О географической привязке космических снимков

Досліджено задачу географічної прив’язки космічних знімків, що включає процедуру польотного калібрування знімальної апаратури космічного апарата дистанційного зондування Землі. Обґрунтовано можливість реалізації польотного калібрування за інформацією від єдиного знімка наземного полігону з відомими...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2014
1. Verfasser:	Лебедев, Д.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України 2014
Schriftenreihe:	Проблемы управления и информатики
Schlagworte:	Космические информационные технологии и системы
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/207835
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	О географической привязке космических снимков / Д.В. Лебедев // Проблемы управления и информатики. — 2014. — № 5. — С. 71-79. — Бібліогр.: 14 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-207835
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-2078352025-10-15T00:21:07Z О географической привязке космических снимков Про географічну прив'язку космічних знімків On geographical coordinate determination of space images Лебедев, Д.В. Космические информационные технологии и системы Досліджено задачу географічної прив’язки космічних знімків, що включає процедуру польотного калібрування знімальної апаратури космічного апарата дистанційного зондування Землі. Обґрунтовано можливість реалізації польотного калібрування за інформацією від єдиного знімка наземного полігону з відомими точковими орієнтирами. Наведено результати комп’ютерного моделювання, що підтверджують ефективність запропонованих алгоритмічних розв’язків. The problem of geographical coordinate determination of space images, including the in-flight calibration procedure of opto-electronic equipment of remote sensing SC has been investigated. The possibility of implementing calibration information from a single image with known ground polygon point landmarks has been substantiated. The results of computer simulation confirm the effectiveness of the proposed algorithmic solutions. 2014 Article О географической привязке космических снимков / Д.В. Лебедев // Проблемы управления и информатики. — 2014. — № 5. — С. 71-79. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 0572-2691 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/207835 330.4:658.012.32 10.1615/JAutomatInfScien.v46.i9.40 ru Проблемы управления и информатики application/pdf Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Космические информационные технологии и системы Космические информационные технологии и системы
spellingShingle	Космические информационные технологии и системы Космические информационные технологии и системы Лебедев, Д.В. О географической привязке космических снимков Проблемы управления и информатики
description	Досліджено задачу географічної прив’язки космічних знімків, що включає процедуру польотного калібрування знімальної апаратури космічного апарата дистанційного зондування Землі. Обґрунтовано можливість реалізації польотного калібрування за інформацією від єдиного знімка наземного полігону з відомими точковими орієнтирами. Наведено результати комп’ютерного моделювання, що підтверджують ефективність запропонованих алгоритмічних розв’язків.
format	Article
author	Лебедев, Д.В.
author_facet	Лебедев, Д.В.
author_sort	Лебедев, Д.В.
title	О географической привязке космических снимков
title_short	О географической привязке космических снимков
title_full	О географической привязке космических снимков
title_fullStr	О географической привязке космических снимков
title_full_unstemmed	О географической привязке космических снимков
title_sort	о географической привязке космических снимков
publisher	Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
publishDate	2014
topic_facet	Космические информационные технологии и системы
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/207835
citation_txt	О географической привязке космических снимков / Д.В. Лебедев // Проблемы управления и информатики. — 2014. — № 5. — С. 71-79. — Бібліогр.: 14 назв. — рос.
