ntvНаучно-технический вестник информационных технологий, механики и оптикиScientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics2226-14942500-0373Университет ИТМО10.17586/2226-1494-2025-25-1-1-8ntv-415Research ArticleОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИOPTICAL ENGINEERINGМногоспектральная оптико-электронная системаMultispectral optoelectronic systemhttps://orcid.org/0009-0005-4695-6766ГригорьевА. В.GrigorievA. V.

Григорьев Алексей Владимирович — заместитель генерального директора по науке

Вологда, 160009

Alexey V. Grigoriev — Deputy Director General for Science

Vologda, 160009

scpence@vomz.ruhttps://orcid.org/0009-0006-2605-0964ДеминА. В.DeminA. V.

Демин Анатолий Владимирович — доктор технических наук, профессор, начальник бюро

Санкт-Петербург, 194044

Anatoliy V. Demin — D.Sc., Professor, Head of the Advanced Development Bureau

Saint Petersburg, 194044

dav_60@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8810-2022СечакЕ. Н.SechakE. N.

Сечак Евгений Николаевич — кандидат технических наук, начальник специализированного конструкторского бюро

Санкт-Петербург, 194044

Evgenii N. Sechak — PhD, Head of the Specialized Design Bureau

Saint Petersburg, 194044

sechakevgeny@gmail.comАО «Вологодский оптико-механический завод»РоссияJSC “Vologda Optical and Mechanical Plant”Russian FederationАО «ЛОМО»РоссияJSC “LOMO”Russian Federation20252702202525118Copyright © Григорьев А.В., Демин А.В., Сечак Е.Н., 20252025Григорьев А.В., Демин А.В., Сечак Е.Н.Grigoriev A.V., Demin A.V., Sechak E.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ntv.elpub.ru/jour/article/view/415

Введение. Аэрофотооборудование и космические системы дистанционного зондирования поверхности Земли позволяют решать разнообразные задачи в условиях быстро изменяющихся оптико-физических параметров и динамики полета. Несмотря на свои преимущества, аэрофотографирование имеет ряд недостатков, которые ограничивают его применение в реальных условиях. К таким недостаткам можно отвести необходимость высокого уровня технологии процесса получения аэрофотоснимка и сравнительно большой срок обработки фотоматериалов в условиях быстро меняющихся техногенных процессов в зоне мониторинга. В данной работе рассмотрена актуальная задача создания многоспектральной оптико-электронной системы (комплекса) дистанционного зондирования Земли. Разработанная система позволяет получать информацию о характеристиках поверхности Земли преимущественно в видимом и инфракрасном диапазонах спектра. Основным достоинством мультиспектральных оптических и оптико-электронных комплексов является возможность работы в любое время суток и время года. Описан принцип построения авиационных интегрированных многоспектральных оптико-электронных систем, работающих на высоте до стратосферы, и основные его компоненты. Показаны возможности и перспективы применения таких систем в различных областях, включая мониторинг и управление. Метод. Предложена структурно-функциональная схема устройства, включающая независимые каналы сбора, хранения и передачи информации. Функциональное назначение экспериментального образца — поиск и обнаружение объектов ниже облаков в инфракрасном диапазоне. Канал видимого диапазона выполняет функцию ориентации зрительного восприятия оператора в пространстве и получения изображения объекта. Для передачи собранной информации предусмотрен канал лазерной связи. Основные результаты. Исследования экспериментального образца авиационного двухканального оптико-электронного комплекса, конструктивно выполненного как комплексированная техническая система с независимыми каналами и работающая в видимой и инфракрасной областях спектра, показали высокую точность и эффективность работы системы. Точность работы системы стабилизации составила около 7·10–9 с–1, дальность действия в инфракрасном диапазоне спектра не менее 150 км, необходимое время экспозиции не более 2 с. Обсуждение. Результаты работы могут быть использованы для дальнейшего развития и усовершенствования многоспектральных оптико-электронных систем дистанционного зондирования Земли.

