для вариантов ис-
пользования радионавигационного поля
системы ГЛОНАСС, а также систем
ГЛОНАСС и GPS.
По результатам анализа контроль-
ной информации, формируемой на борту
КА, и проведенной оценки точностных
характеристик ССН получены:
— погрешности определения коор-
динат и скорости центра масс КА систе-
мой;
- зависимости изменения геомет-
рического фактора [8] при работе ССН по
навигационному полю системы ГЛО-
НАСС, а также систем ГЛОНАСС и GPS,
характеризующие отношение погрешно-
сти определения положения (скорости) в
БСКВУ к погрешности измерения псев-
додальности.
Характер изменения простран-
ственного геометрического фактора ГФП
при использовании навигационного поля
ГЛОНАСС и навигационного поля си-
стем ГЛОНАСС и GPS приведен на рис.
7 и 8.
437

ГФП
4
3
2
1
О
147	166	194	216	240	257	278	291 витки
Рис. 7. Изменение пространственного геометрического фактора по виткам полета
с использованием навигационного поля системы ГЛОНАСС (5.07.2013-15.07.2013)
Рис. 8. Изменение пространственного геометрического фактора по виткам полета
с использованием навигационного поля систем ГЛОНАСС и GPS (16.07.2013-30.07.2013)
Анализ зависимостей, приведенных
на рис. 7-8, показывает, что среднее зна-
чение пространственного геометрическо-
го фактора при использовании систем
ГЛОНАСС и GPS на 40% меньше, чем
при использовании системы ГЛОНАСС.
Результаты оценки точностных ха-
рактеристик ССН, полученные ГНПРКЦ
«ЦСКБ-Прогресс», приведены в таблице.
Результаты оценки точностных характеристик ССН
Навигационная система	Пока- затель	Погрешности определения, м, см/с						Погрешности про- гнозирования на 1 виток,м		
		Аг	Д/	Дм	ди	ДИ	ДУи	Дг	Д/	Ди
ГЛОНАСС	ш	-2,4	-1,5	0,2	-0,3	0,1	-0,1	-9,4	49,8	0,9
	СКО	8,1	14,3	10,1	1,7	0,8	1,3	31,5	130,8	31,0
	max	25	48	38	5,7	3,1	4,0	-79,3	-362	80
ГЛОНАСС+GPS	m	-1,3	-0,8	1,4	-0,3	-0,1	0,1	-12,0	63,1	-1,0
	СКО	6,0	13,7	9,2	1,7	0,7	1,2	29,1	109,8	28,7
	max	22,0	50,1	47,2	6,2	2,1	4,8	-77,8	343	-76,9
Использование бортовой модели
движения, учитывающей 16 гармоник
ГПЗ, позволяет повысить точность про-
гнозирования параметров движения ап-
паратов.
Точность навигации КА «Ресурс-П»
обеспечивает координатную привязку по
орбитальным данным на уровне, сопоста-
вимом с зарубежными КА ДЗЗ «Ikonos» и
«Pleiades».
438

Заключение
Реализованная на КА «Ресурс-П»
система спутниковой навигации в про-
цессе своего функционирования обеспе-
чивает точность определения параметров
движения, необходимую для решения це-
левых задач аппарата и построения схем
навигационного обеспечения процессов
управления аппаратом.
Результаты функционирования и
оценки точностных характеристик ССН
аппарата «Ресурс-П» с использованием
навигационного поля системы ГЛОНАСС
показали, что система навигации обеспе-
чивает:
-	погрешности определения поло-
жения центра масс КА (СКО) по радиусу
порядка 8 м, а по трансверсальной со-
ставляющей скорости порядка 0,8 см/с;
-	погрешности прогнозирования
положения центра масс в БКУ (СКО) на
интервале одного витка полета КА по ра-
диусу и бинормали порядка 32 м, вдоль
орбиты порядка 131 м;
-	погрешности ОНО простран-
ственного положения центра масс КА
(СКО) порядка 10 м, по скорости порядка
1,5 см/с.
При использовании совместного
навигационного поля систем ГЛОНАСС
и GPS погрешности прогнозирования
определяемых ССН параметров движе-
ния центра масс КА в БКУ уменьшаются
на 10-20%.
Библиографический список:
1.	Кирилин А.Н. Космическое аппа-
ратостроение: научно-технические ис-
следования и практические разработки
ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» / А.Н. Кири-
лин, Г.П. Аншаков, Р.Н. Ахметов,
А.Д. Сторож - Самара: АГНИ, 2011. -
280 с.
2.	Ахметов Р.Н. Система спутнико-
вой навигации КА «Ресурс-ДК 1» /
Р.Н. Ахметов, А.И. Мантуров, В.А. Мо-
чалов, В.И. Рублев // Аэрокосмический
курьер. -2009,- №2.-С.42-43.
3.	Шебшаевич Б.В. Интегрированная
навигационная аппаратура для низкоор-
битальных космических аппаратов зон-
дирования Земли / Б.В. Шебшаевич,
А.Е. Тюляков, В.Е. Дружин В.Е.,
Д.Н. Федоров, А.В. Чухненков,
Ю.Г. Антонов, А.И. Мантуров,
В.И. Огарков // X Санкт-Петербургская
международная конференция по интегри-
рованным навигационным системам. -
СПб.: ЦНИИ «Электроприбор», 2003. -
С.69-76.
4.	Аншаков Г.П. Автономная нави-
гация космических аппаратов /
Г.П. Аншаков [и др.]. - Самара: ГНПРКЦ
«ЦСКБ-Прогресс», 2011. - 486 с.
5.	Рублев В.И. Методика апостери-
орной оценки точностных характеристик
системы спутниковой навигации КА ди-
станционного зондирования Земли /
В.И. Рублев, Ю.В. Ткаченко // XII Все-
российского научно-технический семи-
нар по управлению движением и навига-
цией ЛА. - Самара: СГАУ, 2005. - С.
114-117.
References:
1.	Kirilin A.N., Anshakov G.P.,
Storozh A.D., Kosmicheskoe apparato-
stroenie: nauchno-tekhnicheskie issledo-
vaniya i prakticheskie razrabotki GNPRKTs
“TsSKB-Progress” (Space Engineering:
Scientific and Technical Research and Prac-
tical Developments of TsKB-Progress, Sa-
mara: AGNI, 2011.
2.	Akhmetov	R.N., Manturov
A.L, Mochalov V.A., Rublev V.L, The sat-
ellite navigation system oa the Resurs-DKl
spacecraft, Aerokosmicheskii kur’er, 2009,
no. 2, pp.42—43.
3.	Shebshaevich B.V., Tyulyakov
A.E., Druzhinin V.E., Fedorov D.N., Chu-
khnenkov A.V., Antonov Yu.G., Manturov
A.L, Ogarkov V.L The integrated navigation
equipment for low-orbit space vehicles ex-
ploring the Earth surface, 10th St. Peters-
burg Int. Conf, on Integrated Navigation
Systems, St. Petersburg, CSRI Elektropribor,
2003, pp. 128-134.
4.	Anshakov G.P. et al., Avtonomnaya
navigatsiya kosmicheskikh apparatov (Au-
tonomous spacecraft navigation), Samara:
GNPRKTs TsSKB-Progress, 2011.
5.	Rublev V.L, TkachenkoYu.V.,
Methodology for posteriori estimation of the
satellite navigation system accuracy charac-
teristics of an Earth observation space-
439

craft, XII Vserossiiskii nauchno- dvizheniem i navigatsiei LA, Samara:
tekhnicheskii seminar po upravleniyu SGAU, 2005, pp. 114-117.
ANALYSIS OF RESURS-Р NAVIGATIONAL DEFINITION RESULTS USING
GLONASS NAVIGATION FIELD AND
GLONASS & GPS COMBINED NAVIGATION HELD
©2015 A.I. Manturov, V.I. Rublev, O.A. Gorbenko, E.K. Yakovlev
JSC «SRC «Progress», Samara
World-wide availability, independence from weather and climatic conditions, possibility of measurements at
any point on Earth and the near-earth space, which are the most important properties of satellite navigation, allow it
to be successfully used in the control loop of observation satellites, providing their autonomous operation. The struc-
ture and functions of the satellite navigation system are discussed. Some problems of navigation accuracy estimation
with the use of GNSS signals are considered.
Key words: navigation support, onboard control system, navigation satellite system
Информация об авторах:
Мантуров Александр Иванович, д.т.н., профессор, начальник отдела, АО «РКЦ
«Прогресс», Россия, 443009, г. Самара, ул. Земеца, 18, Телефон (846) 228-94-47, Факс
(846)992-65-18, E-mail: aimanturov @ mail.ru.
Рублев Валерий Иванович, заместитель начальника отдела АО «РКЦ «Прогресс»,
Россия, 443009, г. Самара, ул. Земеца, 18, телефон (846) 228-93-71, Факс (846) 992-65-18,
E-mail: valeryrublev @ yandex,ru.
Горбенко Ольга Алексеевна, ведущий инженер-конструктор, АО «РКЦ
«Прогресс», Россия, 443009, г. Самара, ул. Земеца, 18, телефон (846) 228-93-71, Факс
(846) 992-65-18, E-mail: mail@samspace.ru.
Яковлев Евгений Кирилович, инженер-конструктор 1 категории, АО «РКЦ
«Прогресс», Россия, 443009, г. Самара, ул. Земеца, 18, телефон (846) 228-93-71, Факс (846)
992-65-18, E-mail: mail@samspace.ru.
Alexandr I. Manturov, doctor of Engineering, Professor, Chief of Department of JSC
«SRC «Progress», 18 ul. Zemetsa, Samara, Russia, 443009, phone: (846) 228-94-47,
fax: (846) 992-65-18, E-mail: aimanturov@mail.ru.
Valery I. Rublev, Deputy Chief of Department of JSC «SRC «Progress», 18 ul. Zemetsa,
Samara, Russia, 443009, phone: (846)	228-93-71, fax: (846)	992-65-18,
E-mail: rublevv@yandex.ru.
Olga A. Gorbenko, Senior Design Engineer of JSC «SRC «Progress», 18 ul. Zemetsa,
Samara, Russia, 443009, phone: (846)	228-93-71, fax: (846)	992-65-18,
E-mail: mail@samspace.ru.
Evgeny K. Yakovlev, Candidate of Physics & Mathematics, Design Engineer of JSC
«SRC «Progress», 18 ul. Zemetsa, Samara, Russia, 443009, phone: (846) 228-93-71,
fax: (846) 992-65-18, E-mail: mail@samspace.ru.
440

УДК 629.7
УПРАВЛЕНИЕ ТЯГОЙ ДВИГАТЕЛЕЙ РАКЕТЫ-НОСИТЕЛЯ «СОЮЗ 2-1в»
НА ОСНОВЕ ПРИНЦИПА МИНИМУМА УПРАВЛЕНИЯ
©2015 В. Ф. Петрищев
АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Разработан алгоритм оптимального управления модулем и направлением вектора тяги двигателей
ЖРД ракеты-носителя «Союз 2-1 в» на основе принципа минимума управления в предположении постоян-
ства удельного импульса ЖРД в условиях форсирования и дросселирования тяги в широком диапазоне. В
результате математического моделирования показана возможность выведения заданной полезной нагрузки
на более высокую орбиту.
Качество, ковариация, орбита, система, состояние, ступень, тяга, траектория, функция Ляпунова,
управление
Разработанный автором в [1] прин-
цип минимума управления применён в
[2] для синтеза оптимального управления
тягой двигателя ЖРД геофизической ра-
кеты В-2 А, разработанной в 1958 году
под руководством С. П. Королёва. Как
известно [3], ракета была предназначена
для исследования высотных слоёв атмо-
сферы и двигалась по вертикальной тра-
ектории.
В работе [2] показано, что примене-
ние принципа минимума управления мо-
дулем тяги ЖРД позволяет увеличить
максимально достижимую высоту подъ-
ёма ракеты В-2 А 212 км на 10 %.
Принцип минимума управления
позволяет синтезировать линейную по
состоянию и управлению дискретную си-
стему управления с обратной связью, не
прибегая к необходимости поиска опти-
мального программного движения и си-
стемы стабилизации относительно этого
программного движения.
В настоящем докладе решается за-
дача синтеза дискретной системы управ-
ления модулём и направлением вектора
тяги ЖРД обеих ступеней ракеты-
носителя «Союз 2-1 в» с целью увеличе-
ния высоты орбиты выведения заданной
полезной нагрузки. Задача решается в
предположении возможности форсирова-
ния и глубокого дросселирования тяги
двигателей ЖРД при условии сохранения
величин их удельных импульсов.
Для простоты рассматривается за-
дача плоского движения ракеты-носителя
относительно сферической Земли. Угол
наклона плоскости орбиты 51,7°.
Уравнения движения ракеты-
носителя, записанные в дифференциаль-
ной форме, приведены к рекуррентным
разностным соотношениям, удобным для
проведения расчётов с малым шагом по
времени.
В результате проведенных расчётов
подтверждена эффективность принципа
минимума управления.
Вместе с тем, настоящая работа не
может рассматриваться в качестве пред-
ложения по повышению эффективности
ракеты-носителя «Союз 2-1 в». Она может
рассматриваться лишь в качестве демон-
страции эффективности разработанного
автором принципа минимума управле-
ния. В настоящее время ещё не созданы
двигатели, допускающие форсирование и
дросселирование тяги в широких преде-
лах при условии сохранения величины
удельного импульса.
Библиографический список:
1.	Петрищев В. Ф. Принцип мини-
мума управления в задаче синтеза линей-
ных дискретных систем. // Материалы
научно-технической конференции «Акту-
альные проблемы ракетно-космической
техники» (III Козловские чтения). 2013. С
2.	Петрищев В. Ф. Принцип мини-
мума управления в задаче синтеза дис-
кретных систем / 7-я Российская мульти-
конференция по проблемам управления //
441