series	Проблемы управления и информатики
work_keys_str_mv	AT lebedevdv ogeografičeskojprivâzkekosmičeskihsnimkov AT lebedevdv progeografíčnuprivâzkukosmíčnihznímkív AT lebedevdv ongeographicalcoordinatedeterminationofspaceimages
first_indexed	2025-10-15T01:14:11Z
last_indexed	2025-10-16T01:06:52Z
_version_	1846098591789088768
fulltext	© Д.В. ЛЕБЕДЕВ, 2014 Международный научно-технический журнал «Проблемы управления и информатики», 2014, № 5 71 КОСМИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И СИСТЕМЫ УДК 528.7 Д.В. Лебедев О ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ПРИВЯЗКЕ КОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ Введение Под географической привязкой снимков Земли из космоса будем понимать процедуры обработки снимка земной поверхности, в результате которых каждому элементу изображения ставятся в соответствие его географические координаты (широта и долгота). Стремительное развитие и совершенствование элементной базы оптико-элек- тронного оборудования космических аппаратов (КА) дистанционного зондирова- ния Земли (ДЗЗ), использование современных ПЗС-матриц, работающих по тех- нологии временной задержки и накопления сигналов (time delay and integration), стимулируют разработку таких информационных технологий привязки изображе- ний земной поверхности, которые обеспечивали бы точность, адекватную точно- сти пространственного разрешения съемочной аппаратуры. Чтобы иметь пред- ставление, о каких уровнях точности пространственного разрешения идет речь, отметим, что для съемочной аппаратуры КА очень высокого и сверхвысокого раз- решения размеры наименьших объектов, различимых на изображении, составля- ют 1–10 м и меньше 0,3–0,9 м соответственно [1]. Из всех возмущающих факторов наибольшее влияние на точность привязки космических снимков оказывает остаточная неопределенность ориентации систе- мы координат целевой аппаратуры относительно бортовых средств носителей опорной системы координат, например, звездного датчика (ЗД). Как отмечено в [2], отклонения взаимного положения упомянутых систем координат от начально- го положения, определенного в результате предполетной геометрической калибров- ки, обусловлены воздействием ряда возмущающих факторов, таких как термо- и вибронагрузки, имеющие место при транспортировке, запуске КА и в процессе его функционирования на орбите, а также невесомость, старение материалов конст- рукции КА и др. Высокая точность координатной привязки изображений возможна за счет применения космических платформ с высокой стабильностью и улучшенной точ- ностью определения ориентации спутника ДЗЗ. Под стабильностью платформы здесь понимается возможность длительного поддержания допустимых значений параметров, характеризующих взаимную ориентацию съемочной аппаратуры и измерительных средств системы управления ориентацией и стабилизацией КА. При отсутствии такой возможности возникает необходимость периодического уточнения параметров взаимной ориентации указанного оборудования КА в про- цессе его функционирования (полетная калибровка). Известны, по крайней мере, два способа решения задачи полетной калибровки, отличающиеся используемыми источниками внешней информации: калибровка по звездам и калибровка в режиме наблюдения наземных полигонов с известными опор- ными объектами (например, точечными ориентирами) [1]. Калибровка по наземным 72 ISSN 0572-2691 точечным ориентирам может проводиться как с использованием топографически при- вязанных (топопривязанных) ориентиров, так и по априори неизвестным ориентирам (см., например, [3–10]). В обоих случаях искомые параметры калибровки определяют- ся из решения нормальных уравнений метода наименьших квадратов (МНК). Следует отметить, что точность решения задачи полетной калибровки существенным образом зависит от