Aerial photography equipment and space systems for remote sensing of the Earth’s surface make it possible to solve various problems in conditions of rapidly changing optical and physical parameters and flight dynamics. Despite its advantages, aerial photography has a number of disadvantages that limit its application in real conditions: the need for a high level of technology for obtaining an aerial photograph, a relatively long period of processing photographic materials in conditions of rapidly changing man-made processes in the monitoring zone. This article discusses the urgent task of creating a multispectral optical-electronic system (complex) for remote sensing of the Earth, which allows obtaining information about the characteristics of the surface in different spectral ranges, primarily in the visible and infrared. The main advantage of multispectral optical and optical-electronic complexes is the ability to work at any time of day or night and at any time of year. The article discusses the principle of constructing aviation integrated multispectral optical-electronic systems operating at an altitude of up to the stratosphere, and its main components. From a modern perspective, the possibilities and prospects for using such systems in various fields, including monitoring and control, are shown. A structural and functional diagram of the device is proposed, including independent channels for collecting, storing and transmitting information. The functional purpose of the experimental sample is to search for and detect objects below the clouds in the infrared range. The visible range channel performs the function of orienting the operator’s visual perception in space and obtaining an image of the object. A laser communication channel is provided for transmitting the collected information. Studies of the experimental sample of the aviation two-channel optical-electronic complex, structurally implemented as an integrated technical system with independent channels and operating in the visible and infrared spectral regions, showed high accuracy and efficiency of the system. The accuracy of the stabilization system was about 7·10–9 s–1, the range in the infrared range is at least 150 km, the required exposure time is no more than 2 s. The results of the work can be used for further development and improvement of multispectral optical-electronic systems for remote sensing of the Earth.