Материалы конференции «Управление в
морских и аэрокосмических системах»
(УМАС-2014). 7-9 сентября 2014 г.
Санкт-Петербург. С 64-73.
3.	Кирилин А. Н., Ахметов Р. Н.,
Тюлевин С. В. И др. Самарские ступени
семёрки // Самара, Издательский дом
«Агни».2О11. 253 с.
SOYUZ 2-1V LAUNCH-VEHICLE ENGINE THRUST CONTROL
BASED ON THE PRINCIPLE OF MINIMUM CONTROL
©2015 V.F. Petrishchev
JSC «SRC «Progress», Samara
The article deals with a developed algorithm which is meant for optimal control of magnitude and direction
of Soyuz 2-lv launch-vehicle engine thrust vector based on the principle of minimum control with assumption of the
engine’s specific thrust constancy under wide-range thrust boosting and throttling. Mathematic modeling shows a
possibility to inject a specified payload into a higher orbit.
Quality, covariance, orbit, system, state, stage, thrust, trajectory, Lyapunov junction, control
Информация об авторе:
Петрищев Владимир Федорович - д.т.н., ведущий научный сотрудник АО «РКЦ
«Прогресс», профессор кафедры теоретической механики Самарского государственного
аэрокосмического университета, e-mail: mail @ samspace.ru.
Область научных интересов - системы управления, системы автономной навигации,
получение и обработка информации
Petrishchev, Vladimir Fedorovich, Dr. Sci. Tech., leading researcher of JSC «SRC
«Progress», Professor of Department of Theoretical Mechanics, Korolev State aerospace univer-
sity of Samara, e-mail: mail@samspace.ru.
Scientific area: control systems, autonomous navigation systems, data acquisition and pro-
cessing.
442

УДК 523.550.3
ПОДХОД К ПОСТРОЕНИЮ ОТКАЗОУСТОЙЧИВОЙ БОРТОВОЙ
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ НАНОСПУТНИКОМ
©2015 А.М. Егоров, А.М. Богатырев
Самарский государственный аэрокосмический университет им. академика С.П. Королёва
(Национальный исследовательский университет), г. Самара
Рассматривается подход к обеспечению живучести наноспутников на основе управления структур-
ной, функциональной и информационной избыточностью бортовых средств. Предложен алгоритм для бор-
тового компьютера наноспутника, локализующий возникающие в полёте отказы, формирующий соответ-
ствующую реакцию на отказ для предотвращения дальнейшего повреждения наноспутника и провала его
миссии.
Ключевые слова: Наноспутник, управление, живучесть, отказы, избыточность
Современное направление развития
сферы космических экспериментов, про-
водимых университетами мира, нераз-
рывно связано с использованием нано-
спутников стандарта CubeSat. Широкое
использование наноспутников во многом
обусловлено малым временем их разра-
ботки, а также значительной дешевизной
запуска. Такие аппараты могут выводить-
ся на орбиту попутно, в добавление к ос-
новной полезной нагрузке. При разработ-
ке наноспутников с целью удешевления
проекта часто применяются коммерче-
ские комплектующие общего назначения,
которые не имеют повышенной защиты
от радиации.
В связи с этим интерес представля-
ет подход к решению проблемы обеспе-
чения живучести наноспутника, которую
можно сформулировать следующим об-
разом. Для наноспутника с конкретной
бортовой аппаратурой и присущими ей
отказами определить эффективные схемы
обеспечения работоспособности нано-
спутника и приемлемое решение обеспе-
чения живучести наноспутника непо-
средственно на орбите исходя из мини-
мизации потерь целевой информации при
отказах.
Известны различные подходы и ме-
тоды управления живучестью космиче-
ских аппаратов. Широкое применение
имеют те, в основе которых лежит увели-
чение надёжности всех структурных эле-
ментов. Данный метод не находит при-
менения для аппаратов нанокласса, по-
скольку влечёт удорожание и усложнение
бортовой аппаратуры. При проектирова-
нии наноспутников часто используются
электронные компоненты и модули ши-
рокого применения, не обладающие вы-
сокой радиационной стойкостью.
Поэтому при проектировании нано-
спутника выбирается другой распростра-
нённый метод - создание избыточности
на борту. Она может быть структурной,
информационной, функциональной, вре-
менной.
Если наноспутник содержит эти ви-
ды избыточности, это предоставляет
большие возможности обеспечения его
живучести. Примером может служить
SamSat-218D.
На борту используется структурное
резервирование блока раскрытия антенн
для связи с командным центром, самих
антенн, а также датчиков параметров
движения в экспериментальном компью-
тере.
Информационная избыточность
борта заключается в использовании маг-
нитометров в составе обоих бортовых
компьютеров, в возможности измерения
напряжения питания бортовой сети двумя
элементами борта: в приёмопередатчике
и в системе электропитания.
Широкие возможности парирования
отказов предоставляет функциональная
избыточность. На борту используется два
бортовых компьютера: коммерческий и
экспериментальный, - установлены сол-
нечные панели совместно с датчиками
освещённости, используется дополни-
443

тельная шина передачи данных между
бортовыми компьютерами.
Для обеспечения живучести нано-
спутника необходимым является исполь-
зование на борту специального про-
граммного обеспечения, позволяющего
анализировать состояние борта и при
необходимости осуществлять его рекон-
фигурацию с переходами между резерв-
ными элементами.
На борту может быть использована
отдельная система обеспечения живуче-
сти, однако это приведёт к увеличению
массы наноспутника. Подход, не требу-
ющий дополнительных затрат, подразу-
мевает анализ состояния бортовых
средств непосредственно бортовым ком-
пьютером. Программный код обеспече-
ния живучести может быть полностью
выделен в отдельный поток, либо внед-
рён в существующий код бортового ком-
пьютера по частям, относящимся к кон-
кретным используемым бортовым сред-
ствам.
Дополнительной возможностью по-
вышения живучести борта является ис-
пользование нескольких вычислительных
ядер в бортовом компьютере по примеру
экспериментального компьютера SamSat-
218D. При этом каждое ядро должно
осуществлять мониторинг состояния со-
седних ядер, принимать решение об их
исправности. Отдельные ядра могут вы-
полнять конкретные функции, однако в
случае нештатных ситуаций целесооб-
разно также возлагать на работоспособ-
ные ядра задачи отказавших ядер. При
этом допустимо снижение качества вы-
полнения задач.
Помимо информации об отказах, в
БСУ закладывается сценарий реакции на
отказ. Сценарий для каждого отказа зави-
сит от типа неисправного элемента, ха-
рактера избыточности борта, позволяю-
щей обойти возникший отказ. При воз-
никновении отказа неисправный элемент
заменяется на его копию (структурный
резерв), если таковая имеется. В против-
ном случае - на аналогичный элемент,
способный предоставить туже информа-
цию либо выполнять туже функцию, что
и исходный элемент.
Так как выбор резервного элемента
может быть неоднозначным, БСУ должна
содержать таблицу приоритетов исполь-
зования резервных элементов борта. При
возникновении отказа в одном из таких
элементов борта он автоматически ис-
ключается из таблицы, а в качестве ре-
зерва используется элемент-копия или
элемент-аналог, имеющий наибольший
приоритет, согласно таблице.
Выявление и регистрация отказов
на борту наноспутника осуществляется
на основе признаков отказов. При анали-
зе состояния датчиков производится
оценка возвращаемого значения измеря-
емого параметра. При оценке работы бо-
лее сложных элементов борта произво-
дится комплексная оценка выполнения
функции этой системой.
Задача обнаружения всего возмож-
ного спектра отказов на борту наноспут-
ника довольно сложна. В условиях ред-
ких сеансов связи с командным центром,
где возможно более детальное выявления
отказов, бортовая система управления
должна предусматривать стандартный
режим функционирования. В случае воз-
никновения непредусмотренного отказа
бортовая система управления должна пе-
реводить борт в режим, поддерживаю-
щий лишь связь с наземным комплексом
управления для передачи информации о
внештатной ситуации и принятия команд
управления.
Таким образом, для создания нано-
спутника, обладающего повышенной жи-
вучестью, необходимо на этапе проекти-
рования заложить различные виды избы-
точности бортовых средств. На этапе
разработки нужно составить эффектив-
ные алгоритмы анализа состояния борта,
создать базу данных возможных отказов
и резервированных элементов борта, раз-
работать сценарии реакций на отказы.
Построение эффективной бортовой
системы управления, обеспечивающей
живучесть наноспутника, позволит сде-
лать космические эксперименты более
качественными и результативными, вый-
ти на новую ступень развития наноспут-
ников.
444

APPROACH TO CONSTRUCTION FAULT-TOLERANT ONBOARD
CONTROL SYSTEM NANOSATELLITES
©2015 A.M. Egorov, A.M. Bogatyrev
Samara State Aerospace University, Samara
The approach to ensure the survivability of nano-satellites based on the management of structural, functional
and informational redundancy airborne. An algorithm for the on-board computer nano-satellite, confining arising in
flight failures, an adequate response to the failure to prevent further damage to the nano-satellite, and the failure of
his mission.
Key words: The nanosatellites, the control, the survivability, the failures, the redundancy
Информация об авторах:
Егоров Андрей Михайлович, аспирант Межвузовской кафедры космических ис-
следований, СГАУ, 443 086, Россия, г. Самара, Московское ш. 34, т. 8-927-764-55-59,
eandrm07 @ mail .ru.
Область научных интересов: обеспечение штатного функционирования наноспутни-
ков.
Богатырев Артем Михайлович, магистрант Межвузовской кафедры космических
исследований, СГАУ, 443 086, Россия, г. Самара, Московское ш. 34, т. 8-927-727-34-92,
a.bogatyrev. 19@bk.ru.
Область научных интересов: надежность и отказоустойчивость технических систем.
Диагностика технического состояния и испытания.
Egorov Andrey Mikhaylovich, post-graduate student of the crossuniversity space re-
search chair of Samara State Aerospace Univercity, 443 086, Russia, Samara, Moscow highway,
34, tel. 8-927-764-55-59, eandrm07@mail.ru.
Area of research: ensuring normal functioning nanosatellites.
Bogatyrev Artem Mikhaylovich, student of the crossuniversity space research chair of
Samara State Aerospace Univercity, 443 086, Russia, Samara, Moscow highway, tel.
8-927-727-34-92, a.bogatyrev.19@bk.ru.
Area of research: reliability and fault tolerance of technical systems. Diagnostics of tech-
nical condition and tested.
445

УДК 629.7.05
АВТОНОМНАЯ СИСТЕМА ОПОЗНАВАНИЯ ОПОРНЫХ ОРИЕНТИРОВ ДЛЯ
РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ УПРАВЛЕНИЯ И НАВИГАЦИИ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ
©2015 'В.В. Сбродов, 'В.П. Свиридов, 3С. Г. Сафронов, 2А.А. Федосеев
'Самарский государственный технический университет
2 АО «РКЦ «Прогресс»
3Отделение по Самарской области Волго-Вятского
Главного управления Банка России
Рассмотрено использование информационно-измерительных систем для решения задач определения
параметров пространственного положения подвижного объекта. Выделены проблемы применения методов
коррекции движения подвижных объектов. Сформулированы требования к системе коррекции движения,
входящей в систему автоматического управления подвижного объекта. Приведены обзор реализаций и осо-
бенности систем. Проведен их анализ с целью построения адаптивной системы, функционирующей в реаль-
ном времени. Предложена структура системы определения параметров коррекции движения подвижного объ-
екта.
Ключевые слова: навигация, управление, наведение, подвижный объект, дистанционное зондирова-
ние, опорные ориентиры, корреляция, эталонная карта местности
Введение
В областях науки и техники реали-
зовано большое количество информаци-
онно-измерительных систем (ИИС),
обеспечивающих решение задачи опре-
деления параметров пространственного
положения подвижного объекта (ПО).
При разработке ИИС, предназначенных
для решения целевых задач наведения и
навигации, одной из основных проблем
является определение параметров коррек-
ции движения управляемого объекта. Та-
кие измерительные задачи решаются при
создании систем наведения и сопровожде-
ния объектов с помощью оптико-
электронных систем, размещаемых на бор-
ту подвижных объектов, при производстве
автоматических средств навигации и опре-
деления ориентации летательных аппара-
тов, а также при обеспечении точности
движения автономных промышленных
транспортных роботов. Подобные пробле-
мы существуют в отраслях промышленно-
сти, занимающихся производством аэро-
фото-видеоаппаратуры; визуальных, аст-
рономических и медицинских приборов;
систем военного назначения.
В системах, устанавливаемых на
борту подвижных объектов, используются
методы инерциальной, спутниковой нави-
гации, астронавигации и методы навига-
ции по эталонным картам местности
(рис.1). Существующие методы определе-
ния параметров коррекции движения по-
движных объектов имеют технологиче-
ские и эксплуатационные ограничения,
снижающие возможность выполнения це-
левых задач в условиях внешних эксплуа-
тационных воздействий. По отдельности
каждая из систем не в состоянии решать
все задачи, точность результата достига-
ется применением громоздких вычисли-
тельных процедур и дорогостоящих тех-
нологических решений.
Обзор существующих методов из-
мерений для задач навигации, наведения
и самонаведения
В настоящее время основным мето-
дом измерений, предназначенным для
целей навигации ПО и удовлетворяющим
большинству требований, является метод
счисления пути, применяемый в инерци-
альных навигационных системах (ИНС)
[7]. ИНС имеют перед другими навига-
ционными системами преимущества -
универсальность применения, возмож-
ность определения параметров движения
(координаты местонахождения, скорость,
ускорение, направление движения, про-
странственная ориентация, угловая ско-
рость и др.), автономность действия, по-
мехозащищенность, высокая точность.
446

Метод счисления пути так же чув-
ствителен к инструментальным ошибкам,
возникающим из-за неточностей изготов-
ления измерительных приборов (гиро-
скопов и акселерометров); рассогласова-
ния осей приборов, размещённых на
платформе; начальных ошибок при ори-
ентировании платформы; ошибкам вы-
числений используемых аппроксимаций
при аппаратной реализации уравнений
системы. К методическим ошибкам отно-
сятся погрешности, возникающие вслед-
ствие упрощения математической модели
навигационной системы [7].
Рис. 1. Примерная классификация методов навигации.
Главным недостатком метода счис-
ления пути является отсутствие возмож-
ности непосредственно измерять истин-
ные параметры движения - координаты,
скорость, ускорение ЛА. Инерциальные
измерительные приборы фиксируют
только часть полного ускорения подвиж-
ного объекта, которое обусловлено дей-
ствием всех приложенных к нему сил (за
исключением силы гравитационного при-
тяжения). Важный недостаток инерци-
альной навигации - неустойчивость ос-
новного уравнения инерциальной нави-
гации, приводящая к быстрому возраста-
нию погрешностей расчета действитель-
ных параметров движения. Свойство не-
устойчивости решения основного урав-
нения инерциальной навигации было ма-
тематически доказано в работе [8]. При-
чиной неустойчивости уравнений нави-
гации является структура модели грави-
тационного поля Земли (ГПЗ), выражае-
мая градиентной матрицей. Приведённый
в [8] анализ матрицы показал, что гради-
ент гравитационного ускорения положи-
телен по высоте и отрицателен в горизон-
тальной плоскости. В результате началь-
ная положительная погрешность в опре-
делении высоты полета приводит к зани-
женному расчетному значению гравита-
ционного ускорения и к завышенному
значению вертикальной скорости. На
следующих циклах численного интегри-
рования уравнений навигации эта зави-
симость сохраняется, что и приводит к
монотонному возрастанию погрешностей
навигации по высоте [7].
Недостатков инерциального метода
лишены корректирующие методы нави-
гации: позиционный (поверхностей и ли-
447