количества измерений координат наблюдаемых ориентиров (числа контак- тов с ориентирами), влияющего на обусловленность системы уравнений МНК. Это об- стоятельство может сказаться на оперативности и достоверности получения информа- ции о качестве производимой съемки. В связи с этим перспективным направлением исследований представляется разработка методов полетной калибровки оптико-элект- ронного комплекса КА ДЗЗ при наличии минимального числа снимков земной по- верхности, содержащих топопривязанные ориентиры. Учитывая, что высокоточное и оперативное решение задачи полетной калиб- ровки играет приоритетную роль в реализации качественной географической при- вязки космических снимков, в этой работе сначала ставится и решается именно эта задача. При этом используется информация из единственного снимка назем- ного полигона с известными опорными точками. Затем реализуется процедура географической привязки элементов кадра и оценивается ее точность. 1. Системы координат. Постановка задачи полетной калибровки Пусть КА ДЗЗ обращается вокруг Земли по орбите, близкой к круговой. На нем установлены съемочная аппаратура (камера) высокого разрешения, звездный датчик и GPS-приемник. Не нарушая строгости, будем считать, что упомянутая аппаратура установлена в центре масс О космического аппарата. Введем необходимые далее правые ортогональные системы координат (СК) и базисы, составленные из ортов осей этих СК:  XYZ (I) — инерциальная СК с вершиной в центре Земли, осью X, направ- ленной в точку весеннего равноденствия, и осью Z, ориентированной по оси мира в сторону Полярной звезды;  GGG ZYX (G) — географическая СК, в качестве которой принимается WGS-84 (World Geodetic System 1984). В WGS-84 нулевым меридианом считается IERS Refer- ence Meridian, расположенный в 13,5  к востоку от Гринвичского меридиана. За осно- ву взят эллипсоид с экваториальным радиусом 1R 6378137 м и полярным радиусом 2R 6356752,3142 м. Угловая скорость вращения Земли — 510292115,7  рад/c [11];  О123 (S) — СК, связанная со звездным датчиком так, что ось 3 совпадает с оптической осью датчика;  Oxyz (K) — СК, связанная со съемочной камерой таким образом, что ее вершина находится в центре проекции камеры, ось z перпендикулярна чувстви- тельной площадке (плоскости изображения) и направлена по оптической оси ка- меры в сторону, противоположную объекту съемки;  TTTT ZYXO (Т) — топоцентрическая СК, вершина которой находится в точке TO земной поверхности с координатами  и  (широта и долгота соот- ветственно). Ось TY совпадает с касательной к меридиану и направлена на север, а ось TZ — вертикально вверх. Связь между базисами I, G, S, K и T иллюстрирует схема на рис. 1, где ijC — матрица вращения, осуществляющая преобразование векторов из базиса i в базис j. Сформулируем задачу полетной геометрической калибровки. Пусть известны ориентация топоцентрической СК относительно инерциального пространства — мат- рица направляющих косинусов ,ITC местоположение и ориентация космического ап- парата в инерциальной СК — радиус-вектор r и матрица ISС (рис. 2), а также радиу- сы-векторы ir ),1( ni  топографически привязанных точечных ориентиров iM ),1( ni  , находящихся в поле зрения камеры. По имеющейся информации и единст- Международный научно-технический журнал «Проблемы управления и информатики», 2014, № 5 73 венному снимку наземного полигона, полученному с орбиты полета КА, не обходи- мо уточнить значение матрицы ,SKC определяющей взаимную ориентацию базисов S и K звездного датчика и камеры. r jVr iMr ijr jVe iMe O TO jV iM TY TZ TX Рис. 2 2. Алгоритм полетной калибровки Если матрицу направляющих косинусов KSС параметризовать координатами вектора ориентации  eθ },,{ 321 или вектора Эйлера (e — орт эйлеровой оси вращения, θ — угол поворота относительно этой оси), то ее связь с ко- ординатами вектора θ задается соотношениями [12] ),( cos1 )( sin 2 23 θθ        EСKS , 0 0 0 )( 12 13 23               θ где 3E — единичная матрица третьего порядка. При малых значениях угла , ко- гда 2 значительно меньше 1, матрица KSС может быть аппроксимирована вы- ражением ).