pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2026-17-2-131-140pimi-1048Research ArticleСредства измеренийMeasuring instrumentsЛабораторный имитатор авиакосмических видеоспектральных измерений поверхности и атмосферы ЗемлиLaboratory Simulator of Airborne Video‑Spectral Experiments for Calibration of Earth Remote‑Sensing InstrumentsБеляевЮ. В.BelyaevYu.

г. Минск

Minsk

ГринадёровО. Д.HrynadziorauA.

Адрес для переписки:Гринадёров О. Д.Институт прикладных физических проблем имени А.Н. Севченко Белорусского государственного университета,ул. Курчатова, 7, г. Минск 220045, Беларусь e-mail: oleggrinaderov@gmail.com

Address for correspondence:Hrynadziorau A.A.N. Sevchenko Institute of Applied Physical Problems of BelarusianState University,Kurchatov str., 7, Minsk 220045, Belaruse-mail: oleggrinaderov@gmail.com

oleggrinaderov@gmail.comДомарацкийА. В.DamaratskiА.

г. Минск

Minsk

ИвутьП. В.IvutsP.

г. Минск

Minsk

ЛитвиновичГ. С.LitvinovichH.

г. Минск

Minsk

МартиновВ. В.MartinovA.

г. Минск

Minsk

СтанчикВ. В.StanchikV.

г. Минск

 Minsk

ХомицевичА. Д.ShcherbakouM.

г. Минск

Minsk

ЩербаковН. Г.KhamitsevichA.

г. Минск

Minsk

Институт прикладных физических проблем имени А.Н. Севченко Белорусского государственного университетаБеларусьN. Sevchenko Institute of Applied Physical Problems of Belarusian State UniversityBelarus202608072026172131140Copyright © Беляев Ю.В., Гринадёров О.Д., Домарацкий А.В., Ивуть П.В., Литвинович Г.С., Мартинов В.В., Станчик В.В., Хомицевич А.Д., Щербаков Н.Г., 20262026Беляев Ю.В., Гринадёров О.Д., Домарацкий А.В., Ивуть П.В., Литвинович Г.С., Мартинов В.В., Станчик В.В., Хомицевич А.Д., Щербаков Н.Г.Belyaev Y., Hrynadziorau A., Damaratski А., Ivuts P., Litvinovich H., Martinov A., Stanchik V., Shcherbakou M., Khamitsevich A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://pimi.bntu.by/jour/article/view/1048

Авиационная и космическая видеоспектральная съёмка является ключевым инструментом дистанционного зондирования поверхности и атмосферы Земли, однако её точность критически зависит от строгой предполётной калибровки и верификации аппаратуры. Целью данной работы являлась разработка и демонстрация лабораторного имитатора, способного воспроизводить эталонные спектральные сцены для калибровки и методической отработки видеоспектральных систем дистанционного зондирования. В работе представлен лабораторный имитатор авиакосмических видеоспектральных измерений поверхности и атмосферы Земли «Спектросинтезатор», предназначенный для апробации и калибровки аппаратуры дистанционного зондирования. Комплекс включает систему формирования спектральной плотности энергетической яркости на основе фотометрической сферы с набором управляемых светодиодных и галогенных источников, систему формирования изображения с подвижными мирами и систему регистрации. Показано, что имитатор позволяет воспроизводить заданный эталонный спектр яркости сцены, заданный по расчётам в модели переноса излучения libRadTran или по данным спектральной библиотеки, при этом неоднородность яркости по выходному зрачку и временная стабильность источника удовлетворяют требованиям к наземной калибровке видеоспектральной аппаратуры. На примере прибора БЕКАС продемонстрирована возможность подбора режимов работы в лабораторных условиях и последующего переноса этих настроек в реальные лётные эксперименты, что подтверждает перспективность предложенного имитатора для предварительной настройки и методической отработки видеоспектральных систем дистанционного зондирования.

