[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2597024C1 - Способ оперативного определения угловых элементов внешнего ориентирования космического сканерного снимка - Google Patents

Способ оперативного определения угловых элементов внешнего ориентирования космического сканерного снимка Download PDF

Info

Publication number
RU2597024C1
RU2597024C1 RU2015116993/28A RU2015116993A RU2597024C1 RU 2597024 C1 RU2597024 C1 RU 2597024C1 RU 2015116993/28 A RU2015116993/28 A RU 2015116993/28A RU 2015116993 A RU2015116993 A RU 2015116993A RU 2597024 C1 RU2597024 C1 RU 2597024C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
values
orientation
spacecraft
angular
image
Prior art date
Application number
RU2015116993/28A
Other languages
English (en)
Inventor
Владимир Германович Андронов
Сергей Геннадьевич Емельянов
Original Assignee
Владимир Германович Андронов
Сергей Геннадьевич Емельянов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владимир Германович Андронов, Сергей Геннадьевич Емельянов filed Critical Владимир Германович Андронов
Priority to RU2015116993/28A priority Critical patent/RU2597024C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2597024C1 publication Critical patent/RU2597024C1/ru

Links

Landscapes

  • Navigation (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области фотограмметрии и может быть использовано в задачах фотограмметрической обработки космических сканерных снимков для оперативного определения их угловых элементов внешнего ориентирования. Технический результат - повышение точности приближенно известных параметров ориентации космического аппарата - угловых элементов внешнего ориентирования космического сканерного снимка за счет калибровки их значений по опорной информации и оперативное уточнение угловых элементов внешнего ориентирования в автоматическом режиме.

