Моделирование и макетирование космического детектора молний

Проблема обнаружения вспышек молний из космоса приобретает большое значение в связи с развитием дистанционного зондирования Земли, климатологии и физики атмосферы. Детекторы молний космического базирования создаются как в России, так и за рубежом. Рассмотрена задача математического и физического моделирования высокоскоростной камеры, предназначенной для наблюдения вспышек молний с борта низкоорбитального космического аппарата. В предшествующих работах автора выполнено обоснование облика детектора молний, приведены расчеты его характеристик, описано алгоритмическое обеспечение. Для верификации результатов проектирования прибора необходимо проведение его макетирования. Приведено описание основных проблем обнаружения вспышек молний при их наблюдении из космоса. Показан способ компьютерного моделирования снимков с учетом шумов, создаваемых фоном и фотоприемником. Исследованы проблемы воспроизведения фоноцелевой обстановки при макетировании детектора молний с учетом характеристик наблюдаемого явления: размера отблеска, соотношения яркостей фона и молнии. Описан принцип сопоставления двух типов снимков (снятых макетом и синтезированных программно), выполнено сравнение результатов обработки полученных изображений. Совпадение результатов позволило верифицировать алгоритм обработки снимков и подтвердило корректность созданного способа моделирования детектора молний

Литература

[1] Finke U., Kreyer O. Detect and locate lightning events from geostationary satellite observations. Institut fur Meteorologie und Klimatologie. Universitat Hannover, 2002.

[2] Moura C., Dos Santos W.A., Naccarato K.P., et al. Feasibility analysis of an optical payload in a lightning detection Cubesat. Proc. 1st IAA Latin American Symp. Small Satellites, 2017. URL: http://www.unsam.edu.ar/institutos/colomb/Presentaciones/Session.7/IAA-LA-07-01.pdf (дата обращения: 15.12.2019).

[3] Zhang W., Zhang Y., Zheng D., et al. Relationship between lightning activity and tropical cyclone intensity over the northwest Pacific. J. Geophys. Res. Atmos., 2015, vol. 120, iss. 9, pp. 4072--4089. DOI: https://doi.org/10.1002/2014JD022334

[4] Шарков Е.А., Кузьмин А.В., Jeong S. Космический эксперимент "Конвергенция": научные задачи, бортовая аппаратура, методики решения обратных задач. Исследование Земли из космоса, 2018, № 4, с. 71--96. DOI: https://doi.org/10.31857/S020596140002356-2

[5] Черненко А.М. О связи гамма-вспышек земного происхождения (TGF) с распределением примесей в тропосфере. Тез. 15-й Всерос. открыт. конф. "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса", 2017. URL: http://conf.rse.geosmis.ru/thesisshow.aspx?page=144&thesis=6297 (дата обращения: 15.12.2019).

[6] Квитка В.Е., Корх А.В. Создание детектора молний для Международной космической станции. Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета, 2018, № 66-1, с. 42--29. DOI: https://doi.org/10.21667/1995-4565-2018-66-4-1-42-49

[7] Grandell J. Geostationary lightning monitoring with the Meteosat Third Generation Lightning Imager (MTG LI). Convection Working Group Meeting, 2012. URL: https://slideplayer.com/slide/3266426 (дата обращения: 15.12.2019).

[8] Blakeslee R.J., Christian H.J., Mach D.M., et al. Lightning Imaging Sensor (LIS) for the International Space Station (ISS): mission description and science goals. XV Int. Conf. Atmospheric Electricity, 2014. URL: https://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=20150002883 (дата обращения: 15.12.2019).

[9] Christian H.J., Blakeslee R.J., Boccippio D.J., et al. Global frequency and distribution of lightning as observed from space by the Optical Transient Detector. J. Geophys. Res. Atmos., 2003, vol. 108, no. D1, pp. 4-1--4-15. DOI: https://doi.org/10.1029/2002JD002347

[10] Mach D.M., Christian H.J., Blakeslee R.J., et al. Performance assessment of the Optical Transient Detector and Lightning Imaging Sensor. J. Geophys. Res. Atmos., 2007, vol. 112, iss. D9. DOI: https://doi.org/10.1029/2006JD007787

[11] Meteosat third generation lightning imager. URL: https://www.eumetsat.int/website/home/Satellites/FutureSatellites/MeteosatThirdGeneration/index.html (дата обращения: 15.12.2019).

[12] Bergstrom J., Down D., Hagerty S.P., et al. Modelling and simulation of the GOES-R Geostationary Lightning Mapper (GLM) instrument performance. Third Symp. Future National Operational Environmental Satellites, 2007. URL: https://ams.confex.com/ams/87ANNUAL/techprogram/paper_120568.htm (дата обращения: 15.12.2019).

[13] Dobber M., Grandell J. Meteosat Third Generation (MTG) Light Imager (LI) instrument performance and calibration for user perspective. EUMETSAT, 2014. URL: https://digitalcommons.usu.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1088&context=calcon (дата обращения: 15.12.2019).

[14] Квитка В.Е., Клюшников М.В., Князев А.Н. и др. Разработка и исследование макетного гиперспектрометра ОЭА-ГС. Системы наблюдения, мониторинга и дистанционного зондирования Земли. Матер. XII науч.-техн. конф. Калуга, Манускрипт, 2015, с. 149--155.

[15] Квитка В.Е., Клюшников М.В., Князев А.Н. и др. Результаты испытаний макетного гиперспектрометра ОЭА-ГС. Тр. 58-й науч. конф. МФТИ. Долгопрудный, МФТИ, 2015.