Тема10_1 Применение искусственных спутников для

Тема 10. Метеорологические
измерения с помощью
искусственных спутников Земли
Тема 10.1. Получение изображения Земли с ИСЗ
Основная информация для метеорологов, поступающая с ИСЗ –
изображение Земли из космоса.
Наклонная орбита
обратного ИСЗ

Полярная
орбита
Наклонная
орбита



Рис. 10.1. Направления орбит ИСЗ.
Экваториальная
орбита
Тема 10.1. Получение изображения Земли с ИСЗ
Основные типы орбит искусственных спутников Земли
В соответствии с наклоном орбиты к экватору:
- Полярные
- Наклонные
- Экваториальные.
В соответствии с направлением движения:
- Прямые (с запада на восток)
- Обратные (с востока на запад)
В соответствии с высотой орбиты:
- Низкоорбитальные (200 – 500 км)
- Среднеорбитальные (от 500 до нескольких тысяч км)
- Высокоорбитальные (десятки тысяч километров)
В соответствии с формой орбиты:
- Эллиптические
- Круговые
Геостационарные спутники – высота 38 510 км, круговая
экваториальная орбита, период обращения – 24 часа.
Тема 10.1. Получение изображения Земли с ИСЗ
В соответствии с режимами передачи информации спутники
работают в следующих режимах:
•
Режим непосредственной передачи изображения.
•
Режим запоминания информации и передачи ее по сигналам
ЦУПа.
Для передачи телевизионного сигнала со спутника на Землю
используются две системы – телевизионная передающая трубка
видикон и ПЗС-матрица.
Тема 10.1. Получение изображения Земли с ИСЗ
Устройство видикона (разрез)
6
выход
5
3
4
2
9
1
8
7
4’
3’
затвор
объектив
Рис. 10.1.2. Видикон.
1. Катод.
6. Сетка (заряжена отрицательно).
2. Фокусирующая система.
7. Фотомишень.
3. Вертикально отклоняющие пластины.
8. Сигнальная пластина (тонкий слой золота).
4. Горизонтально отклоняющие пластины.
9. Защитное стекло.
5. Кольцевой анод.
Тема 10.1. Получение изображения Земли с ИСЗ
Работа видикона аналогична работе ЭЛТ.
Изображение Земли фокусируется в плоскости фотомишени.
Фотомишень выполнена из материала, обладающего свойствами
фоторезистора в направлении, перпендикулярном её плоскости.
Формирование видеосигнала проходит в три стадии.
Тема 10.1. Получение изображения Земли с ИСЗ
Первая стадия – затвор закрыт. Электронный луч сканирует
фотомишень по закону строчной развертки. Для этого на
отклоняющие пластины подаются напряжения следующей формы:
Uгор.
Uверт.
τ
Тг
Тв
τ
Рис. 10.1.3. Эпюры напряжений на отклоняющих пластинах.
В результате вся внутренняя поверхность фотомишени заряжается
отрицательно.
Тема 10.1. Получение изображения Земли с ИСЗ
Фотомишень после первой стадии:
Сигнальная
пластина
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------- ---------------------------------- ---------------------------------- ---------------------------------- ---------------------------------- ---------------------------------- -----------------------------------------------------------------------------
Рис. 10.1.4. Внутренняя поверхность фотомишени после первой стадии
выход
Тема 10.1. Получение изображения Земли с ИСЗ
Вторая стадия – затвор открывается на короткое время.
Фотомишень разряжается в «белых» участках, частично
разряжается в «серых» участках, остается заряженной в «черных»
участках.
Сигнальная
пластина
----- --- ---- -- ---------- --- ---- --- ---- -- --------- ---- --- ---- -- ------------- --- ---- -- ---------- --- --- ---- -- ---------- ---- --- ---- -- ---------- ------ ---- -- ---------- ---- -- ---- -- ---------- ---- ------ -- ---------- ---- --- --- -- ---------- ---- --- ----- ---------- ---- --- ---- ----------- ---- --- ---- -- --------- - - - ------ ---- - --
Рис. 10.1.5. Внутренняя поверхность фотомишени после второй стадии
выход
Тема 10.1. Получение изображения Земли с ИСЗ
Третья стадия – затвор закрыт, фотомишень снова сканируется
электронным лучом. При сканировании разряженных участков они
заряжаются. Соответственно на сигнальную пластину приходит
положительный заряд.
Частично разряженные участки подзаряжаются. Соответственно
на сигнальную пластину приходит положительный заряд, меньший
по амплитуде.
«Черные» участки не заряжаются. На сигнальную пластину заряд
не приходит.
Тема 10.1. Получение изображения Земли с ИСЗ
Значит, по проводу, соединяющему сигнальную пластину со
схемой усилителя, проходят импульсы тока - видеосигнал.
синхроимпульсы
U
Umax
Рис. 10.1.6. Видеосигнал.
Видеосигнал модулируется и подается на радиопередатчик.
Тема 10.1. Получение изображения Земли с ИСЗ
Устройство преобразователя с зарядовой связью (ПЗС).
Металлические электроды
1
2
3
4
N-1
N
p+
p+
Полупроводник
n- типа
Диэлектрик
Рис. 10.1.7. Элементы ПЗС-матрицы.
Сами элементы ПЗС-матрицы очень малы. Каждый из них состоит из
трех частей.
Тема 10.1. Получение изображения Земли с ИСЗ
-V
1.
Металлы
Диэлектрик
обедненная
область
Полупроводник
n- типа
Рис. 10.1.7. Иллюстрация работы ПЗС-матрицы.
Первый этап. Под действием света в полупроводнике происходит
ионизация. Положительные заряды (дырки) идут вверх,
отрицательные – вниз. В матрице образуется рельеф заряда.
Тема 10.1. Получение изображения Земли с ИСЗ
-V
-V'
2.
Второй этап. Отрицательное напряжение подается на средний
электрод. Пакет зарядов перемещается вправо (рис.2).
Тема 10.1. Получение изображения Земли с ИСЗ
V=0
3.
V'=0
-V'
-V
4.
Третий этап. Отрицательное напряжение подается на правый
электрод. Пакет зарядов перемещается к правому электроду. (рис. 3).
Затем отрицательное напряжение снова подается на левые
электроды. Пакет зарядов перемещается к левому электроду
следующей ячейки (рис.4). С самого правого электрода строки
снимается импульс наведенного тока и подается в линию связи.
Тема 10.1. Получение изображения Земли с ИСЗ
Возникающий видеосигнал аналогичен изображенному на рис. 10.1.6.
синхроимпульсы
U
Umax