Телефизионные наблюдения ИСЗ

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

«Уральский  федеральный университет имени

первого Президента России Б.Н. Ельцина

Институт  естественных наук

Департамент «Физический факультет»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ДОКЛАД ПО СПУТНИКОВОЙ ГЕОДЕЗИИ

 

ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ ИСЗ

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила:

Студентка группы И-402

Иванова И.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Екатеринбург

2012

 

 

 

Телевизионный метод астрономических  наблюдений

 

На рис.  приведена упрощенная функциональная схема телевизионной системы. Принцип ее работы заключается в следующем. В передающей телевизионной трубке оптическое изображение преобразуется в электрический сигнал, обычно называемый видеосигналом. Видеосигнал представляет собой совокупность электрических импульсов, амплитуда которых соответствует освещенностиопределенных       элементарных     участков     оптического изображения.

Процесс поэлементного преобразования оптического изображения в электрические  сигналы называется разверткой изображения. Оптическое двумерное изображение преобразуется во временною последовательность электрических импульсов.

Обеспечение заданной последовательности развертки спроектированного на фотокатод передающей трубки изображения осуществляется развертывающим устройством и его син-хрогенератором. Видеоусилитель усиливает видеосигнал до величины, достаточной для передачи его по каналу связи. В приемной части телевизионного устройства сигнал поступает на вход видеоусилителя, усиливается, а затем с помощью развертывающего устройства и приемной телевизионной трубки преобразуется в оптическое изображение на экране кинескопа.

 

В большинстве астрономических  телевизионных систем передача видеосигнала в эфир отсутствует. Какал связи осуществляется кабелем достаточной длины и узлами электронной аппаратуры, обеспечивающими передачу видеосигнала по кабелю. Такие телевизионные устройства получили название замкнутых. Особенностью их является возможность использовать одно и то же развертывающее устройство для передающей и приемной частей аппаратуры.

Астрономическая  телевизионная  система  должна  обладать высокой чувствительностью, а также возможностью регистрации малых контрастов, накопления информации и обработки видеосигнала в электронно-вычислительной машине (ЭВМ). Оператор в процессе наблюдений может изменять  ряд параметров  телевизионной  аппаратуры и   контролировать   изображение   исследуемого   объекта   на  телевизионном экране,  что  создает  существенные  удобства во время наблюдений.

    Чувствительность   телевизионной   системы  в   первую очередь  определяется квантовым выходом  фотокатода передающей трубки. Так  же как и у других фотоэлектриче-кских  приемников, он значительно превышает  квантовый  выход фотографической  эмульсии. Это обстоятельство ставиттелевизионную аппаратуру в один ряд с такими высокочувствительными   приборами   как   электроннографические камеры и каскадные  электронно-оптические преобразователи.

Современные фотокатоды обеспечивают проведение наблюдений в значительно более широкой области спектра, чем глаз или отдельно взятые сорта фотоэмульсии. Так, например, наиболее распространенный сейчас мультищелочной фотокатод способен регистрировать излучение в области длин волн от 350 нмдо 800 нм.

Контрастная чувствительность телевизионной  аппаратуры, определяемая пороговой величиной регистрируемого контраста, также весьма высока. При известных условиях она обеспечивает возможность наблюдений объектов с перепадом яркости всего в несколько процентов, что доступно только человеческому глазу и электронной фотографии.

Большие возможности открываются  в связи с тем, что телевизионная  техника преобразует световое изображениев электрический сигнал. Его непосредственная обработка без таких промежуточных этапов, как воспроизведение оптического изображения и его фотографирование, открывает широкие перспективы автоматизации процесса измерений. В зависимости от программы работы видеосигнал может быть закодирован по амплитуде и по времени, а последующая его обработка проведена в вычислительной машине. Накопление полученной информации в устройствах памяти в принципе может длиться очень долго, открывая широкие возможности регистрации весьма малых контрастов и увеличения проницающей способности при наблюдениях звезд на фоне неба.