(3 θ EСKS Тогда матрица SKC имеет вид ).(3 θ EСSK (1) Из равенства (1) следует, что задача калибровки сводится к определению ко- ординат вектора .θ Из n известных точек в топоцентрической системе координат TZTTT YXO выберем точку iM и произвольную точку ),,1( mjV j  координаты которой можно задавать произвольным образом, — виртуальную точку (рис. 2). При известных векторах iMrr, и jVr вычислим орты jViM ee , направлений iOM и ,jOV а также вектор . ij MVij rrr  В основу алгоритма уточнения зна- чения матрицы SKC положим условие компланарности векторов iMij rr , и : jVr 0)(T  jViMij eer (2) (верхний индекс Т означает транспонирование). Запишем условие (2) в системе координат .TTTT ZYXO Из показаний камеры },,{ Fyx ii  , где F — фокусное расстояние съемочной аппаратуры, сформируем единичный вектор KiM ,e направления на i-й ориентир. Как следует из схемы на рис. 1, в топоцентрической СК он определяется соотношением .,, KiMKTTiM C ee  (3) STC KTC GTC ITC SKC S IGC G T ISC K I Рис. 1 74 ISSN 0572-2691 Из этой же схемы находим выражения, необходимые для вычисления матрицы :KTC ,T SKSTKT CCC  .T ISITST CCC  Тогда равенство (3) с учетом формулы (1) можно записать в виде .,))((, 3 KiMSTTiM EC eθe  (4) При известных векторах r и jVr орт jVe направления из точки О на выбран- ную виртуальную точку jV вычисляется по формуле ./)( rrrre  jjj VVV (5) Векторное произведение в условии (2) с учетом равенств (4) и (5) определя- ется соотношением ,),()(,)( θeeeeee STKiMSTVKiMSTVViM CCC jjj  которое позволяет записать условие компланарности (2) в форме .,)( ,),()(B ,B T T KiMSTVij STKiMSTVij Cq CC q j j eer eer θ    (6) При обработке информации обо всех априори известных и виртуальных ориен- тирах число уравнений типа (6) равно mn. В связи с этим для формирования уравне- ний МНК используется схема, приведенная в [8]. Решая полученную с ее помощью систему алгебраических уравнений относительно вектора θ , уточняем взаимную ориентацию базисов S и K звездного датчика и съемочной камеры, принимая это в качестве результата работы собственно алгоритма калибровки. Будем считать известными статистические характеристики точности информа- ции, используемой для реализации изложенной процедуры оценки матрицы .SKC Ме- тодом статистических испытаний выполним расчет SN вариантов оценки координат вектора θ , используя в каждом варианте расчета свою систему виртуальных точек. Усредненное по множеству решений θ значение вектора θ (математическое ожида- ния )θ̂ принимается в качестве решения задачи полетной калибровки оптико- электронной аппаратуры КА ДЗЗ: . 1 }ˆ,ˆ,ˆ{ˆ 1 321    θθ SN SN (7) Чтобы получить сведения о точности и надежности оценки (7), воспользуем- ся системой доверительных интервалов )3,2,1(,  iI i [13] для координат векто- ра .θ̂ Для этого параллельно с расчетом векторов θ будем формировать их по- грешность в виде разности   θθδ }{ ,i с априори известным вектором рассогласования θ базисов S и K. Характеристики случайных координат )3,2,1(,  ii векторов δ — мате- матическое ожидание im , и дисперсия iD , — неизвестны. Однако считаем, что в процессе моделирования для них получены оценки ).3,2,1()~( 1 1~ ,~ 2 ,, 1 ,, 1 1 ,           im N DNm ii N S ii N Si SS Международный научно-технический журнал «Проблемы управления и информатики», 2014, № 5 75 Построим доверительный интервал iI , для математического ожидания ,,im соответствующий доверительной вероятности . Согласно [13] он определяется формулой ).