ний положения) и обзорно-
сравнительный [6]. Применение методов
коррекции обусловлены необходимостью
решения задачи обеспечения высокой
точности, исчисляемой метрами (дости-
жение прямого попадания). Такое повы-
шение точности наведения подвижного
объекта, оснащенного автономной некор-
ректируемой системой управления до-
стижимо только при комплексировании
ИНС с корректирующими системами. А
при непосредственном движении по ин-
формации от навигационных искусствен-
ных спутников Земли необходимо ис-
пользование автономных систем коррек-
ции по картам местности [19].
Система коррекции должна начи-
нать свою работу при появлении области
неопределенности по положению и ско-
рости, обусловленной ошибками, накоп-
ленными к моменту коррекции. Целью
системы коррекции является сокращение
размеров области неопределенности до
минимально допустимых размеров. При
этом системы коррекции используются
для решения двух типов задач:
-	непосредственной коррекции па-
раметров движения по измеренным от-
клонениям текущих параметров движе-
ния от номинальных значений;
-	коррекции ИНС за счет списания
накопленных ошибок гироскопов путем
формирования на борту ЛА высокоточ-
ного эталонного построителя и компен-
сации уходов гироскопов.
В комбинированных системах ис-
пользуется независимая комбинация кон-
структивно обособленных измеритель-
ных подсистем. Такой комбинированной
НС, например, является инерциальная
система в сочетании с радиотехнической
системой боковой радиокоррекции [7].
Комплексными (навигационными ком-
плексами) являются системы со струк-
турной избыточностью [9]. Структурная
избыточность - возможность решения
навигационных задач несколькими спо-
собами параллельно, с использованием
идентичной по характеру информации от
нескольких измерителей, построенных на
различных физических принципах дей-
ствия. Особенностью комплексных си-
стем является наличие связей между от-
дельными измерителями для компенса-
ции и изменения характеристик системы
в целом.
Таким образом, важной составляю-
щей бортовой системы измерений явля-
ется корректирующая система, предна-
значенная для снижения ошибок инерци-
альной системы за счет использования
дополнительной информации о текущих
координатах ПО и их производных. При
такой схеме не требуется изменения
внутренней структуры основной навига-
ционной системы (ОНС) и увеличения
инструментальной точности входящих в
нее элементов [3]. Системы, корректиру-
ющие ИНС, предназначены для устране-
ния рассогласования координатных трех-
гранников в текущий момент времени,
когда накопленные ошибки, приводящие
к рассогласованию систем координат,
превзойдут допустимые погрешности [9].
Методы получения параметров
коррекции движения от спутниковых
навигационных систем
Спутниковые радионавигационные
системы (СРНС) - дополнительный
внешний высокоточный источник ин-
формации, используемый для разового
«списания» накопившихся ошибок дви-
жения ЛА на длительном интервале вре-
мени работы ИНС [7].
Для обеспечения заданной точности
с использованием дальномерных спосо-
бов определения местоположения ПО
должна быть решена основная проблема
оптимального покрытия районов Земного
шара. Точность определения плановых
координат в системах ГЛОНАСС и
NAVSTAR составляет 104-40 м в зависи-
мости от потребителей навигационной
информации. Основным недостаткам яв-
ляется чувствительность приемников ап-
паратуры СРНС к помехам. Для решения
этой проблемы на военные самолёты
устанавливаются сложные антенны, ав-
томатически меняющие диаграмму
направленности при обнаружении сигна-
лов помехи. [1].
448

Методы измерения параметров
коррекции движения с использованием
астронавигации
Для решения задач коррекции дви-
жения с использованием методов астро-
навигации служат ИНС, комплексиро-
ванные астроследящим устройством [20].
-	Информация от астроследящего
устройства в астроинерциальной системе
навигации (АИСН) о направлении на
небесное светило используется для кор-
рекции ухода гироскопов ИНС. На осно-
ве информации с выходов ИНС форми-
руются сигналы наведения телескопов на
выбранные светила вне зависимости от
изменений траектории ЛА. Вследствие,
того что один автоматический пеленгатор
не позволяет выделить пространственные
угловые ошибки визирования, для обес-
печения трехосной коррекции платформы
необходима реализация режима слежения
за двумя астроориентирами. Для этой це-
ли используются несколько телескопов
или один телескоп, попеременно визиру-
ющий две звезды.
Точность работы АИСН зависит от
ошибок астроследящего устройства, ско-
рости ухода гироскопов, ошибок акселе-
рометров, от погрешностей ввода
начальных данных, угла наклона плат-
формы, скорости и координат [7]. При
астрокоррекции положений измеритель-
ных осей гироскопов ИНС в качестве
эталонных значений углового положения
ПО используются показания астродатчи-
ков внешнего ориентирования. Точность,
с которой определяются положения раз-
ных измерительных осей, неодинакова
для этих осей. Погрешности измерения
положения оптической оси астродатчика
в режиме инерциальной ориентации не
превышает значения 2" и на порядок пре-
восходит точность определения положе-
ния двух других осей. Требуемая точ-
ность определения положения ЛА 2" до-
стигается при использовании двух син-
хронно работающих астродатчиков, раз-
несённых на углы более 60°. Недостаток
использования астрокоррекции - ограни-
ченный временной диапазон синхронной
работы двух астродатчиков, являющийся
следствием засветок трёх источников по-
мех - Солнца, Луны, Земли [2,4].
Обзорно-сравнительные методы
измерения параметров коррекции дви-
жения, средства и системы на основе
использования эталонных карт местно-
сти
При коррекции движения по этало-
нам местности применяется метод корре-
ляционно-экстремального сравнения эта-
лонного изображения (ЭИ) с текущим
изображением (ТИ) объекта наблюдения
(ОН).
Для формирования эталонного и
наблюдаемого ориентиров в обзорно-
сравнительном методе навигации исполь-
зуются искусственные (оптическое, ра-
диолокационное и др.) и естественные
геофизические поля (гравитационные
аномалии, магнитное поле Земли и т. д.).
Сопоставляемая информация снимается с
точки, с линии или площади сигнального
поля [5]. В основе использования обзор-
но-сравнительного метода навигации ле-
жит реализация процедуры вычисления
взаимной корреляционной функции
(ВКФ) и определения экстремума этой
функции. КЭНС - корреляционно-
экстремальные навигационные системы,
реализующие обзорно-сравнительный
метод. Основная задача КЭНС состоит в
определении текущих координат место-
положения ПО и (или) их производных.
Для определения смещения ПО в двух
направлениях используются двумерные
взаимно-корреляционные функции ВКФ
[Ю].
Экстремальное значение соответ-
ствует максимуму функции, регистриру-
емому при превышении заданного поро-
гового значения. По пространственным
сдвигам соответствующим максимуму,
вводится коррекция в основную навига-
ционную систему (ОНС). В автоматиче-
ских КЭНС навигация по «карте заданно-
го курса» осуществляется непрерывно на
всём пути движения путём периодиче-
ской коррекции траектории в отдельных
навигационных районах. При этом ис-
пользуются карты местности не всего
маршрута, а только карты местности рай-
449

онов коррекции. Корреляционно-
экстремальные системы используются в
качестве средства коррекции ИНС и дру-
гих систем. Получение значений коорди-
нат ПО с использованием корреляцион-
но-экстремальных алгоритмов имеет от-
личительные особенности:
-	в КЭНС используется информация
об изменяющихся параметрах физическо-
го поля, зависящего от положения точки
зондирования или от положения датчика
поля ЛА. Оценка координат ПО ведется
на интервале времени t путём сравнения
значений случайных функций, воспроиз-
водимых датчиком поля Лд(х, у) и бло-
ком памяти /1д(хп,уп). Таким образом, в
КЭНС сопоставляются реализации функ-
ций, а не их значения, соответствующие
текущему моменту времени [7].
-	измерительная информация о па-
раметрах зондируемого поля, выдаваемая
датчиком поля КЭНС, не содержит дан-
ных о координатах ПО как объекта
управления. И только сопоставление из-
меренных значений параметров физиче-
ских полей с их эталонными значениями
из библиотеки эталонной информации
(БЭИ) позволяет оценить реальные зна-
чения координат ПО, т. е. устанавливает-
ся функциональная связь между измеря-
емыми параметрами физического поля и
оцениваемым местоположением ПО. Вы-
ходными данными корреляционно-
экстремальной системы являются коор-
динаты, построенные на основе текущих
координат ПО:
Хт=Хп+Ах,ут=уп+Ду,
где Ах Ду - рассогласование координат,
полученные КЭНС в результате сопо-
ставления /гд(х,у) и /гд(хп,уп).
- проблема обеспечения точности
измерений существует даже при отсут-
ствии шумов в датчике текущих измере-
ний и в датчике, с помощью которого за-
писан эталон в блок памяти. Точность
получаемых оценок координат зависит не
только от интенсивности шумов датчика,
но и от качества совмещения эталонного
и текущего изображений [7], что приво-
дит к возникновению дополнительной
задачи определения вероятности пра-
вильного обнаружения и ложной тревоги.
Для осуществления режимов кор-
рекции движения и наведения бортовой
сегмент системы управления ПО должен
включать в себя контур наведения и (или)
самонаведения, предназначенный как для
определения текущего местоположения
ЛА и коррекции траектории, так и для
непосредственного наведения на объект
наблюдения.
Средства и системы, в которых реа-
лизованы корреляционно-экстремальные
методы навигации, наведения и самона-
ведения, достаточно разнообразны по
своему составу и назначению. Действу-
ющие и создаваемые системы коррекции
в основном базируются на использовании
эталонных карт местности. Примеры тех-
нической реализации разработок, выпол-
ненных в США на базе обзорно-
сравнительного метода [19]:
Радиояркостные системы коррек-
ции. Система RADAG (Radar Guidance)
использовалась в системе управления
(СУ) баллистическими ракетами «Пер-
шинг-2». Система содержит коррелятор и
радиолокационную станцию, работаю-
щую в режиме сканирования и измерения
высоты. В режиме измерения высоты пе-
ред началом основных сеансов коррекции
уточняются высоты БР и корректируется
вертикальная ошибка СУ. В режиме ска-
нирования формируется текущее изобра-
жение и измеряется высота полета.
Оптические системы коррекции.
Примером оптической системы коррек-
ции являются системы SMAC (Scene
Matching Area Correlator) и DSMAC
(Digital SMAC). Система SMAC является
аналоговой оптической корреляционной
системой коррекции, в которой происхо-
дит сравнение оптического изображения
местности, получаемого телевизионной
камерой на борту, с бортовой картой на
фотопленке. В системе DSMAC ТИ и ЭИ
представляется в цифровой форме. Си-
стема DSMAC комплексируется с систе-
мой TERCOM в СУ крылатых ракет мор-
ского базирования BGM-I09C (1986),
обеспечивая точность коррекции 20-30 м
по наземным ориентирам [21].
450

Примером интегрированной систе-
мы является система наведения EOTS
(Electro-Optical Targeting System) - опти-
ко-электронная система наведения, пред-
назначенная для использования в истре-
бителе F-35 Lightning II совместно с оп-
тико-электронной системой идентифика-
ции EODAS (Electro-Optical Distributed
Aperture System). EOTS представляет со-
бой встраиваемую систему, предназна-
ченную для обнаружения, идентифика-
ции и точного наведения на цель ракет
класса воздух-земля и воздух-воздух на
больших расстояниях. Многофункцио-
нальный оптико-электронный датчик, ис-
пользуемый в системе EOTS, создан на
базе технологии Sniper XR. В состав си-
стемы EOTS входят среднедиапазонный
инфракрасный сенсор, лазер и CCD - ка-
мера на ПЗС. С помощью системы EOTS
выполняется фото и видео съемка с
большим разрешением, автоматическое
слежение за целью, поиск в инфракрас-
ном диапазоне, лазерная подсветка цели,
измерение дальности с помощью лазера,
а так же отслеживание лазерных меток,
поставленных другими системами слеже-
ния и наведения [22].
ИИС определения параметров кор-
рекции движения подвижных объектов,
функционирующей в реальном времени
В аэрокосмических системах наблю-
дения достигнутый уровень точности ори-
ентации носителя и отсутствие техниче-
ской возможности реализации не позво-
ляют обеспечить стабилизацию линии ви-
зирования на период проведения съёмки
заданных объектов [23].
В число научных и практических
проблем создания бортовых автономных
систем сигнатурного зондирования
(БАССЗ), стоящих перед разработчиками
оптико-электронных ИИС, входят [4]:
-	создание бортовой базы знаний,
включающей спектральные и контраст-
ные характеристики объектов, фонов,
помех для различных рабочих диапазо-
нов и условий наблюдения (высота поле-
та, зенитный угол солнца, угол ракурса,
состояние атмосферы);
-	разработка методов, алгоритмов и
критериев автоматической селекции объ-
ектов для различных типов фоно-целевой
обстановки и условий наблюдения;
-	формирование минимально необ-
ходимого набора эталонов в виде биб-
лиотеки, предназначенной для распозна-
вания с заданной вероятностью класса,
типа, размеров, структуры и состояния
объектов;
внедрение многоспектральных
приемников видеоданных и бортовых
спецвычислителей;
разработка бортового комплекса,
обладающего возможностью самокор-
рекции, самонастройки и самообучения.
Эти задачи могут решаться с помо-
щью интегрированной системы, обеспе-
чивающей автоматическое формирование
параметров коррекции движения КА в
режиме реального времени. Создание та-
кой системы на основе современных до-
стижений в области обработки изображе-
ний, новых принципов построения ИИС и
накопленного опыта применения в систе-
мах наведения и навигации корреляцион-
ных алгоритмов является актуальной за-
дачей [11-18]. Практика использования этих
систем подтвердила высокий уровень мет-
рологических характеристик и быстродей-
ствия ИИС. По этой тематике СамГТУ сов-
местно с ФГУП ГНП РКЦ «ЦСКБ-
Прогресс» (г. Самара) проводился ряд
фундаментальные	научно-
исследовательских работ (ФНПР), выпол-
няемые по постановлению директивных
органов.
К оптико-электронной ИИС, пред-
назначенной для выполнения общей
навигационной задачи, и входящей в си-
стему автоматического управления
(САУ) подвижного объекта (ПО), предъ-
являются следующие требования:
-	заданная степень автономности
работы, т.е. независимость функциониро-
вания системы от внешних источников
информации на определенный период
времени;
-	пассивность работы, т.е. исключе-
ние использования активных источников
излучений;
451

