АДАПТИВНА СИСТЕМА ФОРМУВАННЯ ЕТАЛОННИХ СТАНІВ ЧАСТКОВОЇ ПОЛЯРИЗАЦІЇ З КОНТУРОМ ЗВОРОТНОГО ЗВ'ЯЗКУ

Автор(и)

  • Денис Анісімов Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» , Україна image/svg+xml https://orcid.org/0009-0006-1067-2451
  • Іван Синявський Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» ,Головна астрономічна обсерваторія НАН України,Main Astronomical Observatory of National Academy of Sciences of Ukraine, Україна image/svg+xml https://orcid.org/0000-0002-5285-2358

DOI:

https://doi.org/10.20535/1970.71(1).2026.361585

Ключові слова:

ступінь лінійної поляризації (DOLP), адаптивна система керування, архітектура MIMO, ПІ-регулятор, зворотний зв’язок, термооптичний дрейф, рівняння Френеля, ітераційний алгоритм, космічний проєкт Aerosol-UA, калібрування поляриметрів, інтегруюча сфера, дистанційне зондування Землі

Анотація

У представленій статті аналізуються сучасні підходи до створення еталонних станів частково поляризованого випромінювання. Ця задача є фундаментальною для метрологічного супроводу космічних місій дистанційного зондування Землі, де від точності калібрування бортових приладів залежить якість обробки даних про земну атмосферу. Розглядаючи ключові дестабілізуючі фактори – термооптичний дрейф та нелінійне падіння потужності пучка, – обґрунтовано перехід від звичайних розімкнених систем до адаптивних комплексів із MIMO-архітектурою. У роботі детально описано структуру такої системи, що поєднує в собі прецизійну оптико-механічну частину на основі пласких пластин та цифрові алгоритми зворотного зв’язку для незалежної стабілізації інтенсивності випромінювання та ступеня його поляризації (DOLP). Застосування ітераційного алгоритму ПІ-регулювання дозволило ефективно розділити керування геометричними та енергетичними параметрами, що є принципово неможливим у межах класичних одноконтурних методів. Завдяки диференціальному аналізу похибок розроблена система демонструє високу енергетичну стабільність вихідного сигналу. Це дозволяє приладу самостійно підлаштовуватися під зміни зовнішнього середовища чи внутрішні апаратні зсуви, зберігаючи задану точність без втручання оператора. Особлива увага приділена фізичній природі виникнення похибок, зокрема через нелінійність коєфіцієнтів Френеля при зміні кутів нахилу пластин. На основі проведеного моделювання підтверджено переваги адаптивного підходу: якщо у відкритому контурі втрати інтенсивності сягають 15,2 %, то впровадження зворотного зв’язку дозволяє утримувати сигнал на рівні 100 % із похибкою не більше 0,5 %. Також доведено, що запропонований алгоритм надійно фіксує параметр DOLP у межах вузького допуску 0,1 %, успішно нівелюючи температурний дрейф, який за годину роботи може перевищувати 1,0 %. Отримані результати можуть бути використані як основа для проєктування для автономних калібрувальних станцій нового покоління, що відповідають жорстким стандартам космічних програм, таких як Aerosol-UA, 3MI чи SPEXone.

Біографії авторів

Денис Анісімов, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

ФРП, Кафедра комп’ютерно-інтегрованих технологій виробництва приладів

Іван Синявський, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» ,Головна астрономічна обсерваторія НАН України,Main Astronomical Observatory of National Academy of Sciences of Ukraine

доктор фізико-математичних наук,

1Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», ФРП, Кафедра комп’ютерно-інтегрованих технологій виробництва приладів,

2Головна астрономічна обсерваторія НАН України

Посилання

O. Dubovik et al., "Polarimetric remote sensing of atmospheric aerosols: Instruments, methodologies, results, and perspectives," J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf., vol. 224, pp. 474–511, 2019. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2018.11.024

G. Milinevsky et al., "Calibration model of polarimeters on board the Aerosol-UA space mission," J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf., vol. 229, pp. 92–105, 2019. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2019.03.007

I. Syniavskyi, Y. Oberemok, Y. Ivanov, and M. Sosonkin, "Multispectral polarization state analyzer of scanning polarimeter ScanPol," Int. J. Opt., vol. 2020, Art. no. 1695658, 2020. DOI: 10.1155/2020/1695658

R. M. A. Azzam, "Stokes-vector and Mueller-matrix polarimetry," J. Opt. Soc. Am. A, vol. 33, no. 7, pp. 1396–1408, 2016. DOI: 10.1364/JOSAA.33.001396

D. H. Goldstein, Polarized Light, 3rd ed. Boca Raton, FL, USA: CRC Press, 2011. DOI: 10.1201/b10436

B. Fougnie et al., "The 3MI mission on-board EPS-SG: a multi-spectral multi-polarization multi-directional imager," Proc. SPIE, vol. 10764, 107640L, 2018. DOI: 10.1117/12.2320254

O. P. Hasekamp et al., "Aerosol Measurements by SPEXone on the NASA PACE Mission: Expected Retrieval Capabilities," J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf., vol. 227, pp. 170–184, 2019. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2019.02.006