~;~( ,,,,, iiiii tmtmI   (8) В соотношении (8) ./ ~ ,, Sii ND  Величина t определяет для нормального закона распределения число средних квадратических отклонений, которое следу- ет отложить слева и справа от центра рассеивания, чтобы вероятность попадания в полученный интервал была равна . Численное значение t зависит от  и, на- пример, для 999,0 равно 3,29. Выполнив расчеты доверительных интервалов для каждой из координат вектора δ при заданных значениях SN и доверительной вероятности , можно оценить диа- пазоны возможных значений погрешности работы алгоритма полетной калибровки. 3. Географическая привязка элементов кадра. Точность привязки Пусть на снимке земной поверхности в системе координат ,Oxyz связанной с камерой, выбрана точка Р с координатами x, y и .F Необходимо вычислить координаты этой же точки в географической СК, т.е. осуществить ее привязку. Из координат точки Р сформируем единичный вектор .Ke После того как вы- полнена процедура полетной калибровки, орт Pe направления на эту точку из точки съемки О, представленный в системе ,GGG ZYX определяется равенством (рис. 1) .))ˆ((},,{ 3 KSGKKGP ECCnml eθee  (9) Как и в работе [7], в качестве координат точки Р в системе WGS-84 примем ко- ординаты точки пересечения прямой, проходящей через точку съемки O с координа- тами  GGG ZYX ,, параллельно направляющему вектору ,Pe с эллипсоидом вра- щения, принятым в WGS-84. Таким образом, искомые координаты — решение системы уравнений .1 , 2 2 2 2 1 2 2 1 2 *       R Z R Y R X n ZZ m YY l XX GGG GGGGGG (10) Система алгебраических уравнений (10) имеет два решения: .,, ,,, 2 22222 2 11111 qppZZYZX qppZZYZX GGGGG GGGGG   (11) В выражениях (11) введены следующие обозначения: ,,/,,/ ** GGGG ZYnmZXnl  )).(/(,)(,)( 222 2 2 1 2 2 2 1 22  RRRDDRqDp Из двух решений системы (10) выбирается то, которому соответствует точка, ближайшая к точке O ).,,(  GGG ZYX Ее радиус-вектор обозначим }.,,{ GGG ZYXE Для вычисления географических координат PP  , точки Р достаточно оп- ределить значения координат орта EEe /},,{  ZYXG eee вектора Е и вос- пользоваться равенствами 76 ISSN 0572-2691 .sin,coscos,coscos PZPPYPPX eee  Рассмотрим два варианта оценки точности координатной привязки космиче- ского снимка. Вариант 1. На снимке наземного полигона выберем один из известных ориенти- ров и по методике, изложенной выше, вычислим его координаты в топоцентрической СК. Из сравнения найденных координат ориентира с априори известными координа- тами оценим точность его привязки. Выполнив такие расчеты со всеми известными и виртуальными ориентирами при различных реализациях случайных погрешностей бортовой аппаратуры, информация которой необходима для топопривязки, определим статистические характеристики точности координатной привязки снимка. Вариант 2. Видоизменим рис. 2, приведя его к виду, представленному на рис. 3. Введем векторы ijV i eρ )( 1 i)( 1  и . )( 2 i)( 2 iM i eρ  Совместно с вектором jb они характеризуют стереопару, содержа- щую известный ориентир iM на земной поверхности. Чтобы найти оценку iMr̂ век- тора , iMr воспользуемся приемом, изло- женным в [9]. Согласно этому приему век- тор iMr̂ определяется по формулам ,2/)(ˆ )( 2 )( 1 ii VM ji ρρrrr  ., )( , )( T )( 2 T )( 1 iji iji i iji iji iji ii VM VM d VM Vjdi VM Mjdi ee ee e ee ebe ρ ee ebe ρ          Аналогично варианту 1 характеристики точности привязки оцениваются ме- тодом статистических испытаний. 