-	всепогодность применения, т.е.
устойчивость к изменениям состояния
атмосферы;
-	высокая помехозащищенность;
-	высокая точность измерений;
-	малые масса, габариты и энерго-
потребление при высокой надежности и
значительном ресурсе непрерывной рабо-
ты.
Для решения задач коррекции дви-
жения предложена структура оптико-
электронной ИИС, размещаемой на борту
КА (Рис.2). При работе ИИС в поле зре-
ния оптической системы (ОС) попадают
изображения опорных ориентиров, нахо-
дящихся на подстилающей поверхности
Земли. В основе функционирования ИИС
заложен программно-адаптивный прин-
цип действия системы, базирующийся на
корреляционном сравнении текущего
информационного массива информации
(ТИ), считываемой с первичного преоб-
разователя информации (1111И) на базе
ПЗС с эталонным информационным мас-
сивом (ЭИ), хранящимся в библиотеке
эталонной информации (БЭИ). Адаптив-
ность ИИС характеризуется возможно-
стью формирования ЭИ из ТИ и переза-
писи ЭИ в зависимости от изменения
условий наблюдения. Оптико-
электронная ИИС определения парамет-
ров коррекции движения входит в состав
вспомогательной аппаратуры бортового
комплекса управления (БКУ) КА и начи-
нает функционировать, когда из БКУ в
формирователь сигналов управления
(ФСУ) приходят загрузочные параметры
(ЗП) и данные о скорости и ориентации, а
так же команды на переход в режимы об-
наружения, наведения и стабилизации.
ИИС может работать с сигналами, снима-
емыми с различных первичных преобра-
зователей информации (АШИ), видимого,
инфракрасного или СВЧ диапазонов длин
волн. В качестве источника текущей ин-
формации (ТИ) служит собственный блок
чувствительных элементов на базе ПЗС.
ТИ
Рис. 2. Структура ИИС определения параметров коррекции движения КА
Эталонная информация формирует-
ся и записывается в библиотеку эталон-
ной информации (БЭИ) при планирова-
нии маршрута. В качестве эталонов ис-
пользуются цифровые (бинарные) изоб-
ражения района наблюдения (PH) и/или
характерные фрагменты (опорные ориен-
тиры), расположенные вдоль трассы
движения. БЭИ подготовлена в соответ-
ствии с определенными требованиями.
452

При изменении программы движения
эталонная информация (ЭИ) может до-
полняться и изменяться по программно-
командной радиолинии (ПКРЛ) из центра
управления и планирования маршрута
движения носителя. Характерной осо-
бенностью работы системы является ма-
лый объём априорной информации о
районе наблюдения. С наземного ком-
плекса управления (НКУ) поступает
адаптированная для данного сеанса ин-
формация (масштаб, условия освещенно-
сти и азимутальный угол эталона соот-
ветствующего данным условиям сеанса
наблюдения) и цифровые изображения
новых ориентиров (объём для одного
района =1 кбит), что позволяет хранить
на борту в БЭИ несколько тысяч цифро-
вых изображений ориентиров.
В задачи НИИ входят преобразова-
ние оптического излучения в электриче-
ский сигнал с требуемыми параметрами,
полученными в соответствии с общими
алгоритмами ИИС. Блок предваритель-
ной обработки (БПО) формирует норми-
рованные значения сигналов, соответ-
ствующих режимам работы системы, ре-
зультаты записываются в оперативно-
запоминающее устройство текущей ин-
формации (ОЗУ ТИ) и устройство фор-
мирования эталона (УФЭ). УФЭ в соот-
ветствии с критериями основного алго-
ритма (определение глобального макси-
мума) осуществляет перезапись эталон-
ной информации БЭИ. В библиотеке эта-
лонной информации (БЭИ) хранятся эта-
лоны опорных ориентиров, которые ис-
пользуются для работы ИИС в режимах
обнаружения, наведения и стабилизации.
ОЗУ ТИ и ОЗУ эталонной информации
(ОЗУ ЭИ) предназначены для оператив-
ного представления информации для па-
раллельного коррелятора (ПК). ПК по
информации, поступающей из ОЗУ ТИ и
ОЗУ ЭИ, формирует результаты сравне-
ния критериальной функции, по которым
в устройстве поиска максимума (УПМ)
осуществляется поиск глобального мак-
симума критериальной функции. Задача
анализатора условий сравнения (АУС)
состоит в формировании условий сравне-
ния результатов определения критери-
альной функции. Вычислитель координат
ориентира (ВКО) осуществляет расчёт
текущих значений сигналов коррекции
движения КА по тангажу, крену и рыска-
нью. Поле зрения оптической системы
блока Ш1И жестко связано с полем зре-
ния основной целевой аппаратуры (ЦА)
КА, а оптическая ось приёмника совпада-
ет с центром поля зрения ЦА, что обес-
печивает обнаружение (опознавание)
ориентира при произвольном направле-
нии вхождения ориентира в поле зрения
приёмника ПЗС. Блок ИЛИ располагает-
ся за пределами приборного отсека или в
приборном отсеке перед иллюминатором,
и предназначен для формирования изоб-
ражения подстилающей поверхности
Земли в фокальной плоскости оптической
системы и преобразования оптического
изображения в электрический сигнал.
Заключение
В настоящее время при организации
навигационного обеспечения КА дистан-
ционного зондирования Земли (ДЗЗ) су-
ществующее противоречие между до-
стигнутой высокой точностью бортовой
навигационной аппаратуры (БНА), ис-
числяемой угловыми секундами, и вза-
имным рассогласованием их осей чув-
ствительности, составляющим угловые
минуты, привело к снижению точности
ориентации КА и ухудшению качества
получаемой информации [4]. Технологи-
ческий путь снижения погрешности
навигационной системы, работающей в
инерциальном режиме, ограничен точно-
стью станочного и измерительного обо-
рудования [1]. Эффективным решением
этой сложной проблемы является исполь-
зование корректирующей системы непо-
средственно на борту КА [4]. Примене-
ние для этих целей СРНС нецелесообраз-
но по причине отсутствия помехозащи-
щённости и автономности. Системы аст-
рокоррекции, реализующие программный
принцип, обладают низким быстродей-
ствием и отсутствием возможности вы-
числения поправок только разовых спи-
саний накопившихся ошибок основной
навигационной системы (ОНС). Приве-
денные в работе [2] оценки точности
453

определения угловых элементов внешне-
го ориентирования (5") для автономной
оптико-электронной системы (ОЭС)
навигации КА по протяженным назем-
ным ориентирам позволяют говорить о
приближении показателей точности ОЭС
к аналогичным характеристикам аппара-
туры СРНС. Так же в пользу использова-
ния ОЭС говорит факт высокой (==10 раз)
потенциальной точности ОЭС по сравне-
нию с системой астрокоррекции, осу-
ществляющей расчёт от центра Земли
(6400 км), в то время как в ОЭС низкоор-
битального КА ДЗЗ это расстояние опре-
деляется высотой полёта (600 км).
Идентичность задач коррекции
движения, решаемых с использованием
эталонов местности на путевых участках
и завершающем отрезке траектории ПО,
позволяет сделать вывод о возможности
универсального применения корреляци-
онно-экстремальных систем для одно-
временного решения задач коррекции
движения, наведения и самонаведения.
Практическое использование ИИС раз-
личного назначения, реализующих об-
зорно-сравнительный метод коррекции
движения, показало высокую точность
измерений, помехозащищенность, авто-
номность, достаточное быстродействие и
необходимый уровень метрологических
характеристик. Примеры реализаций та-
ких ИИС позволяют сделать вывод:
-	о перспективности применения
оптико-электронной ИИС, обеспечиваю-
щей стабилизацию линии визирования
при получении, например, высокодеталь-
ных многоспектральных стереоизобра-
жений Земной поверхности с борта КА;
-	о возможности использования оп-
тико-электронной ИИС определения па-
раметров коррекции движения различных
подвижных объектов по эталонам изоб-
ражений подстилающей поверхности при
сближении (стыковка), при мягкой по-
садке на грунт;
-	о применении их для решения за-
дач управления группами автономных
подвижных объектов (беспилотные лета-
тельные аппараты, малые спутники, по-
движные роботы различного назначения)
[4].
Библиографический список:
1.	Авиация ВВС России и научно-
технический прогресс. Боевые комплек-
сы и системы вчера, сегодня, завтра /
под ред. Е.А. Федосова. — М.: Дрофа,
2005. — 734 с., [2] с.: ил. — (Авиация и
космонавтика). ISBN 5-7107-7070-1
2.	Автономная навигация косми-
ческих аппаратов: монография /
Г.П. Аншаков [и др.] / под общ. ред.
А.Н. Кирилина. - Самара: ЦСКБ-
Прогресс, 2011. - 486 с. - ISBN
978-5-93424-554-3
3.	Андреев В.Д. Теория инерци-
альной навигации (корректируемые си-
стемы). - М.: Наука, 1967. - 647 с.
4.	Ахметов Р.Н. Некоторые зада-
чи управления низкоорбитальными
спутниками дистанционного зондирова-
ния Земли. / «Актуальные проблемы
авиационных и аэрокосмических систем:
процессы, модели, эксперимент», Вып.
1(30), т.15. - Казань: Изд-во КГТУ-КАИ,
2010, С.70-83.- ISSN 1727-6853.
5.	Бочкарёв А.М. Корреляционно-
экстремальные системы // Зарубежная
электроника. - 1981. - №9. - С.28-53
6.	Дмитриевский А.А., Лысенко
Л.Н., Иванов Н.М. и др. Баллистика и
навигация ракет / Под ред. А.А. Дмитри-
евского. - М.: Машиностроение, 1985. -
309 с. : ил.
7.	Лысенко Л.Н. Наведение и
навигация баллистических ракет: Учеб,
пособие. - М: Изд-во МГТУ им.
Н.Э. Баумана, 2007. - 672 с: ил. ISBN
978-5-7038-2913-4
8.	Разоренов Т.Н., Бахрамов Э.А.,
Титов Ю.Ф. Системы управления лета-
тельными аппаратами (баллистическими
ракетами и их головными частями) / Под
ред. Т.Н. Разоренова. - М.: Машиностро-
ение, 2003. - 584 с.: ил.
9.	Ривкин С.С., Ивановский Р.И.,
Костров А.В. Статистическая оптимиза-
ция навигационных систем / Под ред.
И.Б. Челпанова. - Л.: Судостроение,
1976. — 280 с.
10.	Ржевкин В.А. Автономная
навигация по картам местности //
Зарубежная электроника. - 1981. - № 10.
454

- С.2-27.
11.	Сбродов В.В., Леонович Г.И.
Телевизионная система опознавания
ориентиров и наведения линии визиро-
вания // Труды 1 Всероссийской научно-
технической конференции «Технологии
двойного применения»: Поволжское
СППМО и РАН, Самара, 1995. - С.64-67.
12.	Сбродов В.В., Свиридов В.П.
Оптоэлектронная система измерения от-
носительной скорости // Тезисы докла-
дов Юбилейной научно-технической
конференции, СамГТУ, Самара, 1995.
13.	Сбродов В.В., Свиридов В.П.,
Давыдов В.Г. Исследование эффектив-
ности алгоритмов опознавания ориенти-
ров в комбинированных системах управ-
ления подвижных объектов // Вестник
СамГТУ, Самара: серия «Технические
науки», 2002, - Вып.8. - С. 179-186
14.	Сбродов В.В., Свиридов В.П.,
Сафронов С.Г. Использование систем
дистанционного зондирования для ре-
шения задач управления подвижными
объектами // Вестник СамГТУ. Научный
журнал., серия «Технические науки»,
2011., вып.№3 (31). - С. 89-96.
15.	Сбродов В.В., Свиридов В.П.,
Сафронов С.Г. Многоконтурные систе-
мы управления и навигации на базе дат-
чиков опознавания ориентиров. XVIII
Санкт-Петербургская международная
конференция по интегрированным нави-
гационным системам. Сборник материа-
лов.(30 мая - 1 июня 2011 г.), СПб: ГНЦ
РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ Электропри-
бор»», 2011. - 338 с. - С. 246-247.
16.	Сбродов В.В., Свиридов В.П.,
Сафронов С.Г. Решение задач управле-
ния и наведения средств дистанционного
зондирования с помощью систем обра-
ботки и анализа визуальной информа-
ции. Вестник СГАУ. Научный журнал,
2012., вып.№1(32). - С. 47-55.
17.	Сбродов В.В., Тихомиров И.В.,
Сафронов С.Г. Информационные систе-
мы безопасности воздушных судов // В
сб.: Актуальные проблемы информаци-
онной безопасности. Теория и практика
использования программно-аппаратных
средств: Мат. IV Всероссийской научно-
технической конференции. - Самара:
СамГТУ, 2011.-С. 58-62.
18.	Свиридов В.П., Сбродов В.В.
Детекторы движения в системах управ-
ления автономных подвижных объектов
/ Актуальные проблемы информацион-
ной безопасности. Теория и практика
использования программно-аппаратных
средств. Материалы VIII Всероссийской
научно-технической конференции /
Отв.редактор А.И. Никонов, В.П. Сви-
ридов.- Самара: СамГТУ, 2015.- с.
177-179.
19.	Точность межконтинентальных
баллистических ракет / Л.И. Волков,
А.И. Прокудин, В.С. Гаврилов, Г.Н. Мо-
хоров; Под ред. Л.И. Волкова. - М.:
Машиностроение, 1996. - 301 с.: ил.
20.	Федосеев В.И., Колосов М.П.
Оптико-электронные системы ориента-
ции и навигации космических аппаратов.
- Логос,2007. - 248 с.
21.	Шевченко И. Современное со-
стояние и перспективы развития крыла-
тых ракет морского базирования ВМС
США // Зарубежное военное обозрение
№8 2009. - С. 66-73.
22.	www.lockheedmartin.com/produ
cts/F-35LightningIIEOTSZ Сайт фирмы
«Локхид».
23.	www.samspace.ru./products/earth
remote sensing satellites/ka resurs dk 1
/ Сайт ГНП РКЦ «ЦСКБ-Прогресс».
References:
1.	Russian Air Force and scientific
and technical progress. Martial complexes
and systems yesterday, today and tomorrow
/ Ed. E.A. Fedosov. - Moscow: Drofa,
2005. - 734 p., [2] p.: silt. - (Aerospace).
ISBN 5-7107-7070-1
2.	Autonomous navigation satel-
lites: monograph I G.P. Anshakov [et al.] /
under total. Ed. A.N. Kirilin. - Samara:
Samara Space Center, 2011. - 486 p. -
ISBN 978-5-93424-554-3
3.	Andreev V.D. Theory of inertial
navigation (corrected system). - Moscow:
Nauka, 1967 - 647 p.
4.	Akhmetov R.N. Some manage-
ment tasks low-orbit remote sensing satel-
lites. / "Actual problems of aviation and aer-
ospace systems: processes, models, experi-
455