Возможность регулировки величины видеосигнала, имеющаяся в телевизионной 'аппаратуре, особенно важна при ограниченной емкости внешнего накопителя, в частности фотоэмульсии. Если усиление слишком велико, а чувствительность достаточна для регистрации каждого эффективно поглощенного кванта световой энергии, каждый фотоэлектрон, зарегистрированный аппаратурой, вызовет значительное почернение соответствующей части фотоэмульсии. Ее информационная емкость станет минимальной, а точность измерения яркости снизится. Уменьшение коэффициента усиления приведет к уменьшению степени почернения эмульсии, вызываемому отдельными фотоэлектронами; это увеличит ее удельную информативную емкость и повысит точность измерений яркости. Если фоторегистрация телевизионного изображения ведется с целью поиска и отождествления объекта, усиление делается большим, в случае фотометрии снимков усиление уменьшается.

Известно, что сам по себе процесс  астрономических наблюдений достаточно сложен и трудоемок, а стоимость  крупных телескопов очень высока. Поэтому одной из основных забот астрономов является наиболее продуктивное использование наблюдательного времени. В этом аспекте применение телевидения дает большие выгоды, так как позволяет существенно уменьшить непроизводительные затраты времени на поиск объекта, его отождествление, фокусировку телескопа, а также значительно сокращает длительность экспозиций.

 

Остановимся подробнее на этих преимуществах. Одним из этапов большинства астрономических  наблюдений является отождествление исследуемого- объекта и последующее его гидирование. Обычно после наведения телескопа по координатам на нужную область неба наблюдатель сравнивает ее с соответствующей картой. Эта операция при наблюдениях слабых звезд требует адаптации глаза. Она проводится часто в весьма неудобных условиях возле окуляра гида или «подсмотра» поля зрения телескопа и занимает довольно много времени. Телевидение позволяет отождествлять и гидировать объект по его изображению на экране при нормальной для глаза освещенности и в несравненно более удобных условиях работы. Кроме того, можно, меняя масштаб изображения, отождествление объекта вести в широком поле, а гидировать его в узком, что достигается изменением режима работы аппаратуры.

Фотографический метод получения  прямых снимков требует много времени на фокусировку телескопа, когда точное положение фокальной плоскости находится методом последовательного фотографирования звезд при разных значениях отсчета на .устройстве фокусировки. Часто пользуются также специальным оптическим приспособлением на кассете, с помощью которого можно визуально оценить качество изображения, получаемого в плоскости фотопластинки. Однако за время наблюдений фокусное расстояние телескопа меняется вследствие изменения температуры окружающей среды. Чтобы получить снимки хорошего качества, астроному приходится дополнительно фокусировать телескоп несколько раз за одну ночь. Для ускорения процесса фокусировки иногда пользуются заранее определенной зависимостью изменения фокусировки от температуры. Однако если состояние атмосферы позволяет получать изображение с угловым разрешением меньше секунды, такая приближенная фокусировка недостаточна. Применение же телевизионного метода для получения прямых снимков дает возможность осуществлять фокусировку по изображению звездного поля на экране так часто, как это 'вызывается необходимостью. Это в очень сильной степени снижает потери наблюдательного времени. _:

Известно, что вследствие неспокойствия  земной атмосферы во время наблюдений могут наступать периоды (от долей секунды до десятков минут), когда изображения ухудшаются. Возможность визуального контроля позволяет прекращать съемку во время ухудшения качества изображений и возобновлять ее после его улучшения.

Вопрос о качестве изображений  тесно связан с микроклиматом в башне телескопа. Даже присутствие астронома (выделяемое им тепло) в некоторых случаях может служить причиной ухудшения углового разрешения. Телевизионный метод легко решает и эту проблему, так как большинство узлов телевизионной аппаратуры вместе с наблюдателем обычно располагается в отдельном помещении, удаленном от телескопа на несколько десятков метров. Туда же выводят и пульт управления телескопом.

Наиболее существенными недостатками телевизионного метода являются малая  удельная разрешающая способность высокочувствительных передающих телевизионных трубок, а также ограниченные размеры их фотокатодов. Вследствие этого телевизионный метод неприменим в тех случаях, когда нужно получать снимки больших участков неба с хорошим угловым разрешением. Высокое угловое разрешение в небольшом поле зрения может быть достигнуто путем соответствующего увеличения фокусного расстояния телескопа.