Airborne and spaceborne video-spectral imaging is a key tool for remote sensing of the Earth's surface and atmosphere; however, its accuracy critically depends on rigorous pre-flight calibration and verification of the instrumentation. The aim of this work is to develop and demonstrate a laboratory simulator capable of reproducing reference spectral scenes for the calibration and methodological validation of video-spectral remote sensing systems. The paper presents a laboratory simulator of airborne video spectral measurements of the Earth’s surface and atmosphere «Spectrosynthesizer» intended for testing and calibration of remote sensing instruments. The setup includes a spectral radiance forming subsystem based on an integrating (photometric) sphere with controllable LED and halogen sources, an image forming subsystem with movable test targets, and a registration subsystem. It is shown that the simulator can reproduce a given reference scene radiance spectrum specified either from radiative transfer calculations using the libRadTran model or from spectral library data, while the brightness non uniformity over the exit pupil and the temporal stability of the source meet the requirements for ground calibration of video spectral instruments. Using the BEKAS instrument as an example, the possibility of selecting operating modes under laboratory conditions and subsequently transferring these settings to real flight experiments is demonstrated, which confirms the potential of the proposed simulator for pre flight adjustment and methodological verification of video spectral Earth remote sensing systems.

имитаторспектральная плотность энергетической яркости (СПЭЯ)LEDдистанционное зондирование Землиспектросинтезаторsimulatorspectral radiance density (SRD)LEDEarth remote sensingspectrosynthesizerReferencesШевчук А.А. Оптическая система перспективного светодиодного имитатора солнечного излучения для наземной отработки космических аппаратов / А.А. Шевчук [и др.] // Космические аппараты и технологии. – 2019. – № 1(27). – С. 28–40. DOI: 10.26732/2618-7957-2019-1-28-40Shevchuk AA [et al.]. Optical system of perspective led-based solar simulator for spacecraft ground testing applications. Spacecraft and technologies. 2019;1(27):2840. DOI: 10.26732/2618-7957-2019-1-28-40A Low-Cost LED-Based Solar Simulator / E. López-Fraguas [et al.] // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. – 2019. – Vol. 68, No. 12. – P. 4913–4923. DOI: 10.1109/TIM.2019.2899513E. López-Fraguas [et al.]. A Low-Cost LED-Based Solar Simulator. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2019;68(12):4913-4923. DOI: 10.1109/TIM.2019.2899513MKS Newport. Oriel VeraSol 2 Class AAA LED Solar Simulator. – URL: https://www.newport.com/p/VeraSol-2 (дата обращения: 17.03.2026)MKS Newport. Oriel VeraSol 2 Class AAA LED Solar Simulator. – URL: https://www.newport.com/p/VeraSol-2 (date of access: 17.03.2026)C. Sun. LED-based solar simulator for terrestrial solar spectra and orientations / Sun C. [et al.] // Solar energay. – 2022. – Vol. 233. – С. 96–110. DOI: 10.1016/j.solener.2022.01.001Sun C. [et al.]. LED-based solar simulator for terrestrial solar spectra and orientations. Solar energay. 2022;(233):96-110. DOI: 10.1016/j.solener.2022.01.001Zaid Ghufron. Differential spectral responsivity measurement of photovoltaic detectors with a lightemitting-diode-based integrating sphere source / Ghufron Zaid [et al.] // Appl. Opt. – 2010. – № 49. – P. 6772– 6783. DOI: 10.1364/AO.49.006772Zaid Ghufron [et al.]. Differential spectral responsivity measurement of photovoltaic detectors with a lightemitting-diode-based integrating sphere source. Appl. Opt. 2010;(49):6772-6783. DOI: 10.1364/AO.49.006772Watjanatepin N. Large Scale LED Modular Based Solar Simulator and Calibration Method for PV Module Characterization / N. Watjanatepin, P. Sritanauthaikorn // Journal of Hunan University (Natural Sciences). – 2021. – Vol. 48, No. 9. – P. 1–15.Watjanatepin N, Sritanauthaikorn P. Large Scale LED Modular Based Solar Simulator and Calibration Method for PV Module Characterization. Journal of Hunan University (Natural Sciences). 