ment", Vol. 1 (30), t.15. - Kazan: Publishing
house KSTU-KAI, 2010 Pp.70-83. - ISSN
1727-6853.
5.	Bochkarev A.M. Correlation-
extreme systems // International Electronics.
- 1981,-№9.-Pp.28-53
6.	Dmitrievsky A.A., Lysenko L.N.,
Ivanov N.M. and others. The ballistics and
missile navigation I Ed. A.A. Dmitrievsky. -
Moscow: Machinostroenie, 1985. - 309 p.:
Ill.
7.	Lysenko L.N. Guidance and navi-
gation ballistic missiles: Tutorial. - Moscow:
Publishing House of the MSTU N.E. Bau-
man, 2007. - 672 p.: П1. ISBN 978-5-7038-
2913-4
8.	Razorenov G.N., Bakhramov
E.A., Titov Y.F. Control Systems aircraft
(ballistic missiles and their warheads) I Ed.
G.N. Razorenov. - Moscow: Machi-
nostroenie, 2003. - 584 p.: Ill.
9.	Rivkin S.S., Ivanovsky R.I.,
Kostrov A.V. Statistical optimization of
navigation systems I Ed. LB. Chelpanov. -
L.: Sudostroenie, 1976. - 280 p.
10.	Rzhevkin V.A. Autonomous nav-
igation maps of terrain // Zarubezhnaya elec-
tronica. - 1981. - № 10. - Pp.2-27.
11.	Sbrodov V.V. Leonovich G.I.
TV system identification and orientations
aiming line of sight 11 Works of 1 All-
Russian scientific and technical conference
"dual-use technology": SPPMO and Volga
Region Academy of Sciences, Samara,
1995. - Pp.64-67.
12.	Sbrodov V.V., Sviridov V.P.
Optoelectronic systems measure the relative
speed // Abstracts Jubilee Scientific and
Technical Conference, Samara State Tech-
nical University, Samara, 1995.
13.	Sbrodov V.V., Sviridov V.P.,
Davydov V.G. Research of efficiency of al-
gorithms recognition guidelines in the com-
bined control systems of mobile objects И
Bulletin of Samara State Technical Univer-
sity, Samara: "Technical sciences" series,
2002, - Issue 8. - Pp. 179-186
14.	Sbrodov V.V., Sviridov V.P.,
Safronov S.G. Use of remote sensing to
meet the challenges of mobile objects // Bul-
letin of Samara State Technical University.
The scientific journal. "Technical sciences"
series, 2011, Issue №3 (31). - Pp. 89-96.
15.	Sbrodov V.V., Sviridov V.P.,
Safronov S.G. Multiple loop control systems
and navigation-based sensor identification
guidelines. XVIII St. Petersburg Internation-
al Conference on Integrated Navigation Sys-
tems. The collection of materials. (30 May -
1 June 2011), St. Petersburg: SSC RF JSC
"Concern"Central Research Institute of
Electric appliance"", 2011. - 338 p. - Pp.
246-247.
16.	Sbrodov V.V., Sviridov V.P.,
Safronov S.G. Meeting the challenges of
management and guidance of remote sens-
ing systems to help process and analyze vis-
ual information. Bulletin SSAU. Scientific
Journal, 2012., Issue. №1 (32). - Pp. 47-55.
17.	Sbrodov V.V., Tikhomirov I.V.,
Safronov S.G. Information systems security
aircraft // In .: Actual problems of infor-
mation security. Theory and practice of us-
ing software and hardware: Mat. IV All-
Russian scientific and technical conference.
- Samara: Samara State Technical Universi-
ty, 2011.-Pp. 58-62.
18.	Sviridov V.P., Sbrodov V.V.
Motion detectors in the control systems of
autonomous moving objects. I Actual prob-
lems of information security. Theory and
practice of using software and hardware.
Proceedings of VIII All-Russian scientific
and technical conference I Executive Editor
A.I. Nikonov, V.P. Sviridov. - Samara: Sa-
mara State Technical University, 2015.-
Pp. 177-179.
19.	The accuracy of intercontinental
ballistic missiles I L.L Volkov, A.I.
Prokudin, V.S. Gavrilov, G.N. Mokhorev;
Ed. L.L Volkov. - Moscow: Machi-
nostroenie, 1996. - 301 p.: Ill.
20.	Fedoseev V.I., Kolosov M.P. Op-
toelectronic orientation and navigation satel-
lites. - Logos 2007. - 248 p.
21.	Shevchenko I. Current status and
prospects of development of sea-based
cruise missiles the US Navy // Foreign Mili-
tary Review №8 2009. - Pp. 66-73.
24. www.lockheedmartin.com/produ
cts/F-35LightningIIEOTS/
22.	www.samspace.ru ,/products/earth
remote sensing satellites/ka resurs dk 1/
456

INDEPENDENT AIS BASE BENCHMARK FOR MANAGEMENT TASKS AND
MOVING OBJECTS NAVIGATION
©2015 *V.V. Sbrodov, 'V.P. Sviridov, 3S.G. Safronov, 2A.A. Fedoseyev
1	Samara the state technical university
2	JSC «SRC «Progress»
department of the Samara region of the Volga-Vyatka of the Bank of Russia
The usage of information-measuring systems for solving problems of determining the parameters of the spa-
tial position of the movable object Highlighted the problem of applying the methods of motion correction of mov-
ing objects. The requirements to the system of correction movement, part of the automatic control system of the
movable object. An overview of the features of the systems and implementations. An analysis in order to build an
adaptive system that operates in real time. The structure of the system determine the parameters of the correction
movement of the movable object.
Keywords: control, guidance, a mobile unit, remote sensing, basic guidelines, correlation, reference map of
the area
Информация об авторах:
Сбродов Владимир Васильевич, кандидат технических наук, доцент, доцент ка-
федры «Электронные системы и информационная безопасность», Государственное обра-
зовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарский государ-
ственный технический университет», 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская 244,
тел.:(846) 337-31-96, E-mail: esib@samgtu.ru.
Информация, управление, навигация, наведение, распознавание, дистанционное
зондирование, оптико-электронные системы, искусственный интеллект, подвижные объ-
екты.
Свиридов Вячеслав Павлович, кандидат технических наук, доцент, профессор,
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Самарский государственный технический университет», 443100, г. Самара, ул. Моло-
догвардейская 244, тел.:(846) 337-31-96, E-mail: esib@samgtu.ru.
Компьютерная обработка изображений, защита информации, информационная без-
опасность, навигация, наведение и управление подвижными объектами.
Сафронов Сергей Геннадьевич, кандидат технических наук, ведущий инженер,
Отделение по Самарской области Волго-Вятского Главного управления Банка России,
443099, г. Самара, ул. Куйбышева 112, тел.:(846) 242-01-05, E-mail: 2012safr@mail.ru.
Компьютерная обработка изображений, защита информации, информационная безопас-
ность, навигация, наведение и управление подвижными объектами .
Федосеев Андрей Алексеевич, заместитель генерального директора по безопасно-
сти, АО «РКЦ «Прогресс», 443009, Самара, ул. Земеца 18 тел.:(846) 955-13-61, E-mail:
mail@samspace.ru.
Компьютерная обработка изображений, защита информации, информационная без-
опасность, навигация, наведение и управление подвижными объектами .
Sbrodov Vladimir Vasilyevich, Candidate of technical sciences, Associate Professor
Department of «Electronic systems and information security», State Educational Institution of
Higher Professional Education «Samara State Technical University», 443100 Samara, 244
Molodogvardeiskaya Street, Phone: (846) 337-31-96 E-mail: esib@samgtu.ru.
Information management, navigation, guidance, recognition, remote sensing, optoelec-
tronic systems, artificial intelligence, moving objects
Sviridov Vyacheslav Pavlovich, Candidate of technical sciences, Professor Department
of «Electronic systems and information security», State Educational Institution of Higher Pro-
fessional Education «Samara State Technical University», 443100 Samara, 244 Molodogvar-
deiskaya Street, Phone: (846) 9276034657 E-mail svlad 48@mail.ru.
457

Computer image processing, data protection, information security, navigation, guidance
and control of mobile units
Safronov Sergey Gennadyevich, Candidate of technical sciences, Lead Engineer, De-
partment of the Samara region of the Volga-Vyatka of the Bank of Russia, 443099 Samara,
112 Kuibyshev Street, Phone: (846) 242-01-05, E-mail: 2012safr@mail.ru.
Computer image processing, data protection, information security, navigation, guidance
and control of mobile units.
Fedoseyev Andrey Alekseyevich, Candidate of technical sciences, Deputy Director
General for Security, JSC «SRC «Progress», 443009 Samara, 18 Zemetsa Street, Phone: (846)
955-13-61, E-mail: mail@samspace.ru.
Computer image processing, data protection, information security, navigation, guidance
and control of mobile units.
458

УДК 528-187.4
ЗВЕЗДНЫЙ ДАТЧИК ВЫСОКОЙ ТОЧНОСТИ ДЛЯ АППАРАТУРЫ
ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ
©2015 А.И. Бакланов, А.В. Верховцева, А.С. Забиякин, А.С. Князев, А.И. Цилюрик
Филиал АО «РКЦ «Прогресс» - НИИ «ОПТЭКС», г. Москва
Приведены результаты разработки и изготовления звездного датчика высокой точности для аппара-
туры ДЗЗ. Представлены основные характеристики прибора и его режимы работы. В статье рассмотрены
методики наземной отработки звездного датчика на установке измерения угловых координат.
Ключевые слова: звездный датчик, установка измерения угловых координат, калибровка.
Современные системы ориентации
и навигации космических аппаратов (КА)
сложно представить без звездных датчи-
ков (ЗД) различной точности, обеспечи-
вающих трехосную ориентацию КА. В
КА дистанционного зондирования Земли
(ДЗЗ) прецизионные ЗД дополнительно
решают задачу обеспечения привязки
элементов съемочной аппаратуры к коор-
динатам поверхности Земли. Чем выше
пространственное разрешение, тем выше
требование по точности привязки, и тем,
соответственно, более высокой точно-
стью должен обладать ЗД. Так для аппа-
ратуры ДЗЗ с пространственным разре-
шением порядка 1 метра и соответству-
ющей ему точностью привязки требуемая
точность определения ориентации долж-
на составлять доли секунд угловой дуги
для орбиты КА порядка 700 км.
В настоящее время насчитывается
более 10 зарубежных производителей
звездных приборов, среди них: SODERN
(Франция), Jena-Optronik (Германия),
Galileo Avionica (Италия), Ball Aerospace
(США), Goodrich (США), Terma (Дания,
Германия, Нидерланды, Сингапур, США)
и др., которые выпускают ЗД различного
типа и назначения [1]. В России наиболее
известными производителями, выпуска-
ющими ЗД, являются ИКИ РАН и ОАО
«НИН» Геофизика-Космос». Высокие
требования по точности координатной
привязки снимков диктуют в свою оче-
редь новые требования как к оптическим
системам ЗД, так и к вычислительным
средствам.
В 2010-2014 гг. В НПП «ОПТЭКС»
был разработан и изготовлен ЗД высокой
точности для аппаратуры ДЗЗ. ЗД пред-
ставляет собой комплекс, состоящий из
блока фотоприемного устройства
(БФПУ) (изготовитель ЗАО «НПП
«ЭЛАР»), блока оптико-механического
(БОМ) (изготовитель ОАО «ЛОМО»),
блока управления и цифровой обработки
(БУЦО) и бортовой кабельной сети.
БФПУ содержит полноформатный
ФПЗС-датчик с четырьмя выходами раз-
мером 3600x2500 элементов с термоэлек-
трическим охлаждением. Размер элемен-
та составляет 12x12 мкм. В состав блока
входит также 14-разрядный АЦП. Рабо-
чая частота считывания каждого выход-
ного регистра составляет 10 МГц.
БОМ включает в себя длиннофо-
кусного объектива с фокусным расстоя-
нием 200 мм с диаметром входного зрач-
ка 100 мм и относительным отверстием
1:2; и бленду, защищающую поле зрения
ЗД от посторонних засветок. Конструк-
тивно БФПУ и объектив представляют
собой единый узел (рис. 1), а бленда, что
очень важно, конструктивно не связана с
оптической системой «объектив - фото-
приемник» и устанавливается отдельно
на держатель, что обеспечивает дополни-
тельную изоляцию оптической системы
от тепловых потоков с бленды в резуль-
тате ее нагрева. Угловое поле зрения оп-
тической системы оставляет 15°, а спек-
тральный диапазон 0,5 - 0,8 мкм.
БУЦО (рис. 2) выполнен на основе
процессора LEON 3 FT, поддерживающе-
го точность вычислений в формате
459

DOUBLE (64 разряда с плавающей запя-
той), и ПЛИС фирмы Actel, содержит
ПЗУ емкостью 2 Гбайта для хранения
бортового звездного каталога и ОЗУ ем-
костью 32 Мбайта. Связи с ВВС КА осу-
ществляется по магистральному последо-
вательному интерфейсу MIL-STD-1553.
БУЦО выполняет считывание и обработ-
ку кадра произвольного участка звездно-
го неба и вычисление ориентации с ча-
стотой до 10 Гц. Основные технические
характеристики комплекса ЗД приведены
в табл.1.
Рис. 1. Сборка блоков БФПУ и БОМ (без бленды) в оснастке для транспортировки
Рис. 2. Блок управления и цифровой обработки (БУЦО)
Комплекс ЗД способен в режиме
«Данные» формировать информацию о
распознанных звездах и по оптическому
каналу передавать координаты до 25 объ-
ектов в запоминающее устройство (ЗУ)
КА; в режиме «Кадр» передавать снятый
участок звездного неба по оптическому
каналу в ЗУ КА; в режиме «Ориентация»
460