4. Результаты моделирования На первом этапе моделирования процесса географической привязки снимка в соответствии с методикой, описанной в разд. 2, оцениваются параметры взаим- ной ориентации базисов S и K, на втором этапе исследуется точность координатной привязки снимка. Моделирование выполняется по технологии, изложенной в [9]. Система параметрических возмущений, оказывающих влияние на точность полетной калибровки, формируется в виде совокупности нормально распределен- ных центрированных случайных величин и включает: — погрешности звездного датчика 3),2,1,(  ii которые имитируются по- воротами базиса S вокруг осей 1, 2, 3 в его расчетном положении и имеют средние квадратические отклонения ;i — аддитивные погрешности ,,, YX Z возникающие при формировании координат центра масс КА по информации от GPS-приемника. Средние квадрати- ческие отклонения погрешностей считаются одинаковыми и равными ;GPS — аддитивные погрешности фокусного расстояния F съемочной аппарату- ры (среднее квадратическое отклонение — );F — ошибки считывания координат kk yx , k-го ориентира на плоскости изо- бражения камеры из-за их пиксельного представления; они подчиняются равно- мерному закону распределения. Координаты вектора ,θ характеризующие начальную неопределенность взаимной ориентации базисов S и K, принимались центрированными нормально распределенными случайными величинами с одинаковыми среднеквадратически- ми отклонениями .   O ijVe jb r jVr iMr iMe TO jV iM TY TZ TX Рис. 3 Международный научно-технический журнал «Проблемы управления и информатики», 2014, № 5 77 Полетная калибровка. Предполагалось, что движение КА происходит по круговой орбите со следующими параметрами: высота — 680 км, наклонение ор- биты — 98 °, долгота восходящего узла — 142 °. Моделирование выполнялось для случая, когда опорные точки размещались на наземном полигоне размером м2200900  на высоте из диапазона м.10 Виртуальные точки выбирались на плоскости ;TTT YXO размер площадки — м.60006000  Координаты n известных и m виртуальных ориентиров формиро- вались с использованием системы псевдослучайных равномерно распределенных чисел. Географические координаты вершины TO топоцентрической системы ко- ординат — .33,45    Параметры съемочной аппаратуры: фокусное рас- стояние — ,м25,2F среднее квадратическое отклонение — м,0,0075F размер пиксела — мкм.99 Точность стабилизации углового движения КА во время съемки характеризовалась среднеквадратическим отклонением в пределах 0,5 ° по каждой из степеней свободы. При моделировании анализировалось влияние двух наборов погрешностей звезд- ного датчика и GPS-приемника на точность калибровки: I — 20}2,{2,σ угл. с, 15GPS  м; II — 0}1,1{1,σ угл. с, 5GPS  м. Значение вектора σ в наборе I отвечает характеристикам звездного датчика БОКЗ-М [14]. Использовалось оди- наковое число известных (опорных) и виртуальных точек ).7(  nm Вначале генерировались координаты опорных точек на полигоне (или задава- лись — при заранее известных координатах) и значения координат вектора ,θ кото- рые оставались постоянными в процессе калибровки. Затем по алгоритму разд. 2 рас- считывались варианты уточнения параметров взаимной ориентации базисов S и K. Этот этап моделирования заканчивался расчетом оценки θ̂ вектора θ и фор- мированием диапазонов возможных погрешностей процедуры калибровки. Координаты вектора ошибки оценки ,θ̂ полученные в результате моделиро- вания трех вариантов задания начального рассогласования вектора θ (его коор- динаты генерировались при )01   T)3(T)2(T)1( 10,17]10,552,70[,10,55]3,33[25,24,1,64]18,848,93[   θθθ и наборов I и II погрешностей звездного датчика и GPS-приемника, приведены в табл. 1. Данные из таблицы получены при 10000SN и доверительной вероят- ности .999,0 Они свидетельствуют, во-первых, о возможности реализации процесса полетной калибровки по одному снимку подспутникового полигона с топографически привязанными ориентирами и, во-вторых, о высокой точности решения задачи калибровки. По результатам выполненных расчетов при началь- ном рассогласовании базисов S и K в несколько десятков угловых минут его зна- чение уточняется по координатам 1 и 2 с ошибкой порядка 01  (для набора I