Z. Li et al., "Calibration of the degree of linear polarization measurements of the polarized Sun-sky radiometer based on the POLBOX system," Appl. Opt., vol. 57, no. 5, pp. 1011–1018, 2018. DOI: 10.1364/AO.57.001011

L. Wu et al., "Aerosol retrieval from multiangle, multispectral photopolarimetric measurements: Importance of spectral range and angular resolution," Atmos. Meas. Tech., vol. 8, pp. 2625–2638, 2015. DOI: 10.5194/amt-8-2625-2015

H. Zhang, Y. Wang, J. Tian, and Q. Zhao, "Calibration Method for Division-of-Focal-Plane Polarimeters Using Nonuniform Light," IEEE Photonics Journal, vol. 13, no. 1, Art. no. 6800109, 2021. DOI: 10.1109/JPHOT.2020.3048007

J. M. Smit et al., "Polarimetric calibration of a spectro-polarimeter for remote sensing and characterization of aerosols," Proc. SPIE, vol. 11852, 1185232, 2021. DOI: 10.1117/12.2599475

J. H. Rietjens, O. P. Hasekamp, J. Landgraf, and B. van Harten, "SPEX airborne spectropolarimeter calibration and performance," Applied Optics, vol. 58, no. 21, pp. 5695–5719, 2019. DOI: 10.1364/AO.58.005695

A. Borase et al., "A review of PID control, tuning methods and applications," Int. J. Dyn. Control, vol. 9, no. 2, pp. 818–827, 2021. DOI: 10.1007/s40435-020-00665-4

D. Shin, W. Kim, and C. C. Chung, "Position control of a permanent magnet stepper motor by MISO backstepping in semi-strict feedback form," in Proc. IEEE/ASME Int. Conf. Advanced Intelligent Mechatronics (AIM), 2011, pp. 808–813. DOI: 10.1109/AIM.2011.6027141

M. Ma, H. Shoman, S. Shekhar, N. A. F. Jaeger, and L. Chrostowski, "Automated Adaptation and Stabilization of a Tunable WDM Polarization-Independent Receiver on Active Silicon Photonic Platform," IEEE Photonics Journal, vol. 12, no. 4, Art. no. 6802110, 2020. DOI: 10.1109/JPHOT.2020.3012097

I. Syniavskyi et al., "Aerosol-UA satellite mission for the polarimetric study of aerosols in the atmosphere," J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf., vol. 267, 107601, 2021. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2021.107601

I. I. Syniavskyi, Y. S. Ivanov, M. H. Sosonkin, G. P. Milinevsky, and H. V. Koshman, "Multispectral imager-polarimeter of the Aerosol-UA space project," Space Sci. Technol., vol. 24, no. 3, pp. 23–32, 2018. DOI: 10.15407/knit2018.03.023

Anisimov, D. D., Syniavskyi, I. I., & Oberemok, Ye. A. Henerator chastkovo poliaryzovanoho optychnoho vyprominiuvannia dlia testuvannia ta kalibruvannia poliarymetriv [Generator of partially polarized optical radiation for testing and calibration of polarimeters]. Pryladobuduvannia: stan i perspektyvy – Instrument Making: State and Prospects, materialy naukovo-tekhnichnoi konferentsii. Kyiv, Ukraine: KPI im. Ihoria Sikorskoho, 2024 (in Ukrainian)

##submission.downloads##

Опубліковано

2026-05-25

Як цитувати

[1]
Д. Анісімов і І. Синявський, «АДАПТИВНА СИСТЕМА ФОРМУВАННЯ ЕТАЛОННИХ СТАНІВ ЧАСТКОВОЇ ПОЛЯРИЗАЦІЇ З КОНТУРОМ ЗВОРОТНОГО ЗВ’ЯЗКУ», Bull. Kyiv Polytech. Inst. Ser. Instrum. Mak., вип. 71(1), с. 28–35, Трав 2026.

Номер

№ 71(1) (2026)

Розділ

МЕТОДИ І СИСТЕМИ ОПТИЧНО-ЕЛЕКТРОННОЇ ТА ЦИФРОВОЇ ОБРОБКИ СИГНАЛІВ

Ліцензія

Авторське право (c) 2026 Анісімов Д. Д., Синявський І. І.

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Авторське право на публікацію залишається за авторами.

Автори можуть використовувати власні матеріали в інших публікаціях за умови посилання на збірник наукових праць "Вісник Київського політехнічного інституту. Серія ПРИЛАДОБУДУВАННЯ" як на перше місце видання та на Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»  як на видавця.

Автори публікують свої статті в збірнику на умовах ліцензії Creative Commons:

  1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії CC BY 4.0, яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
  2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
  3. Політика журналу дозволяє розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на динаміці цитування опублікованої роботи.

 Видавець (КПІ ім. Ігоря Сікорського) має право за будь-якого використання цього видання зазначати своє ім'я або вимагати такого зазначення.

Редакційна колегія залишає за собою право розміщувати опубліковані в збірнику статті в різних інформаційних базах для надання відкритого доступу до матеріалів з метою популяризації наукових досліджень та підвищення цитованості авторів.