вычислять кватернион ориентации при-
борной системы координат и по мульти-
плексному каналу транслировать инфор-
мацию в БВС. Программно-
алгоритмическое обеспечение ЗД, струк-
тура и состав бортового звездного ката-
лога разработаны специалистами Н1Ш
«ОПТЭКС» и аттестованы во время авто-
номных испытаний комплекса ЗД.
Табл. 1. Основные характеристики комплекса ЗД
Точность, утл сек	-0.1 (случайная составляющая ох,у) - 3 (предельная погрешность Дх>у)
Частота обновления, Гц	до 10
Поле зрения, град	12,3 х 8,6
Фокусное расстояние объ- ектива, мм	200
Масса, гк	18,6
Мощность потребления, Вт	20
Габаритные размеры, мм	-	0165 х 300 (объектив) -	0330 х 525 (бленда) 0184 х 203 (БФПУ) 259 х 70 х 252,3 (БУЦО)
Формат ФПЗС, размер элемента, мкм	3600 х 2500/ 12 х 12
Серьезной задачей при разработке
такого рода прецизионных ЗД является
их наземная отработка, калибровка и ис-
пытания с применением специализиро-
ванного стендового оборудования для
контроля показаний, оценки точности и,
при необходимости, адекватной коррек-
тировки данных прибора. Контроль осо-
бенно критичен в том случае, если произ-
водится сборка и юстировка оптической
системы ЗД.
Автономные испытания и контроль
точностных параметров комплекса ЗД
после калибровки проводились на стенде
измерения угловых координат, разрабо-
танном в НПП «ОПТЭКС» [2], который
обеспечивает точность задания углового
положение не хуже 1 угловой секунды.
По результатам измерений на стенде
проводились оценки следующих пара-
метров:
-	профилей функции рассеяния
точки (ФРТ);
-	фазовых ошибок измерения ко-
ординат фотоприемника;
-	внутренних параметров модели
оптической системы ЗД, в том числе ко-
эффициентов радиальной и тангенциаль-
ной;
-	ориентации ЗД относительно
посадочной системы координат стенда.
1.	Восстановления профилей функ-
ции рассеяния точки (ФРТ)
Поведение ФРТ определяет воз-
можность субпиксельного оценивания
координаты посредством взвешивания
яркости. Особенно вид ФРТ критичен для
широкоформатных фотоприемников, по-
скольку в этом случае заметно проявля-
ется неоднородность ФРТ по полю зре-
ния.
Неоднородность ФРТ ограничивает
точность субпиксельного оценивания ко-
ординат точечного объекта при исполь-
зовании любой интерполяционной фор-
мулы взвешивания яркости. Измерение
интегральных профилей производились
на стенде посредством сканирования по
одному из углов ориентации. При этом
измерялся отклик в одном центральной
элементе фотоприемника при смещении
центра светового пятна с шагом в 2". Ин-
461

тегрирование яркости при этом происхо-
дит по ширине элемента приемника - 12".
Полученные зависимости представляют
собой проинтегрированную по ширине
элемента величину яркости сечения ФРТ.
Если задаться ожидаемой формой вели-
чины ФРТ в параметризованном виде, то
можно восстановить ее по полученным
данным минимизируя невязку. Будем
считать, что ФРТ имеет вид распределе-
ния Гаусса:
т(	1	1 f х2 + у2>
V	' ЪЮ2	\	1G2 )
Тогда в любом сечении профиль
имеет вид:
а интегральное значение в центральной
ячейке, с точностью до множителя и по-
стоянной составляющей можно опреде-
лить через интеграл функции профиля
s (х) = Р(х-х0 + О.5Д)-Р(х-хо-0.5Л) =
где хо-неизвестное положение цен-
тра ФРТ, о - ее ширина в угловых секун-
дах, Д - размер элемента в угловых се-
кундах, erfc - стандартная функция оши-
бок. Располагая измерениями зависимо-
сти F(x) можно решить задачу подгонки
под данные по минимуму квадратов не-
линейной регрессии
по двум линейным параметрам Со,
С| и двум нелинейным хо и о. Такие рас-
четы проводились как минимум для двух
областей поля зрения - первая в центре и
вторая - на краю поля зрения.
Результаты измерений по X и Y для
этих двух областей показаны на рис. 3-6.
Видно, что измеренные интегрированные
профили ФРТ по оси X очень хорошо ап-
проксимируются скользящими средними
нормального распределения (2-3% отно-
сительной точности). По оси Y точность
в несколько раз хуже, что можно интер-
претировать как отклонение ФРТ от нор-
мального закона, что связано, по-
видимому, с переносом заряда в фото-
приемнике. Оценка о может использо-
ваться для выбора функций субпиксель-
ного оценивания координат. При полу-
ченных параметрах о ~ 0,34-0,49 элемен-
та (достаточно низкие по сравнению с
оптимальными значениями о0пт 0.6-0.8)
распределения ФРТ наименьшие фазовые
ошибки достигаются при оценивании ко-
ординат звезды по формуле простого
центра масс.
462

Профиль ФPT по X q=0.44094
3500
3000
1000
500
2500
2000
8
Оч
25	30
Угол а (секунды)

1500
Рис. 3. Результат подгонки нормального распределения под данные интегрального
профиля по X в центре поля зрения.
Профиль ФРТ по У, g=0.34656
3500
3000
1 2500
ф
к
>s
X 2000
£
I-
§ 1500
JQ
Н
8
о. 1000
Оч
500
О
15	20	25	30	35	40	45
Угол р (секунды)
Рис. 4. Результат подгонки нормального распределения под данные интегрального
профиля по Y в центре поля зрения
463

Рис. 5. Результат подгонки нормального распределения под данные интегрального
профиля по X на краю поля зрения
Профиль ФРТ по Y, 0=0.44808
Угол р (секунды)
х 10
Рис. 6. Результат подгонки нормального распределения под данные интегрального
профиля по Y на краю поля зрения
2.	Контроль фазовых ошибок.
По данным одномерного сканиро-
вания измеряются фазовые ошибки (си-
стематические пространственные ошиб-
ки, связанные с положением светового
пятна относительно элемента приемника,
возникающие при дискретизации). Такие
оценки координаты пятна в зависимости
от углов наклона комплекса ЗД показаны
на рис. 7 и рис. 8 для формулы оценива-
ния координат по методу “центра масс”.
В данном случае обеспечивается средне-
квадратичная фазовая ошибка измерения
координат по обоим направлениям при-
мерно 0.045 элемента приемника, что
примерно в 6 раз меньше, чем случайная
ошибка оценки координаты по централь-
ному элементу 0.29. Возрастание фазовой
ошибки вызвано неадекватностью интер-
поляционной формулы оценивания коор-
динат для слишком узкой или слишком
широкой ФРТ.
464

Зависимость оценки X по а, ег = 0.043282
15	20	25	30	35	40
Рис. 7. Зависимость фазовой систематической ошибки субпиксельной оценки
координаты X в зависимости от угла наклона, среднеквадратичная ошибка 0.043 элемента приемника
Рис. 8. Зависимость фазовой систематической ошибки субпиксельной оценки
координаты Y от угла наклона приемника, среднеквадратичная ошибка 0.044 элемента приемника
3.	Геометрическая модель камеры
Геометрическая модель оптической
системы ЗД строится по калибровочным
данным посредством итерационного вы-
полнения двух-этапной процедуры опти-
мизации, предложенной в работе [3]. На
первом этапе предполагается, что дис-
торсией можно пренебречь или ее можно
учесть расчетным путем. Тогда геомет-
рическая модель может быть определена
в замкнутом виде с помощью DLT (Direct
Linear Transform), предложенного в рабо-
те [4]. Линейная модель определяет че-
тыре внутренних параметра модели оп-
тической системы (угловой размер эле-
мента и координата центральной точки
для соответствующих двух осей). На вто-
ром этапе решается система линейных
уравнений относительно коэффициентов
дисторсии. Такое минимизирующее
ошибку решение можно получить для
произвольной модели линейной по коэф-
фициентам дисторсии, в частности для
наиболее часто используемой в литерату-
ре модели, включающей радиальную и
465

децентрирующую тангенциальную дис-
торсии.
Дисторсия, ошибка=0.23477 элемента приемника
2500г
2000
1500
1000
. I _
500
___I__
1000
___I__
1500
___I__
2000
2500	3000	3500
___I
4000
Рис. 9. Дисторсия изображений калибровочных точек (увеличенная в 200 раз)
Мы использовали модель дистор-
сии, включающую 3 коэффициента ради-
альной дисторсии и 2 коэффициента тан-
генциальной дисторсии. Полученные ко-
эффициенты дисторсии используются
для исправления координат в фокальной
плоскости с целью получения свободных
от дисторсии расчетных данных. Мето-
дом итерационного приближения вычис-
ления проводились до сходимости. По-
скольку процедура многомерной нели-
нейной оптимизации может сходиться к
локальному минимуму, результаты кон-
тролировались альтернативными стан-
дартными методами многомерной опти-
мизации:	методом Левенберга-
Марквардта и методом роя частиц PSO
(Particle Swarm Optimization). Для калиб-
ровки использовалась равномерная по
двум углам решетка измерений 13 х 9.
Результаты измерений дисторсии и кор-
рекции дисторсии в соответствии с по-
строенной моделью представлены на
рис. 9 и рис. 10.
Дисторсия, ошибка=0.063079 элемента приемника
2500-
2000
1500
1000
500
0 '------------1---’-------’--------’-----’ -----------I—--------’—I-----2--------2l_ —1 -------- ’----- ------1
0	500	1000	1500	2000	2500	3000	3500	4000
Рис. 8. Дисторсия после коррекции в соответствии с построенной моделью
466

В данном случае среднеквадратиче-
ская ошибка оценивания координат сни-
жается с 0.24 до 0.06 элемента фотопри-
емника. Полученная модель оптической
системы ЗД в дальнейшем используется
для построения обратного дробно-
полиномиального преобразования коор-
динат приемника в углы ориентации ис-
точника, используемые в штатной работе
ЗД.
Рассмотренные в работе математи-
ческие модели, используются для опре-
деления параметров, определяющих вы-
сокую точность работы комплекса ЗД.
Измерения ФРТ и фазовой ошибки фото-
приемника позволяют контролировать
качество сборки системы комплекса ЗД
«объектив-фотоприемник». Построенная
модель оптической системы ЗД позволя-
ет, как контролировать ошибки прибора
на этапе сборки, так и проводить компен-
сацию геометрических искажений ЗД в
рамках геометрической модели в штат-
ном режиме. Рассмотренные способы
контроля позволили получить точность
определения ориентации одиночного ис-
точника лучше одной угловой секунды.
Библиографический список:
1.	С.А. Дятлов, Р.В. Бессонов. Об-
зор звездных датчиков ориентации кос-
мических аппаратов. Первая Всероссий-
ская научно-техническая конференция
Современные проблемы ориентации и
навигации космических аппаратов, Сбор-
ник трудов, 22-25 сентября 2008 года,
Россия, Таруса, Под редакцией
Г.А. Аванесова, Серия «Механика,
управление и информатика», Москва,
ИКИРАН
2.	Г.В. Бунтов, А.В. Верховцева,
А.С. Забиякин, А.Н. Князев, А.М. Сталь-
ное. Методы повышения точности стен-
дового оборудования для наземной отра-
ботки прецизионных звёздных датчиков,
Третья Всероссийская научно-
техническая конференция Современные
проблемы ориентации и навигации кос-
мических аппаратов, Сборник трудов,
10-13 сентября 2012 года, Россия, Тару-
са, Под редакцией Г.А. Аванесова, Серия
«Механика, управление и информатика»,
Москва, ИКИ РАН
3.	J. Weng, Р. Cohen, М. Hemiou,
Camera calibration with Distorsion Models
and Accuracy Evaluation, IEEE Transaction
on Pattern Analysis and Machine Intelli-
gence, vol. 14, No. 10, October 1992, pp.
965-980.
4.	Y.I. Adel-Aziz, H.M. Karara. Direct
linear transformation into object space coor-
dinates in close-range photogrammetry ,
Proc.Symp. Close-Range Photogrammetry
(Urbana, IL), Jan. 1971, pp.1-18.
References:
1.	S.A. Dyatlov, R.V. Bessonov. Re-
view of the Orientation Star Trackers of
Spacecrafts, the Proceedings of the 1st All-
Russian Scientific and Technological Con-
ference “Contemporary Problems of Space-
craft Attitude Determination and Control”,
22-25 September 2008, Russia, Tarusa, the
Space Research Institute of the Russian
Academy of Sciences.
2.	G.V. Buntov, A.V. Verhovtseva,
A.S. Zabijakin, A.N. Knyazev, A.M. Stal-
nov. Methods of Increase of Accuracy Stand
Equipment for Graund Tests Star Tracker,
the Proceedings of the 3rd All-Russian Sci-
entific and Technological Conference “Con-
temporary Problems of Spacecraft Attitude
Determination and Control”, 10-13 Septem-
ber 2012, Russia, Tarusa, the Space Re-
search Institute of the Russian Academy of
Sciences.
3.	J. Weng, P. Cohen, M. Hemiou.
Camera calibration with Distorsion Models
and Accuracy Evaluation, IEEE Transaction
on Pattern Analysis and Machine Intelli-
gence, vol. 14, No. 10, October 1992, pp.
965-980.
4.	Y.I. Adel-Aziz, H.M. Karara, Direct
linear transformation into object space coor-
dinates in close-range photogrammetry ,
Proc.Symp. Close-Range Photogrammetry
(Urbana, IL), Jan. 1971, pp.1-18.
467