характеристик камеры и ЗД) и около 7 (для набора II). Таблица 1 № варианта Координаты вектора ошибки оценки ,θ̂ угл. с I II 1 16,003,2  17,063,5  31,269,9  06,001,0  06,010,2  62,134,5  2 16,089,1  17,015,10  31,217,12  06,012,0  07,058,6  28,283,7  3 16,023,1  17,092,4  36,269,6  06,077,0  06,038,1  30,233,2  Координатная привязка снимка. Полученное в результате калибровки уточненное значение θ̂ вектора θ (матрицы )SKC ) позволяет либо воспользо- ваться формулой (9) для вычисления направляющего вектора Pe в варианте 1 то- попривязки снимка, либо откорректировать орт iMe — в варианте 2. 78 ISSN 0572-2691 Для большей наглядности точность топопривязки точки iM будем характери- зовать не разностью между вычисленными значениями широты и долготы и их точ- ными значениями, а вектором iii MMM rrr  ˆ в топоцентрической системе ко- ординат iMr̂( и iMr — оценка радиуса-вектора точки iM и его точное значение). Моделирование с целью определения точности топопривязки при фиксиро- ванном значении вектора θ̂ было организовано следующим образом: каждый ва- риант моделирования включал генерирование расположения систем опорных то- чек и виртуальных ориентиров, формирование описанной выше совокупности случайных параметрических возмущений и оценку координат опорных точек. Чтобы судить об эффективности и точности процедуры топографической привязки, приведем статистические характеристики (математические ожидания Rm и средние квадратические отклонения )Rσ ошибок топопривязки. Для случая, когда остаточная неопределенность во взаимной ориентации ба- зисов S и K не уточнялась в процессе полета КА, в табл. 2 представлены резуль- таты расчетов, выполненных для тех же значений вектора начального рассогласо- вания ,θ что и в табл. 1. Радиус-вектор точки iM оценивался по методике вари- анта 2 топопривязки. Таблица 2 № варианта Координаты вектора mR математическо- го ожидания ошибки топопривязки, м Координаты вектора R средней квадра- тической ошибки топопривязки, м 1 – 691,3 – 3005,0 6,2 293,1 260,9 10,6 2 3562,5 1288,9 9,6 322,7 354,6 10,4 3 – 621,8 938,8 0,8 104,6 99,8 3,4 Данные из табл. 2, полученные без использования процедуры полетной калиб- ровки съемочной аппаратуры КА, свидетельствуют об очень грубой топографиче- ской привязке снимка (по отдельным координатам погрешность превышает 4 км). При моделировании процесса топопривязки с учетом данных полетной калиб- ровки получены следующие результаты. Математические ожидания Rm и сред- ние квадратические отклонения Rσ ошибок топопривязки для трех вариантов за- дания значений вектора начального рассогласования θ одинаковые и имеют такие численные значения (в метрах): ,]07,144,3[ TRm T]1,04,179,16[Rσ — для набора характеристик I; ,]09,43,0[ TRm T]04,62,6[Rσ — для набора ха- рактеристик II. Эффективность топопривязки с использованием данных, полученных в ре- зультате решения задачи полетной калибровки по информации из единственного снимка подспутникового полигона, очевидна. Следует отметить почти троекрат- ное повышение точности топопривязки при использовании звездного датчика и GPS-приемника с улучшенными характеристиками (набор II). Заключение В работе исследуется задача топографической привязки элементов объекта съемки, в которую включена процедура полетной калибровки съемочной аппара- туры КА ДЗЗ. Обоснована возможность реализации процесса калибровки по ин- формации из единственного снимка наземного полигона с топографически привя- занными ориентирами, полученного с орбиты. Ключевой момент процедуры ка- либровки — использование системы так называемых виртуальных ориентиров. Математическое моделирование алгоритмов полетной калибровки и топо- привязки, выполненное на основе метода статистических испытаний, свидетель- ствует об эффективности предлагаемых алгоритмических решений. Международный научно-технический журнал «Проблемы управления и информатики», 2014, № 5 79 Д.