2021;48(9):1-15.Vosylius Žygimantas. Rational selection of light sources for LED-based solar simulators / Žygimantas Vosylius [et al.] // Solar Energy – 2023. – Vol. 265. – P. 112064. DOI: 10.1016/j.solener.2023.112064Žygimantas Vosylius [et al.]. Rational selection of light sources for LED-based solar simulators. Solar Energy. 2023;(265):112064. DOI: 10.1016/j.solener.2023.112064Du Zhiqiang. Design, fabrication, and evaluation of a large-area hybrid solar simulator for remote sensing applications / Zhiqiang Du [et al.] // Opt. Express. – 2023. – № 31. – P. 6184–6202. DOI: 10.1364/OE.482003Zhiqiang Du [et al.]. Design, fabrication, and evaluation of a large-area hybrid solar simulator for remote sensing applications. Opt. Express. 2023;(31):6184-6202. DOI: 10.1364/OE.482003Gamma Scientific. SpectralLED® RS 7 2 Large Output Port. – URL: https://gamma-sci.com/products/spectralled-tunable-light-sources/rs-7-2-large-output-port/ (дата обращения: 17.03.2026)Gamma Scientific. SpectralLED® RS 7 2 Large Output Port. – URL: https://gamma-sci.com/products/spectralled-tunable-light-sources/rs-7-2-large-output-port/ (date of access: 17.03.2026)Кириченко Д.В. Моделирующий стенд для испытаний бортовых оптико-электронных систем малых космических аппаратов с использованием средств имитации фоноцелевой обстановки / Д.В. Кириченко, А.А. Глущенко, К.К. Маслов, К.И. Упитис // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. – 2009. – Т. 52, № 4. – С. 78–81.Kirichenko DV, Glushchenko AA, Maslov KK, Upitis KI. Simulation Testbed for Testing Onboard Optoelectronic Systems of Small Spacecraft Using Background-Target Environment Simulation Tools. Journal of Instrument Engineering. 2009;52(4):78-81.Rice J.P. A Hyperspectral Image Projector for Hyperspectral Imagers / J.P. Rice [et al.] // Proc. SPIE, Imaging Spectrometry XII. – 2007. – Vol. 6565. DOI: 10.1117/12.717657Rice JP. [et al.]. A Hyperspectral Image Projector for Hyperspectral Imagers. Proc. SPIE, Imaging Spectrometry XII. 2007;6565. DOI: 10.1117/12.717657Emde C. The libRadtran software package for radiative transfer calculations (version 2.0. 1) / C. Emde [et al.] // Geoscientific Model Development. – 2016. – Т. 9. – № 5. – P. 1647–1672. DOI: 10.5194/gmd-9-1647-2016Emde C. [et al.]. The libRadtran software package for radiative transfer calculations (version 2.0. 1). Geoscientific Model Development. 2016;9(5):1647-1672. DOI: 10.5194/gmd-9-1647-2016Гуторов А.В. Комплекс мультиспектральной съемки для БПЛА / А.В. Гуторов [и др.] // Cборник научных статей военной академии Республики Беларусь. – 2023. – № 44. – С. 95–102.Gutorov A.V. [et al.]. Multispectral Imaging System for UAVs. Collection of Scientific Articles of the Military Academy of the Republic of Belarus. 2023;(44):95-102.Патент No 13010 Республики Беларусь, МПК G01N 21/01 (2006.01). Устройство для авиа-спектральной съемки: No 20220118: заявл. 25.05.2022 : опубл. 01.08.2022 / Бручковский И.И., Гуторов А.В., Домарацкий А.В., Ивуть П.В., Литвинович Г.С., Ломако А.А., Хомицевич А.Д. – 7 с.: ил.Patent No. 13010 of the Republic of Belarus, IPC G01N 21/01 (2006.01). Device for aerial spectral imaging: No. 20220118: filed May 25, 2022 : published August 1, 2022 / Bruchkovsky I.I., Gutorov A.V., Domaratsky A.V., Ivut P.V., Litvinovich G.S., Lomako A.A., Khomitsevich A.D. – 7 p.: ill.Spectral Angle Mapper Processor – URL: https://step.esa.int/main/wp-content/help/versions/9.0.0/snap-toolboxes/org.esa.s2tbx.s2tbx.spectral.angle.mapper.ui/sam/SAMProcessor.html (дата обращения: 17.03.2026)Spectral Angle Mapper Processor – URL: https://step.esa.int/main/wp-content/help/versions/9.0.0/snap-toolboxes/org.esa.s2tbx.s2tbx.spectral.angle.mapper.ui/sam/SAMProcessor.html (date of access: 17.03.2026)

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