HIGH ACCURACY STAR TRACKER FOR THE EARTH REMOTE SENSING
EQUIPMENT
©2015 A.L Baklanov, A.V. Verhovtseva, A.S. Zabijakin, A.N. Knyazev, A.L Tsiljurik
Branch of State Research and Production JSC «SRC «Progress», - State Research and
Production Enterprise “OPTECS”, Moscow
The results of the development and manufacture of the high accuracy star tracker for the Earth remote sens-
ing equipment. The main characteristics of the device and its operating conditions. The article describes the methods
of ground tests on the stand of measurement of angular coordinates of the star tracker.
Keywords: the star tracker, the stand of measurement of angular coordinates, calibration, point spread
function.
Информация об авторах:
Бакланов Александр Иванович, кандидат технических наук, заместитель гене-
рального директора АО «РКЦ «Прогресс» - директор филиала - главный конструктор
НПП «ОПТЭКС», доцент кафедры «Телекоммуникационные системы» Московского гос-
ударственного института электронной техники, заведующий базовой кафедрой НПП
«ОПТЭКС» «Оптико-электронные приборы и системы» при МИЭТ, 124460, РФ, г.
Москва, Зеленоград, ул. конструктора Гуськова, д.8,стр. 2, т. (499) 734-11-59, e-mail -
optecs@mail.ru.
Область научных интересов: разработка электронных приборов, датчиков и систем
для дистанционного зондирования и наблюдения Земли из космоса.
Верховцева Алевтина Викторовна, кандидат физико-математических наук, заме-
ститель начальника отделения, 124460, РФ, г. Москва, Зеленоград, ул. конструктора Гусь-
кова, д.8,стр. 2, т. (499) 734-94-93, e-mail - alevteena@ gmail.com.
Область научных интересов: математическое моделирование, методы обработки
изображения.
Забиякин Александр Сергеевич, начальник научно-технического комплекса, заме-
ститель главного конструктора, 124460, РФ, г. Москва, Зеленоград, ул. конструктора
Гуськова, д.8,стр. 2, т. (499) 734-94-93.
Область научных интересов: методы обработки изображения, системы и методы ди-
станционного зондирования земли.
Князев Александр Николаевич, начальник отделения; 124460, РФ, г. Москва, Зе-
леноград, ул. конструктора Гуськова, д.8,стр. 2, т. (499) 734-94-93.
Область научных интересов: оптика, оптические установки.
Цилюрик Александр Иванович, кандидат технических наук, ведущий научный со-
трудник, 124460, РФ, г. Москва, Зеленоград, ул. конструктора Гуськова, д.8,стр. 2, т. (499)
734-94-93, e-mail - tsiliur@ gmail.com.
Область научных интересов: математическое моделирование, методы обработки
изображения, системы и методы дистанционного зондирования земли.
Baklanov Alexander Ivanovich, candidate of technical Sciences, deputy general director
of corporation JSC «SRC «Progress» - branch Director - chief designer of NPP "OPTECS", 124
460, Russia, Moscow, Zelenograd box 45, t. 8 (499) 736-11-59, e-mail: optecs@mail.ru.
Research interests: design of opto-electronic devices, sensors and systems for remote sens-
ing and Earth observation from space.
Verhovtseva Alevtina Viktorovna, PhD, deputy head of department, 124460, Russia,
Moscow, Zelenograd, st. Konstruktora Gus'kova, 8/2, tel. +7 (499) 734-94-93, e-mail:
alevteena@gmail.com.
Area of research: mathematical simulation, image processing, optronic devices and
sensors.
468

Zabiyakin Alexander Sergeevich, head of division, deputy chief designer, 124460,
Russia, Moscow, Zelenograd, st. Konstruktora Gus'kova, 8/2, tel. +7 (499) 734-94-93 e-mail:
optecs@mail.ru.
Area of research: image processing, Earth remote sensing systems designing.
Knyazev Alexander Nikolaevich, head of the Department, 124460, Russia, Moscow,
Zelenograd, st. Konstruktora Gus'kova, 8/2, tel. +7 (499) 734-94-93, e-mail: optecs@mail.ru.
Area of research: optics, optical devices.
Tsiliurik Alexander Ivanovich, PhD, leading researcher, 124460, Russia, Moscow,
Zelenograd, st. Konstruktora Gus'kova, 8/2, tel. +7 (499) 734-94-93, e-mail: tsiliur@gmail.com.
Area of research: mathematical simulation, image processing, Earth remote sensing sys-
tems designing.
469

УДК 004.7
СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ СБОРА
ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИ
©2015 Ю.А. Новиков, А.В. Погасий, А.Н. Пресняков, Д.Ю.Чайка
Филиал АО «РКЦ «Прогресс» -
Особое Конструкторское Бюро «Спектр», г. Рязань
Рассматривается проблема гарантированной передачи данных в космических системах связи. Предла-
гается переход от применения протокола TCP и систем ПДС с ИОС к системам с РОС. Проводится сравне-
ние, и выявляются преимущества такого подхода.
Ключевые слова: ИОС, РОС, TCP/IP, RUDP, RSMP
На основе существующего канала
связи посредством протоколов транс-
портного уровня ТСРЛР и UDP/IP воз-
можно построение системы передачи
дискретных сообщений (ПДС) с инфор-
мационной обратной связью (ИОС) с
блокировкой и системы без обратной свя-
зи (ОС), но контролирующей целостность
передаваемых данных. Для гарантиро-
ванной передачи данных применяется
протокол TCP, недостатки которого хо-
роню показаны в [1]. Проблемы приме-
нения систем ПДС с ИОС в системах
космической связи очевидны и связаны в
первую очередь с повышенным временем
распространения сигнала в канале связи.
Возникает необходимость модерни-
зации протокола передачи данных и по-
строения на имеющейся системе связи
системы ПДС с решающей обратной свя-
зью (РОС) с адресной передачей. Пере-
ход от систем с ИОС к системам с РОС с
адресной передачей позволит избавиться
от влияния задержек, связанных с ожида-
нием сообщения ОС, которые значитель-
но увеличивают время передачи. Тем са-
мым задержки между передаваемыми
информационными пакетами минимизи-
руются. Для осуществления такого пере-
хода требуется применение протокола
транспортного уровня, позволяющего ре-
Э псп ^бл^прбл^ф
ализовать механизм передачи, при кото-
ром приемник передаёт на передающую
сторону лишь повторные запросы на пе-
редачу утерянных или поврежденных
блоков. Работы по реализации протокола,
применение которого позволило бы по-
строить ПДС с РОС с адресной переда-
чей, ведутся давно, но на настоящий мо-
мент не существует реализации доступ-
ной для широкого применения в вычис-
лительных сетях.
Суть предлагаемого протокола со-
стоит в непрерывной передаче сообще-
ний в канал, скорость передачи зависит
от физической пропускной способности.
На передающей стороне пакеты снабжа-
ются информацией, позволяющей опре-
делять место пакета в результирующем
массиве информации. При этом приемная
сторона анализирует приходящие сооб-
щения и запрашивает потерянные и ис-
каженные пакеты по каналу ОС.
Для сравнения эффективной про-
пускной способности систем ПДС на ос-
нове протокола TCP и предлагаемого
протокола рассмотрим математические
модели, приведенные в [2]:
1.	Математическая модель для
эффективной пропускной способности
канала с применением протокола TCP:
? -L г ) Ь "I
бл 7,1 ож , (формула 1)
470

где R6n - размер блока (сегмента, па-
кета) данных;
5ф - физическая (потенциальная) про-
пускная способность канала связи;
^бл - размер блока данных;
rzb - размер заголовка блока данных;
кож - коэффициент ожидания;
^прбл _ коэффициент передач блоков дан-
ных без искажений;
2.	Математическая модель для
эффективной пропускной способности
канала с применением протокола непре-
рывной передачи:
$ э псп = ^бл / If бл + ГгЬ № пвт 1’
(формула 2)
где ^пвт “ коэффициент повторов бло-
ков данных.
-g
Сравнение протоколов, Ро= 10
- - -Зф канала
связи
• предлагаемый
протокол
—• по ото кол TCP
Рис. 1. Сравнение пропускной способности предлагаемого протокола и протокола TCP при вероятно-
сти искажения символа Ро =10 6 и физической пропускной способности канала 1 Мбит/с.
Как видно из графиков (рис. 1), по-
строенных на основе математических мо-
делей, эффективность предлагаемого
протокола выше, чем традиционно ис-
пользуемого в настоящее время. Переход
к системам ПДС с РОС с адресной пере-
дачей на основе протокола непрерывной
передачи данных позволит сократить
время гарантированной передачи инфор-
мации, что приведёт к снижению эконо-
мических затрат, а также к уменьшению
времени проведения экспресс-анализа,
что критично при нештатных ситуациях
испытаний и пусков ракетно-
космической техники.
Библиографический список:
1. Группа стандартизации Между-
народного Союза Связи. Y/1541, 12.2011.
Часть Y: Глобальная информационная
сеть, протоколы международной сети
Интернет в сетях нового поколения;
2. Бистерфельд О.А., Моделирова-
ние передач в монопольном режиме
471

спутникового канала связи. Вестник КИ-
ГИТ. 2012, №1 - С. 53-61.
References:
1. Telecommunication standardization
sector of International Telecommunication
Union. Y/1541, 12.2011. Series Y: Global
information infrastructure, Internet protocol
aspects and next-generation networks. Inter-
net protocol aspects - Quality of service and
network performance. Network performance
objectives for-based services.
2. Bisterfeld O.A., Data-transfering
modeling in single-mode space data-
transmission system. KIGIT. 2012, №1.
EFFECTIVE METHOD OF DATA TRANSMISSION IN SPACE COMMUNICA-
TION SYSTEM IN TELECOMMUNICATION TELEMETRY DATA SYSTEM
©2015 J.A Novikov, A.V. Pogasiy, A.N. Presnykov, D.Y.Chaika
JSC «SRC «Progress» - «Specti», Ryazan
This article is about guaranteed data transmission in space communication system. Proposed transition from
transmission discrete messages system with information feedback based on TCP/IP to system with decisive feed-
back. They are compared and identified benefits of decisive feedback systems.
The keywords: decisive feedback, information feedback, TCP/IP, RUDP, RSMP.
Информация об авторах:
Новиков Юрий Александрович, к.т.н., заместитель главного конструктора-
начальник отдела, филиал АО «РКЦ «Прогресс» - «ОКБ «Спектр», 390005, г. Рязань, ул.
Гагарина 59а, тел.: 8(4912)76-87-53, доб. 2-98. Область научных интересов: цифровая об-
работка сигналов, системы космической связи.
Погасни Алексей Владимирович, инженер-программист 3 категории, филиал АО
«РКЦ «Прогресс» - «ОКБ «Спектр», 390005, г. Рязань, ул. Гагарина 59а, тел.: 8(4912)76-
87-53, доб. 2-61, e-mail: rrtu@mail.ru. Область научных интересов: цифровая обработка
сигналов, системы космической связи.
Пресняков Александр Николаевич, к.т.н., главный специалист, филиал АО «РКЦ
«Прогресс» - «ОКБ «Спектр», 390005, г. Рязань, ул. Гагарина 59а, тел.: 8(4912)76-87-53,
доб. 2-98. Область научных интересов: цифровая обработка сигналов, системы космиче-
ской связи.
Чайка Дмитрий Юрьевич, инженер-программист 2 категории, филиал АО «РКЦ
«Прогресс» - «ОКБ «Спектр», 390005, г. Рязань, ул. Гагарина 59а, тел.: 8(4912)76-87-53,
доб. 2-98. Область научных интересов: цифровая обработка сигналов, системы космиче-
ской связи.
Novikov Youriy Alexandrovich, D.Ph., head of department, JSC «SRC «Progress» -
Spectr, 390005, Ryazan, st. Gagarina 59a, ph.: 8(4912)76-87-53, add. 2-98. Scientific interest
area: digital processing signal, space data-transmission system.
Pogasiy Alexey Vladimirovich, 3-grade engineer, JSC «SRC «Progress» - Spectr,
390005, Ryazan, st. Gagarina 59a, ph.: 8(4912)76-87-53, add. 2-61. Scientific interest area: digi-
tal processing signal, space data-transmission system.
Presnyakov Alexandr Nikolaevich, D.Ph., chief-specialist, JSC «SRC «Progress» -
Spectr, 390005, Ryazan, st. Gagarina 59a, ph.: 8(4912)76-87-53, add. 2-98. Scientific interest
area: digital processing signal, space data-transmission system.
Chaika Dmitriy Yourievich, 2-grade engineer, JSC «SRC «Progress» - Spectr, 390005,
Ryazan, st. Gagarina 59a, ph.: 8(4912)76-87-53, add. 2-98. Scientific interest area: digital pro-
cessing signal, space data-transmission system.
472

УДК 621.396
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ КОГНИТИВНОГО РАДИО В СЕТЯХ СВЯЗИ
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ОТРАСЛИ
©2015 Е.Д. Струфелев
АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
В условиях работ на космодромах, при подготовке изделий ракетно-космической техники к пуску,
требуется обеспечить надёжную сеть связи между пользователями. Одним из возможных решений является
применение технологии когнитивного радио, которая основана на концепции динамического доступа к ра-
диочастотному спектру. «Вторичные» пользователи занимают полосы частот, выделенные первичным поль-
зователям, но временно свободные.
Ключевые слова: когнитивное радио, алгоритм БПФ, мониторинг и зондирование спектра, обнару-
жение сигналов первичных пользователей
Введение
При работах по подготовке изделий
ракетно-космической техники к пуску на
космодромах концентрируется большое
количество специалистов, рабочих, пред-
ставителей предприятий и ведомств.
Крайне важно на финальной стадии
иметь надёжную сеть связи между всеми
участниками событий, которая будет ди-
намично, в реальном времени реагиро-
вать на всевозможные отрицательные
воздействия на радиоканал. Используе-
мое в настоящее время сочетание систем
проводной связи и систем транкинговой
радиосвязи (СТРС) недостаточно удовле-
творяют требованиям работ особой важ-
ности. Среди недостатков СТРС доста-
точно назвать малоэффективная защита
от помех, низкая скорость передачи дан-
ных. Также используемый диапазон
(СТРС) подвергается большой нагрузке в
этот период. Среди недостатков провод-
ной связи следует указать отсутствие мо-
бильности, как самих терминалов конеч-
ного пользователя, так и их взаимодей-
ствия. Система связи, которой пользуют-
ся профессионалы, должна поддерживать
такие функции как:
1)	Передача широковещательного
сигнала абонентам сети;
2)	Независимость от сетей общего
пользования;
3)	Надёжность;
4)	Возможность быстро перекон-
фигурировать сеть.
Для эффективного функционирова-
ния и параллельного устранения недо-
статков используемых сетей связи пред-
лагается использовать сеть связи с при-
менением технологии когнитивного ра-
дио (КР). Термин когнитивное радио был
введён для систем, решающих проблемы
дефицита спектра и его эффективного
использования [1, 2]. Недавние исследо-
вания показывают, что большая часть ли-
цензированного спектра используется
неэффективно. С другой стороны в усло-
виях интенсивного развития средств бес-
проводного доступа, мобильной связи и
телерадиовещания остро проявляется
проблема выделения полос частот для
внедрения новых радиотехнологий. Си-
стема КР позволяет использовать вре-
менно свободные участки спектра, кото-
рые получили название спектральные
«дыры» или пробелы в спектре. Если эта
полоса в дальнейшем используется ли-
цензированным или первичным пользо-
вателем (1111), вторичный пользователь,
для того чтобы не создавать помех, пере-
мещается в другой участок спектра. В
данной статье предлагается использовать
систему КР для применения в целях слу-
жебной связи на космодромах, рассмот-
рен способ мониторинга спектра, приве-
дены характеристики оценки качества
обнаружения.
Мониторинг спектра
На рис. 1 изображена архитектура
системы обнаружения сигнала ПП состо-
ит из системы спектрального анализа и
473

системы принятия решения. В данной
статье рассматривается совместная си-
стема мониторинга или зондирования
спектра. Когда система обнаружения вы-
носит решение, основываясь на решении
W когнитивных узлов. Рассмотрим систе-
му спектрального анализа на основе
энергетического обнаружения в частот-
ном диапазоне 400-500 МГц. В условиях
территориального расположения космо-
дромов этот диапазон интересен из-за
условий распространения радиоволн,
требований мощности и размеров антенн.