Description

Изобретение относится к области фотограмметрии и может быть использовано в задачах фотограмметрической обработки космических сканерных снимков для оперативного определения их угловых элементов внешнего ориентирования (ЭВО).
Известен ряд способов определения угловых ЭВО космических снимков. Широко используется способ [1, с. 389-393], основанный на использовании ряда опорных точек местности
Figure 00000001
изобразившихся на космическом снимке земной поверхности, и функциональной связи их плоских координат xi,yi на снимке и пространственных координат Xi,Yi,Zi на земной поверхности:
Figure 00000002
где
Figure 00000003
- элементы ортогональной матрицы направляющих косинусов, определяющей переход от системы координат космического снимка к заданной пространственной системе координат земной поверхности.
Поскольку элементы amn в уравнениях (1) описываются известными функциями от угловых ЭВО снимка α,β,γ
Figure 00000004
(2)
сущность способа при известных с заданной точностью пространственных координатах центра фотографирования XS,YS, ZS (линейных ЭВО) и элементах внутреннего ориентирования снимка x0,y0,f заключается в линеаризации уравнений (1), составлении и итерационном решении по методу наименьших квадратов переопределенной системы уравнений
Figure 00000005
где
Figure 00000006
- матрица частных производных от плоских координат опорных точек на снимке по приближенным значениям
Figure 00000007
угловых ЭВО;
Figure 00000008
- приближенные значения плоских координат опорных точек на снимке, вычисленные по формулам (1) при приближенных значениях
Figure 00000009
Δα,Δβ,Δγ - поправки к приближенным значениям
Figure 00000010
угловых ЭВО;
Figure 00000011
- поправки к измеренным значениям плоских координат опорных точек на снимке.
Основными недостатками способа определения угловых ЭВО по опорным точкам местности является необходимость их наличия в полосе захвата съемочной аппаратуры, а также трудоемкость дешифрирования их изображений на снимке земной поверхности, что приводит к снижению оперативности фотограмметрических работ.
Известен способ, не требующий наличия опорных точек местности в полосе захвата съемочной аппаратуры, который основан на размещении на борту космического аппарата (КА) дополнительной звездной камеры [2, с. 89-109], с помощью которой синхронно со снимком земной поверхности получают снимок звездного неба, на котором производится опознавание и измерение плоских координат звезд, инерциальные (абсолютные) координаты которых известны. Исходными данными являются опознанные и измеренные на снимке звездного неба плоские координаты ряда звезд, их инерциальные координаты, содержащиеся в звездных каталогах, фокусное расстояние съемочной аппаратуры, инерциальные координаты центра фотографирования (линейные ЭВО), значения элементов оператора перехода от системы координат снимка земной поверхности к системе координат снимка звездного неба, определяемые путем наземной калибровки съемочной аппаратуры при установке камер на борту КА. В результате фотограмметрической обработки этих по методу наименьших квадратов данных определяются угловые ЭВО космического снимка земной поверхности.
Для этого способа характерны следующие недостатки: необходимость использования звездной камеры, дешифрирования и измерения плоских координат звезд на снимке звездного неба, что повышает трудоемкость и снижает оперативность фотограмметрических работ, а также рассогласование параметров взаимной ориентации камер земной поверхности и звездного неба в процессе запуска и полета КА вследствие перегрузок и больших перепадов температур, что приводит к снижению точности определения угловых ЭВО.
Другой способ определения угловых ЭВО космических снимков по снимку звездного неба [3] лишен последнего недостатка, поскольку он основан на калибровке (уточнении) приближенно известных измерений параметров ориентации КА (угловых ЭВО снимка земной поверхности) по измеренным с высокой точностью направлениям на несколько звезд по снимку звездного неба. Исходными данными являются опознанные и измеренные на снимке звездного неба плоские координаты звезд, их инерциальные координаты, содержащиеся в звездных каталогах, фокусное расстояние съемочной аппаратуры, инерциальные координаты центра фотографирования (линейные ЭВО), приближенно известные значения углов тангажа, крена и рыскания КА, являющиеся параметрами ориентации КА и угловыми ЭВО снимка земной поверхности, измеренные на интервале съемки бесплатформенной системой ориентации КА, значения этих параметров ориентации в калибровочных разворотах КА перед началом и после съемки вокруг осей крена, тангажа и рыскания КА с синхронным визированием известных астроориентиров. При этом суть калибровки состоит в том, что по измерительной информации, полученной в ходе калибровочных разворотов КА путем астровизирования и с помощью бесплатформенной системы ориентации, оценивают и компенсируют величины погрешностей приближенно известных угловых ЭВО. Недостатками способа является необходимость использования дополнительной аппаратуры для съемки звездного неба, опознавания и измерения координат звезд на снимке звездного неба, что приводит к снижению оперативности фотограмметрических работ, а также проведение достаточно продолжительных по времени калибровочных вращений КА, которые могут создавать значительные неудобства целевого использования КА.
Наиболее близким техническим решением является способ определения угловых ЭВО космического снимка, заключающийся в измерении на интервале съемки сигналов углов ориентации и сигналов угловой скорости КА [4, с. 149-156].
Недостаток прототипа заключается в невысокой точности определения параметров ориентации КА - угловых ЭВО, поскольку в процессе сканерной съемки неизбежно накапливаются ошибки от погрешностей гироинерциальных датчиков угловых скоростей.
Задачей изобретения является повышение точности приближенно известных параметров ориентации КА - угловых ЭВО космического снимка за счет калибровки их значений по опорной информации, не требующей визуализации космического сканерного снимка и отождествления изображения со всевозможными эталонами (характерными точками местности, абрисами местности, электронными и бумажными картами и т.д.), что обеспечивает возможность оперативного уточнения угловых ЭВО в автоматическом режиме.