К недостаткам телевизионной аппаратуры относится также неравномерность  ее чувствительности по полю и наличие  дисторсионных искажений. В различных  экземплярах передающих трубок вызванные ими ошибки могут составлять единицы и десятки процентов, особенно на краю поля. Однако эти ошибки достаточно стабильны и легко могут быть учтены.

Анализ телевизионного метода позволяет  сделать вывод о возможности  применения телевизионной техники  для решения широкого круга астрономических  задач при условии разработки новых методов регистрации и обработки изображений астрономических объектов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Передающие телевизионные  трубки

 

Процесс превращения оптического  изображения в видеосигнал осуществляется совместным действием приемника света, преобразующего световую энергию отдельных участков изображения в электрический сигнал, и развертывающих устройств, раскладывающих видеосигнал от отдельных деталей изображения по определенному закону во времени. Электронно-лучевые трубки, осуществляющие этот процесс, получили название передающих трубок.

Современная передающая трубка представляет собой сложный электровакуумный прибор, работа которого

основана на ряде физических процессов  и явлений: фотопроводимости, фотоэлектронной эмиссии, вторично-электронной эмиссии, движении электронов в электростатических и электромагнитных полях и т. д., которые в конечном счете и определяют как принцип действия, так и основные характеристики приборов этого класса.

Увеличение эффективности работы большинства типов передающих трубок достигается введением предварительного усиления яркости светового изображения.

 

Основные характеристики трубок

 

 

Одним из основных узлов каждой трубки является светочувствительный элемент, в котором происходит преобразование энергии падающих на него квантов в энергию фотоэлектронов. В трубках с внутренним фотоэффектом таким элементом является полупроводниковая мишень (тонкий слой полупроводника, нанесенный на проводящую подложку), а в трубках с внешним фотоэффектом — полупрозрачный фотокатод.

В трубках первого типа под воздействием света в полупроводнике образуются локальные заряды, и проводимость отдельных участков мишени изменяется.

Мишень в этих трубках изготавливается  из материалов, допускающих длительное экспонирование светового изображения без растекания зарядов, что обеспечивает накопление информации.

Фотокатод трубок второго типа накопительными свойствами не обладает. Накопление информации в этих трубках производится на дополнительном полупроводящем элементе, называемом также мишенью. Фотоэлектроны, вылетевшие из фотокатода, попадают на мишень и создают на ней потенциальный рельеф. Образование видеосигнала происходит в результате считывания (коммутации) зарядов на обратной стороне мишени.

Качество преобразования световой энергии в видеосигнал оценивается рядом параметров передающей трубки. Наиболее важными из них являются чувствительность, разрешающая способность, отношение сигнал/шум, контрастная чувствительность, область спектральной чувствительности и квантовый выход, а также диапазон рабочих освещенностей

Чувствительность трубки обычно характеризуется  минимальной освещенностью, при которой можно получить изображение с заданной разрешающей способностью и отношением сигнал/шум.

Разрешающая способность оценивается  по стандартной телевизионной испытательной  таблице (рис. 2) и выражается числом различимых линий в растре. В практике астрономического применения передающих трубок часто пользуются понятием удельной разрешающей способности, определяемой по изображению стандартной оптической штриховой миры, в штрихах на 1 мм.

Разрешающая способность в центре поля и в его углах различна. Для одних типов трубок эта  разница невелика, для других она  может достигать нескольких десятков процентов.

Обычно в паспорте приводятся два  значения разрешающей способности: в условиях оптимальной освещенности, когда измеряется максимальная разрешающая способность, и при освещенности, близкой к пороговой.

При пороговой освещенности измеряются также величина видеосигнала и уровень шумов на выходе трубки. Уровень шумов обусловлен флуктуациями считывающего электронного луча, темновым током фотокатода, вторичной электронной эмиссией и другими источниками шумов в реальной трубке.