Система спектрального анализа
Система решешш
FOI: информация о занятости полосы [_ ___ ___ ___ __ ___ ___ ___ ___ __ ___ ___ j
Рис. 1. Структурная схема системы обнаружения.
Рассмотрим две архитектуры энер-
гетического обнаружения: последова-
тельное сканирование (рис. 2) и приме-
нение быстрого преобразования Фурье
(БПФ) (рис. 3) [3].
Рис. 2. Структурная схема последовательного сканирования частоты.
На рис. 2 представлена структурная
схема последовательного сканирования
частоты. После фильтра низких частот,
смеситель, управляемый локальным ос-
циллятором сводит сигнал с понижением
частоты к некоторой промежуточной ча-
стоте. Затем сигнал сглажено фильтрует-
ся, влияние смесителя удаляется и вы-
полняется аналого-цифровое преобразо-
вание. В цифровой области вычисляется
значение энергии на определенной часто-
те. Затем последовательно изменяя ча-
стоту операция повторно выполняется на
определенном участке спектра.
474

Однако основным недостатком та-
кой системы является большое время, за-
трачиваемое на анализ полосы частот.
Синхроимпульсы
Рис. 3. Структурная схема сканирования частоты методом БПФ.
На рис. 3 представлена структурная
схема анализатора спектра с применени-
ем метода БПФ. Для выполнения БПФ
выполняется конвертирование квадра-
турным смесителем, применяется сгла-
живающий фильтр и выполняется анало-
гового-цифровое преобразование. Дис-
кретизированный сигнал х(п) преобразу-
ется в дискретные отсчеты Фурье Х(к):
N
J2nnk
п=1
Х(/с) = у, х(п) • е
k = l,..,N	(1)
Данный метод параллельного ска-
нирования полосы частот, затрачивает
много меньше времени, по сравнению с
первым способом, но имеет существен-
ный недостаток: необходимо заранее
точно знать расположение сигнала ПП в
полосе частот.
Таким образом, рационально будет
объединить эти два метода, как показано
на рис. 4.
475

С инхроимпульсы
Рис. 4. Структурная схема последовательно-параллельного сканирования с применением БПФ.
В этом случае сканирование произ-
водится параллельным способом на узкой
полосе частот, для которой подбирается
размер БПФ, где нужен точный и быст-
рый анализ, а всю полосу частот скани-
руем последовательным способом.
Теперь рассмотрим параметры сов-
местного обнаружения для N узлов.
Система решений основывается на
вычислении математического ожидания
сигнала U(k):
N
Е = ^|tW)|2, k = l,..,N	(2)
п=1
U(k)=X(k)+W(k) - сигнал, обнару-
женный анализатором спектра, Х(к) -
сигнал ПП, W(k) - аддитивный белый
гауссовский шум.
U(k)=W(k)~ сигнал 1111 отсутствует,
в канале только шум - гипотеза Но.
N
E = £|lVn(k)|2, k = l,..,N	(3)
71=1
U(k)=X(k)+W(k) - сигнал ПП при-
сутствует - гипотеза Hi.
N	NN
Е = £|<Ш)12 = £|ВД|2 + £ |1Т(/с)|2,
71=1	71 = 1	71=1
k = l,..,N	(4)
В зависимости от требования к ве-
роятности правильного обнаружения или
из допустимой вероятности ошибки
устанавливается порог обнаружения (Qi).
(H0,ecnnE<Q
^(Нг.еслиЕ > Q	1 j
Качество обнаружения или кон-
троль ошибки может быть выражено
двумя условными вероятностями: веро-
ятность правильного необнаружения
Рпно, И вероятность пропуска цели Рпц.
Если функции плотности вероятности Е
определены, то Рпно и Рпц можно вычис-
лить по формуле:
р оо
РПНО - I fE\Hi (x)dx	(6)
fCO
рпц = I /г|н0	(7)
Если мы получаем информацию с N
узлов, то система глобальных решений
объединяет 7V-локальных решений в одно
глобальное, по формуле Бернулли:
р (Ю   гМ . рМ . р N—M	(п\
4)111 - *ПЦ *пно	(°)
Где Pouj(N) - вероятность пропуска
цели с Л/-узлов, W - общее количество
узлов, М - количество ошибочных реше-
ний об отсутствии сигнала 1111, Сд, =
N'.
m'.(n-mY.'
476

Рис. 5. Характеристика оптимального приемника для N-узлов.
Заключение
В этой статье мы предлагаем ис-
пользование технологии когнитивного
радио в сетях связи ракетно-космической
отрасли. Для реализации динамического
доступа к спектру предложен способ мо-
ниторинга спектра и обнаружения сигна-
ла 1111, проанализирован алгоритм рабо-
ты этого метода.
Библиографический список:
1.	Haykin S. Cognitive Radio: Brain-
Empowered Wireless Communications. -
IEEE Journal On Selected Areas In Com-
munications, Vol. 23, No. 2, P.P. 201-220,
2005.
2.	J. Mitola III. Cognitive Radio: An
Integrated Agent Architecture for Software
Defined Radio. PhD thesis, Royal Institute
of Technology, Sweden, May. 2000.
3.	Прокис Дж. Цифровая связь. Пер.
с англ. / Под ред. Д.Д. Кловского. - М.:
Радио и связь. 2000. - 800 с.
References:
1.	Haykin S. Cognitive Radio: Brain-
Empowered Wireless Communications. -
IEEE Journal On Selected Areas In Com-
munications, Vol. 23, No. 2, P.P. 201-220,
2005.
2.	J. Mitola III. Cognitive Radio: An
Integrated Agent Architecture for Software
Defined
Radio. PhD thesis, Royal Institute of
Technology, Sweden, May. 2000.
3.	Proakis J.G. Digital communica-
tion. Tr.. from eng. / ed. D.D. Klovskiy. -
M.: Radio and communication. 2000. - 800
c.
APPLICATION OF THE TECHNOLOGY OF COGNITIVE RADIO IN COMMU-
NICATION NETWORKS THE SPACE INDUSTRY
©2015 E.D. Strufelev
JSC «SRC «Progress», Samara
In the conditions of operations at the cosmodromes, by preparation of products of space-rocket technics for
start-up, it is required to provide a reliable communication network between users One of possible decisions is
477

technology application cognitive radio which is based on the concept of dynamic access to a radio-frequency spec-
trum. "Secondary" users occupy the frequency bands selected to primary users, but temporarily free.
Keywords: cognitive radio, algorithm FFT, monitoring and spectrum sensing, detection of signals of primary
users
Информация об авторах:
Струфелев Евгений Дмитриевич, инженер-конструктор 2 категории АО «РКЦ
«Прогресс», т. 8-987-445-46-76, strufelev @ email .com.
Область научных интересов: цифровая обработка сигналов.
Strufelev Evgeniy Dmitrievich, design engineer JSC «SRC «Progress», tel.
8-987-445-46-76, strufelev@email.com.
Area of research: digital processing of signals.
478

АЛФАВИТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
№ п/п	Ф.и.о.	Стр.
1	Абрамов П.В.	382
2	Абрашкин В.И.	24
3	Алаторцев В.Л.	39,192
4	Алаторцева О.А.	192
5	Алехин Р.Н.	368
6	Аншаков Г.П.	263, 277
7	Архипов С.А.	176,230
8	Афонин А.Н.	39, 185
9	Ахметов Р.Н.	14, 101, 104
10	Бакланов А.И.	39, 170, 176, 185, 303, 320, 459
11	Баранов Д.А.	75
12	Баранов С.И.	290, 340
13	Белаш А.А.	387
14	Беляев К.С.	230
15	Бибиков С.А.	269
16	Бирюков А.В.	392
17	Блинов В.Д.	170, 176, 185
18	Богатырев А.М.	343
19	Бозриков В.С.	160
20	Боровков В.А.	394
21	Брагин А.А.	116
22	Бунтов Г.В.	39,298
23	Буренина Е.А.	116
24	Бычков А.Д.	148
25	Вавилин А.В.	273,288
26	Веремчук Ю.А.	329
27	Верховцева А.В.	459
28	Верховых Н.И.	382
29	Волков В.В.	340
30	Волоцуев К.В.	57
31	Воронин Е.Г.	335
32	Галаеве Е.Ю.	24
33	Галкина А.С.	425
34	Горбенко О.А.	431
35	Горбунов И.А.	170
36	Горелов Ю.Н.	409
37	Горопаев Д.А.	135
38	Горшков А.И.	368
39	Гошин Е.В.	269, 273
40	Гринько А.П.	39
41	Гришанцева Л. А.	280
42	Данилов В.А.	170
43	Дедус Ф.Ф.	145
44	Дементьев А.С.	116
45	Денисов П.В.	329
46	Досколович Л.Л.	230
47	Дюльдин Р.С.	39,181
48	Егоров А.М.	443
479

49	Егоров А.С.	151,292
50	Егошкин Н.А.	237,266
51	Емельянов К.С.	280
52	Еремеев В.В.	234,266
53	Жевако В.В.	39, 181
54	Железнов Ю.Е.	24
55	Журавель Ю.Н.	269, 277, 264
56	Забиякин А.С.	170, 185
57	Згонникова М.О.	269
58	Ильин А.М.	68
59	Илюхина Е.А.	389
60	Казанский Н.Л.	217
61	Кантышев А.В.	206
62	Карпеев С.В.	225
63	Кащеев А. А.	348
64	Кветкин А.А.	118
65	Кирилин А.Н.	14, 57
66	Клюшников М.В.	39, 296, 303,311
67	Князьков П.А.	234
68	Корчак В.Ю.	79
69	Космодемьянский Е.В.	14, 24
70	Костенков П.А.	39
71	Костин А.В.	160
72	Костюк Е.А.	329
73	Котов А.П.	269, Z13
74	Кошкарев В.Н.	389
75	Кузнецов А.С.	203
76	Кузнецов И.И.	145
77	Кузнецов Ю.Л.	137
78	Кузменко А.А.	39
79	Кузьмичев А.М.	320
80	Куприянов С.В.	79
81	Куравлева Т.Г.	280
82	Куренков В.И.	57, 84, 104, 151
83	Кутовой Д.А.	379
84	Кучеров А.С.	84,151
85	Лабунец В.Г.	242
86	Ландау Б.Е.	374
87	Леонович Г.И.	79
88	Лепунов А.В.	206
89	Линько В.М.	176
90	Логвин А.В.	39
91	Лузганова М.Ю.	230
92	Макаренков А.А.	266
93	Малахов А.П.	320
94	Малахов И.А.	39, 170, 176
95	Малиновский В.А.	240, 263, 277,288,294
96	Малыгина О.П.	290
97	Мантуров А.И.	409, 431
98	Марков В.С.	280
99	Мартьянова А.В.	242
100	Маслова О.И.	379
480

101	Мастюгин А.М.	316
102	Мастюгин А.С.	39
103	Матвеев Р.В.	39
104	Мельников В.М.	53
105	Мозгов К.С.	212, 248
106	Морозов С.А.	53,230
107	Мятов Г.Н.	263, 277
108	Невоструев К.В.	39
109	Новиков Ю.А.	470
НО	Нонин А.С.	101
111	Оникийчук И.В.	148
112	Павельев А.В.	217
113	Паздерин С.О.	385
114	Папков А.П.	24
115	Партола И.С.	49
116	Пасынков В.В.	372
117	Перепелкина С.Ю.	376,379
118	Петрищев В.Ф.	401,441
119	Петров Е.П.	251
120	Петрухина К.В.	57, 118
121	Платошин И.В.	425
122	Погасий А.В.	470
123	Подтынных А.Ю.	145
124	Потапова Ю.В.	130
125	Пресняков А.Н.	470
126	Прохорова П.В.	340
127	Пузанов Ю.В.	248
128	Путинас Е.Н.	385,389
129	Пыринов Н.И.	409
130	Радин Е.А.	39,316
131	Разживалов П.Н.	39
132	Расторгуев А.А.	240, 294
133	Ращупкин А.В.	292
134	Ренский С.И.	248
135	Романов И.В.	206
136	Рублев В.И.	431
137	Русских А.С	118
138	Савицкий А.М.	170
139	Садыков О.Ф.	95
140	Салмин В.В.	24,57,118
141	Сальникова М.А.	230
142	Сафронов Д.Н.	39
143	Сафронов С.Г.	446
144	Сафронов С.Л.	57
145	Сбродов В.В.	446
146	Свиридов В.П.	446
147	Селезнев П.Л.	382
148	Семкин Н.Д.	24
149	Славянский А.О.	203
150	Слащев В.Г.	192
151	Смирнов В.В.	140
152	Смирнов С.Г.	385, 389
481

153	Сокольский М.Н.	170
154	Старинова О.Л.	57
155	Сторож А.Д.	14
156	Стратилатов Н.Р.	14, 57, 84, 101
157	Стратилатова Н.Н.	151
158	Струфелев Е.Д.	473
159	Суворов А.В.	68
160	Сухин П.Н.	251
161	Тиунов Ю.С.	379
162	Ткаченко А.С.	101
163	Ткаченко И.С.	24, 57
164	Ткаченко С.И.	24, 57
165	Трошко К.А.	329
166	Труханов С.В.	282
167	Трушляков В.И.	75
168	Тюлевин С.В.	14
169	Тюрин А.А.	39
170	Уварова Е.А.	352
171	Украинцев Д.С.	137
172	Усов А.Л.	320
173	Ушенкин В.А.	237
174	Федоров В.М.	234
175	Федоров В.Ф.	212
176	Федосеев А.А.	363,446
177	Федотов А.А.	379
178	Филиппов И.М.	148
179	Франк А.В.	389
180	Фурсов В.А.	269,273
181	Харина Н.Л.	251,258
182	Харитонов С.И.	217,225
183	Харлов Б.Н.	53
184	Хватов А.В.	39
185	Хонина С.Н.	225
186	Чайка Д.Ю.	470
187	Чернецова А.А.	148
188	Чурилин Е.В.	116
189	Шайда А.Н.	101, 130
190	Шатров Я.Т.	75
191	Шахматов Е.В.	57
192	Шилов Л.Б.	104
193	Шиляев А.Ю.	320
194	Шипов М.Г.	401
195	Шувалов В.А.	248
196	Шулепов А.И	95
197	Щесняк С.С.	203
198	Юрин В.Е.	409,418
199	Юрин Д.В.	192
200	Якищик А.А.	84, 104
201	Яковлев Е.К.	394,331
482