многоспектральные оптико-электронные комплексыоптическая система3D-модельаэросъемкалазерная связьmultispectral optoelectronic complexesoptical system3D modelaerial photographylaser communicationReferencesТарасов В.В., Якушенков Ю.Г. Многоспектральные оптико-электронные системы // Специальная техника. 2002. № 4. С. 56–62.Tarasov V.V., Iakushenkov Iu.G. Multispectral optical-electronic systems. Special'naja tehnika, 2002, no. 4, pp. 56–62. (in Russian)Алишев Я.В. Многоканальные системы передачи оптического диапазона. Минск: Вышэйшая школа, 1986. 235 с.Alishev Ia.V. Multichannel Optical Range Transmission Systems. Minsk, Vyshjejshaja shkola Publ., 1986, 235 p. (in Russian)Кондратьев А.В. Методы обработки цифровой многоспектральной спутниковой информации. СПб.: РГГМИ, 1997. 107 с.Kondratev A.V. Processing Methods for Digital Multispectral Satellite Information. St. Petersburg, RSHU Publ., 1997, 107 p. (in Russian)Григорьев А.В., Демин А.В. Многоканальные и многоспектральные оптико-электронные комплексы // Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. 2023. № 3. С. 3–8.Grigoriev A.V., Demin A.V. Multichannel and multispectral optoelectronic complexes. Voprosy radiojelektroniki. Serija: Tehnika televidenija, 2023, no. 3, pp. 3–8. (in Russian)Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. Двух- и многодиапазонные оптико-электронные системы с матричными приёмниками излучения. М.: Университетская книга: Логос, 2007. 191 с.Tarasov V.V., Iakushenkov Iu.G. Dual- and Multi-range Optical-electronic Systems with Matrix Radiation Receivers. Moscow, Universitetskaja kniga: Logos, 2007, 191 p. (in Russian)Мордвин Н.Н., Попов Г.Н. Концепция построения оптико-электронных приборов наблюдения универсального назначения // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2009. Т. 52. № 6. С. 34–39.Mordvin N.N., Popov G.N. Conceptual design of universal optical-electronic observation devices. Journal of Instrument Engineering, 2009, vol. 52, no. 6, pp. 34–39. (in Russian)Вольф У., Цисис Г. Справочник по инфракрасной технике. Т. 1. М.: Мир, 1995. 608 с.Wolfe W.L., Zissis G.J. The Infrared Handbook. General Dynamics, 1985, 1700 p.Моисеев В.А., Терешин Е.А., Демьянов Э.А., Журавлев П.В., Ульянова Е.О., Шатунов К.П., Чурилов С.М. Принципы построения многоспектральных комплексированных оптико-электронных систем // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2004. Т. 47. № 9. С. 51–57.Moiseyev V.A., Tereshin E.A., Demjanov E.A., Zhuravlev P.V., Ulyanova E.O., Shatunov K.P., Churilov S.M. Realization ways of multispectral integrated of optoelectronic systems. Journal of Instrument Engineering, 2004, vol. 47, no. 9, pp. 51–57. (in Russian)Григорьев А.В., Демин А.В. Имитационная модель пассивного детектирования высокоскоростных летательных аппаратов // Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. 2023. № 2. С. 55–59.Grigoriev A.V., Demin A.V. Simulation model of passive detection of high-speed aircraft. Voprosy radiojelektroniki. Serija: Tehnika televidenija, 2023, no. 2, pp. 55–59. (in Russian)Ma W., Wan Y., Li J., Zhu S., Wang M. An automatic morphological attribute building extraction approach for satellite high spatial resolution imagery // Remote Sensing. 2019. V. 11. N 3. P. 337. https://doi.org/10.3390/rs11030337Ma W., Wan Y., Li J., Zhu S., Wang M. An automatic morphological attribute building extraction approach for satellite high spatial resolution imagery. Remote Sensing, 2019, vol. 11, no. 3, pp. 337. https://doi.org/10.3390/rs11030337Демин А.В., Цыцулин А.К., Нонин А.С., Семашкин О.И., Михайловский А.И., Добряков Б.Н., Денисов А.В., Сечак Е.Н., Сторощук О.Б. Авиационный многоспектральный оптико-электронный комплекс // Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. 2024. № 3. С. 18–26.Demin A.V., Tsytsulin A.K., Nonin A.S., Semashkin O.I., Mikhailovsky A.I., Dobriakov B.N., Denisov A.V., Sechak E.N. Aviation multispectral optical-electronic complex. Voprosy radiojelektroniki. Serija: Tehnika televidenija, 2024, no. 3, pp. 18–26. (in Russian)Демин А.В., Сорокин А.В., Гордеев Д.М., Белянский М.А., Птицына А.С., Шалковский А.Г., Чуриков А.Б., Смолин А.С. Авиационный теплопеленгатор // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2011. Т. 54. № 5. С. 93–97.Demin A.V., Sorokin A.V., Gordeev D.M., Belyansky M.A., Ptitsyna A.S., Shalkovskiy A.G., Churikov A.B., Smolin A.S. Airborne heat direction finder. Journal of Instrument Engineering, 2011, vol. 54, no. 5, pp. 93–97. (in Russian)Методы компьютерной обработки изображений / Под ред. В.А. Сойфера. М.:Физматлит, 2003. 784 с.Methods of Computer Image Processing / ed. by V.A. Soifer. Moscow, Fizmatlit Publ., 2003, 784 p. (in Russian)Горбунов Г.Г., Демин А.В., Никифоров В.О., Савицкий А.М., Скворцов Ю.С., Сокольский М.Н., Трегуб В.П. Гиперспектральная аппаратура для дистанционного зондирования Земли // Оптический журнал. 2009. Т. 76. № 10. С. 75–82.Gorbunov G.G., Demin A.V., Nikiforov V.O., Savitskii A.M., Skvortsov Y.S., Sokol'skii M.N., Tregub V.P. Hyperspectral apparatus for remote probing of the earth. Journal of Optical Technology, 2009, vol. 76, no. 10, pp. 651–656. (in Russian). https://doi.org/10.1364/JOT.76.000651Серебряков Д.А., Гареев В.М., Гареев М.В., Корнышев Н.П. Особенности формирования изображений в гиперспектральной системе на базе интерферометра Фабри-Перо // Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. 2023. № 1. С. 128–132.Serebrjakov D.A., Gareev V.M., Gareev M.V., Kornyshev N.P. Features of image formation in a hyperspectral system based on the Fabry-Perot interferometer. Voprosy radiojelektroniki. Serija: Tehnika televidenija, 2023, no. 1, pp. 128–132. (in Russian)Вагин В.А., Гершун М.А., Жижин Г.Н., Тарасов К.И. Светосильные спектральные приборы. М.: Наука, 1988. 262 с.Vagin V.A., Gershun M.A., Zhizhin G.N., Tarasov K.I. High-aperture Spectral Instruments. Moscow, Nauka Publ., 1988, 262 p. (in Russian)Зуев В.В., Креков Г.М. Оптические модели атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 256 с.Zuev V.E., Krekov G.M. Optical Models of the Atmosphere. Leningrad, Gidrometeoizdat Publ., 1986, 256 p. (in Russian)Вычислительная оптика: Справочник / Под общ. ред. М.М. Русинова. Л:. Машиностроение, 1984. 423 с.Optical Computation. Handbook / ed. by M.M. Rusinov. Leningrad, Mashinostroenie Publ., 1984, 423 p. (in Russian)Красильников Н.Н. Теория передачи и восприятия изображений. Теория передачи изображений и ее приложения. М.: Радио и связь, 1986. 246 с.Krasilnikov N.N. Theory of the Images Transfer and Sensing. Theory of the Images Transfer and its Applications. Moscow, Radio i svjaz' Publ., 1986, 246 p. (in Russian)Демин А.В., Попов В.В., Зимин В.А., Сторощук О.Б., Цыцулин А.К. Космическая лазерная система дуплексной связи // Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. 2023. № 4. С. 14–22.Demin A.V., Popov V.V., Zimin V.A., Storosсhuk O.B.,Tsytsulin A.K. Space laser duplex communication system. Voprosy radiojelektroniki. Serija: Tehnika televidenija, 2023, no. 4, pp. 14–22. (in Russian)Григорьев А.В., Демин А.В. Стабилизация изображения в многоканальных оптико-электронных комплексах // Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. 2023. № 3. С. 9–14.Grigoriev A.V., Demin A.V. Image stabilization in multichannel optoelectronic complexe. Voprosy radiojelektroniki. Serija: Tehnika televidenija, 2023, no. 3, pp. 9–14. (in Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.