В. Лебедєв ПРО ГЕОГРАФІЧНУ ПРИВ’ЯЗКУ КОСМІЧНИХ ЗНІМКІВ Досліджено задачу географічної прив’язки космічних знімків, що включає про- цедуру польотного калібрування знімальної апаратури космічного апарата дис- танційного зондування Землі. Обґрунтовано можливість реалізації польотного калібрування за інформацією від єдиного знімка наземного полігону з відоми- ми точковими орієнтирами. Наведено результати комп’ютерного моделювання, що підтверджують ефективність запропонованих алгоритмічних розв’язків. D.V. Lebedev ON GEOGRAPHICAL COORDINATE DETERMINATION OF SPACE IMAGES The problem of geographical coordinate determination of space images, including the in-flight calibration procedure of opto-electronic equipment of remote sensing SC has been investigated. The possibility of implementing calibration information from a single image with known ground polygon point landmarks has been substantiated. The results of computer simulation confirm the effectiveness of the proposed algo- rithmic solutions. 1. Классификация снимков по пространственному разрешению. — http://mapexpert.com.ua. 2. Самойлов С.Ю. Способы уменьшения погрешности географической привязки снимков с космических аппаратов дистанционного зондирования Земли // Вестник ФГУП НПО им. С.А. Лавочкина. — 2012. — № 2. — С. 19–22. 3. Лебедев Д.В., Ткаченко А.И. Калибровка информационно-измерительного комплекса кос- мического аппарата, предназначенного для съемки земной поверхности // Проблемы управления и автоматики. — 2004. — № 1. — С. 101–120. 4. In-flight geometric calibration — an experience with Cartsat-1 and Cartsat-2 / T.P. Srinivasan, B. Islam, S.K. Singh, Crishna B. Copala, P.K. Srivastava //Archives of the Photogrammetry and Remote Sensing and Spatial Information Sciences. XXXVII. Part B1. Beijing, 2008. — P. 83–88. 5. Сомов Е.И., Бутырин С.А., Скирмунт В.К. Полетная геометрическая калибровка космиче- ского телескопа и системы звездных датчиков // Сб. материалов юбилейной XV Санкт- Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным систе- мам. СПб: ЦНИИ «Электроприбор», 2008. 6. Сомов Е.И., Бутырин С.А. Технология обработки сопровождающей измерительной инфор- мации для высокоточной координатной привязки космических снимков // Известия Самар- ского научного центра РАН. — 2009. — 11, № 5. — С. 156–163. 7. Пятак И.А. Задачи координатной привязки снимков, выполненных КА // Вісник Дніпропет- ровського університету. Сер. «Ракетно-космічна техніка». — 2011. — Вип. 14. — С. 116–122. 8. Лебедев Д.В., Ткаченко А.И. Параметрическая юстировка комплекса «камера и звездный датчик», установленного на низкоорбитальном космическом аппарате // Известия РАН. Теория и системы управления. — 2012. — № 2. — С. 153–165. 9. Лебедев Д.В. Полетная геометрическая калибровка оптико-электронной аппаратуры кос- мического аппарата наблюдения Земли по неизвестным ориентирам // Международный на- учно-технический журнал «Проблемы управления и информатики». — 2013. — № 5. — С. 114–125. 10. Ткаченко А.И. О полетной юстировке оптико-электронного комплекса космического аппа- рата // Известия РАН. Теория и системы управления. — 2013. — № 6. — С. 122–130. 11. WGS84. — http://ru.wikipedia.org/wiki/WGS-84. 12. Бранец В.Н., Шмыглевский И.П. Введение в теорию бесплатформенных инерциальных на- вигационных систем. — М. : Наука, 1992. — 280 с. 13. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. — М. : Наука, 1964. — 576 с. 14. Основные характеристики звездных координаторов БОКЗ. — http://www.iki.rssi.ru/ofo/ bokz_spec.html. Получено 30.05.2014 http://mapexpert.com.ua/ http://ru.wikipedia.org/wiki/WGS-84

О географической привязке космических снимков

Institution

Ähnliche Einträge