(50-5) 03 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Оценка пространственного и спектрального разрешения сканирующей гиперспектральной аппаратуры для космических аппаратов
формата CubeSat
Н.А. Ивлиев 1,2

1 Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва,
443086, Россия, г. Самара, Московское шоссе, д. 34;
2 Институт систем обработки изображений, НИЦ «Курчатовский институт»,
443001, Россия, г. Самара, ул. Молодогвардейская, д. 151

  Полный текст (PDF)

DOI: 10.18287/COJ1850

ID статьи: 1850

Аннотация:
В работе предложена методика оценки пространственного и спектрального разрешения сканирующей гиперспектральной аппаратуры, предназначенной для эксплуатации на наноспутниках формата CubeSat. В основе методики лежит фотометрический расчет, учитывающий характеристики основных элементов обобщенной оптической схемы сканирующей гиперспектральной аппаратуры и параметры орбитального движения космического аппарата. Базовыми положениями при расчете требуемого времени экспозиции матричного фотоприемника является равенство количества сигнальных электронов, формируемых под действием светового потока, максимальному количеству электрического заряда, которое может удержать один пиксель матричного фотоприемника до насыщения, а также равенство пространственных разрешений вдоль и перпендикулярно направлению движения. Показано, что такой подход позволяет осуществить выбор матричного фотоприемника, характеристики которого удовлетворяют необходимому пространственному и спектральному разрешению. Приведены примеры оценки пространственного и спектрального разрешения для гиперспектральной аппаратуры с объективами Юпитер-37А 3,5/135 и Рубинар 4,5/300. Сделаны выводы о применимости указанных объективов в гиперспектральной аппаратуре для космических аппартов формата CubeSat.

Ключевые слова:
гиперспектральная аппаратура, наноспутники, пространственное и спектральное разрешение.

Благодарности:
Статья подготовлена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, грант № 075-15-2025-610.

Цитирование:
Ивлиев, Н.А. Оценка пространственного и спектрального разрешения сканирующей гиперспектральной аппаратуры для космических аппаратов формата CubeSat / Н.А. Ивлиев // Компьютерная оптика. – 2026. – Т. 50, № 5. – 1850. – doi: 10.18287/COJ1850.

Citation:
Ivliev NA. Evaluation of spatial and spectral resolution of scanning hyperspectral equipment for CubeSat spacecraft. Computer Optics 2026; 50(5): 1850. doi: 10.18287/COJ1850.

References:

  1. Fevgas G, Lagkas T, Sarigiannidis P, Argyriou V. Advances in remote sensing and propulsion systems for Earth observation nanosatellites. Future Internet 2025; 17(1): 16. DOI: 10.3390/fi17010016.
  2. Villela T, Costa CA, Brandão AM, Bueno FT, Leonardi R. Towards the thousandth CubeSat: A statistical overview. International Journal of Aerospace Engineering 2019; 2019: 5063145. DOI: 10.1155/2019/5063145.
  3. Weston SV, Burkhard CD, Stupl JM, Ticknor RL, Yost BD, Austin RA, Galchenko P, Newman LK, Soto LS. State-of-the-art small spacecraft technology. NASA Technical Report NASA/TP-20250000142; 2025.
  4. Rodríguez-Osorio RM, Ramírez EF. A hands-on education project: Antenna design for inter-CubeSat communications. IEEE Antennas and Propagation Magazine 2012; 54(5): 211-224. DOI: 10.1109/MAP.2012.6348155.
  5. Helvajian H, Janson SW. Origin of CubeSat, Small Satellite: Past, Present and Future. El Segundo, CA: The Aerospace Press; 2009. ISBN: 978-1-884989-22-3.
  6. Cappelletti C, Robson D. CubeSat missions and applications. In: CubeSat Handbook: Mission Design to Operations. Academic Press; 2021: 53-65. DOI: 10.1016/B978-0-12-817884-3.00002-3.
  7. Heidt H, Puig-Suari J, Moore A, Nakasuka S, Twiggs RJ. CubeSat: A new generation of picosatellite for education and industry low-cost space experimentation. In: Proceedings of the 14th Annual AIAA/USU Conference on Small Satellites; 2000; Logan, UT, USA. Paper SSC00-V-5: 1-19.
  8. Puig-Suari J, Coelho R, Williams S. CubeSat Design Specification. Rev. 12. San Luis Obispo, CA: The CubeSat Program, California Polytechnic State University; 2009.
  9. Cho DH, Choi WS, Kim MK, Kim JH, Sim E, Kim HD. High-resolution image and video CubeSat (HiREV): Development of a space technology test platform using a low-cost CubeSat platform. International Journal of Aerospace Engineering 2019; 2019: 8916416. DOI: 10.1155/2019/8916416.
  10. Glavkosmos. Glavkosmos organized the launch of 42 small spacecraft from the Vostochny Cosmodrome. Available at: https://www.glavkosmos.com/en/glavkosmos-organized-the-launch-of-42-small-spacecraft-from-the-vostochny-cosmodrome. Accessed August 18, 2026.
  11. NASA. Earth Right Now. Available at: https://science.nasa.gov/earth-science/. Accessed August 18, 2026.
  12. National Research Council. Earth Science and Applications from Space: National Imperatives for the Next Decade and Beyond. Washington, DC: The National Academies Press; 2007. Available at: https://nap.nationalacademies.org/catalog/11820/earth-science-and-applications-from-space-national-imperatives-for-the-next-decade-and-beyond. Accessed August 18, 2026.
  13. Puig-Suari J, Turner C, Twiggs RJ. CubeSat: The development and launch support infrastructure for eighteen different satellite customers on one launch. In: Proceedings of the 15th Annual AIAA/USU Conference on Small Satellites; 2001; Logan, UT, USA: 13-16.
  14. Bouwmeester J, Guo J. Survey of worldwide pico- and nanosatellite missions, distributions and subsystem technology. Acta Astronautica 2010; 67(7-8): 854-862. DOI: 10.1016/j.actaastro.2010.06.004.
  15. Aoyanagi Y, Doi T, Arai H, Shimada Y, Yasuda M, Yamazaki T, Sawazaki H. On-orbit performance and hyperspectral data processing of the TIRSAT CubeSat mission. Remote Sensing 2025; 17(11): 1903. DOI: 10.3390/rs17111903.
  16. Zhao D, Cheng X, Zhang H, Niu Y, Qi Y, Zhang H. Evaluation of the ability of spectral indices of hydrocarbons and seawater for identifying oil slicks utilizing hyperspectral images. Remote Sensing 2018; 10(3): 421. DOI: 10.3390/rs10030421.
  17. Ivliev N, Podlipnov V, Petrov M, Tkachenko I, Ivanushkin M, Fomchenkov S, Markushin M, Skidanov R, Khanenko Y, Nikonorov A, Kazanskiy N, Soifer V. 3U CubeSat-based hyperspectral remote sensing by Offner imaging hyperspectrometer with radially fastened primary elements. Sensors 2024; 24(9): 2885. DOI: 10.3390/s24092885.
  18. Sigernes F. Basic Hyperspectral Imaging. Longyearbyen: University Centre in Svalbard; 2008.
  19. Gecha VYa, Zhilenev MYu, Fedorov VB, Khrychev DA, Khudak YuI, Shatina AV. Image motion speed during optoelectronic imaging of a planetary surface [In Russian]. Russian Technological Journal 2018; 6(4): 65-77.
  20. Knyazev MG, Bondarenko AV, Dokuchaev IV. Calculation of threshold values of radiation flux and illuminance for Kodak KAI-1003M, Kodak KAI-1020, and Philips FTF3020M CCD matrices [In Russian]. Digital Signal Processing 2006; (3): 1-18.
  21. Liu X, Xing F, Fan S, You Z. A compact and high-accuracy star tracker with an on-orbit deployable baffle for remote sensing CubeSats. Remote Sensing 2021; 13(13): 2503. DOI: 10.3390/rs13132503.
  22. CubeSpace. Your global ADCS partner. Available at: https://www.cubespace.co.za. Accessed August 18, 2026.
  23. Precision Aerospace Solutions. Available at: https://www.arcsecspace.com. Accessed August 18, 2026.
  24. Rosero-Montalvo PD, Priest JCP. CubeSat imaging payload design for environmental monitoring of Greenland. Electronics 2025; 14(1): 18. DOI: 10.3390/electronics14010018.
  25. Mukhtar S, Arbabi A, Viegas J. Compact spectral imaging: A review of miniaturized and integrated systems. Laser & Photonics Reviews 2025; 19(21): e01042. DOI: 10.1002/lpor.202501042.
  26. Raskin G, Delabie T, De Munter W, Sana H, Vandenbussche B, Vandoren B, Antoci V. CUBESPEC: Low-cost space-based astronomical spectroscopy. In: Proceedings of SPIE 10698, Space Telescopes and Instrumentation 2018: Optical, Infrared, and Millimeter Wave. SPIE; 2018: 106985R. DOI: 10.1117/12.2314074.

Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: journal@computeroptics.ru; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20