Поставленная задача достигается тем, что после измерений и регистрации на интервале съемки в соответствие с описанным в прототипе способом приближенных дискретных значений углов ориентации и составляющих абсолютной угловой скорости КА производится вычисление приближенных значений элементов матрицы направляющих косинусов, описывающих в эти моменты времени ориентацию системы координат космического сканерного снимка в геоцентрической гринвичской системе, аппроксимация этих элементов и составляющих угловой скорости движения КА степенными рядами от времени на всем интервале съемки, вычисление поправок к приближенным значениям этих коэффициентов полиномов за счет минимизации по методу наименьших квадратов невязок между априорно известными нормированными значениями продольной и поперечной составляющих скорости движения изображения (СДИ) в центре фотоприемной структуры, которые с заданной точностью поддерживаются съемочной аппаратурой неизменными на интервале съемки, и их значениями, вычисляемыми при приближенно известных коэффициентах полиномов.
Сущность изобретения заключается в том, что дополнительно к операциям, выполняемым в соответствие со способом-прототипом, в результате которых в точках
Figure 00000012
бортовых измерений на интервале съемки (t0, tj) получают приближенные бортовые измерения дискретных значений
Figure 00000013
углов тангажа, крена и рыскания КА и его составляющих абсолютной угловой скорости
Figure 00000014
производится выполнение следующих операций:
1. Расчет по формулам, приведенным в [5, с. 110-114], приближенных дискретных значений элементов
Figure 00000015
матрицы направляющих косинусов, описывающих в моменты времени tj ориентацию системы координат космического сканерного снимка в геоцентрической гринвичской системе координат.
2.Аппроксимация по методу наименьших квадратов дискретных значений элементов
Figure 00000016
и составляющих угловой скорости
Figure 00000017
с вычислением значений коэффициентов полиномов
Figure 00000018
описывающих степенными рядами второй степени зависимости от времени
Figure 00000019
Figure 00000020
Figure 00000021
которые позволяют вычислить приближенные значения элементов
Figure 00000022
матрицы направляющих косинусов и составляющих
Figure 00000023
угловой скорости движения КА для любого момента времени
Figure 00000024
на интервале съемки.
3. Выполнение операций по итерационному вычислению поправок
Figure 00000025
к приближенным значениям коэффициентов полиномов
Figure 00000026
Figure 00000027
где:
Figure 00000028
- вектор-столбец поправок к приближенным значениям коэффициентов полиномов в
Figure 00000029
итерации;
Figure 00000030
- вектор-столбец свободных членов уравнений поправок в ν-й итерации, представляющих собой разницы между априорно известными с заданной точностью на интервале съемки нормированными номинальными значениями продольной
Figure 00000031
и поперечной
Figure 00000032
составляющих СДИ в центре фотоприемной структуры (при x=y=0) и их значениями
Figure 00000033
полученными для каждой точки tj бортовых измерений в ν-й итерации при приближенно известных коэффициентах полиномов по формулам [5, с. 124-125]:
Figure 00000034
Figure 00000035
где:
Figure 00000036
Figure 00000037
Figure 00000038
- известные по условиям задачи с заданной точностью значения координат и составляющих скорости движения КА в гринвичской системе координат в моменты времени tj бортовых измерений;
Figure 00000039
- длина главной оптической оси (линии визирования от центра проекции S до поверхности общего земного эллипсоида),
где:
Figure 00000040
Figure 00000041
Figure 00000042
- угловая скорость вращения Земли;
Figure 00000043
- большая и малая полуоси общего земного эллипсоида;
Figure 00000044
- матрица частных производных в ν-й итерации
Figure 00000045
Figure 00000046
Figure 00000047
Figure 00000048
Figure 00000049
Figure 00000050
Figure 00000051
Figure 00000052
Figure 00000053
Figure 00000054
Figure 00000055
- порядковый номер точек бортовых измерений.
Номинальные значения продольной Vx(tj) и поперечной Vy(tj) составляющих СДИ в центре фотоприемной структуры ОЭСС поддерживаются съемочной аппаратурой неизменными и равными своим начальным значениям на всем интервале съемки и поэтому априорно известны во всех точках бортовых измерений, что исключает необходимость их дешифрирования. При этом начальное значение Vx(t0) продольной составляющей СДИ вычисляется на этапе планирования съемки по формуле
Figure 00000056
где
Figure 00000057
- модуль скорости движения КА в момент t0 включения съемочной аппаратуры, начальное значение Vy(t0) поперечной составляющей СДИ равно нулю, а неизменность этих значений на интервале съемки обеспечивается за счет программного углового движения КА.
Для формирования требований к уровню точности поддержания номинального значения продольной составляющей СДИ на интервале съемки достаточно применить к выражению (9) известную формулу для расчета средней квадратической ошибки функции от ряда аргументов, в результате чего получим:
Figure 00000058
Использовав для примера параметры съемки КА с ОЭСС, находящегося на солнечно-синхронной орбите с высотой 475 км, положим, что D=500 км, f=4 м, VH=0,06 м/с,
Figure 00000059
м/с. Тогда при ошибках определения наклонной дальности линии визирования, составляющих
Figure 00000060
м, точность поддержания номинального значения продольной составляющей
Figure 00000061
м/с на всем интервале съемки должна быть не менее 6·10-7 м/с, а, например, при
Figure 00000062
м - не менее 1,2·10-6 м/с.
Из уравнений (7) - (8) следует, что одна точка бортовых измерений позволяет составить два уравнения поправок при общем числе уточняемых параметров (коэффициентов полиномов), равном 33. Отсюда вытекает, что для решения задачи необходимо включить в обработку не менее 17-и точек, равномерно расположенных на интервале съемки.
Источники информации
1. Лобанов А.Н. Фотограмметрия: Учебник для вузов. 2 е изд., перераб. и доп. - М., Недра, 1984, 552 с. (аналог).
2. Урмаев М.С. Космическая фотограмметрия: Учебник для вузов / М.С. Урмаев. - М.: Недра, 1989. - 279 с. (аналог).
3. Патент РФ №2092402 от 10.10.1997 г. (аналог).
4. Васильев В.Н. Системы ориентации космических аппаратов / В.Н. Васильев. - М.: ФГУП «НГШ ВНИИЭМ», 2009 (прототип).
5. Андронов В.Г. Теоретические основы геоорбитального моделирования космических сканерных изображений высокого разрешения: монография / В.Г. Андронов; Юго-Зап. гос. ун-т, Курск, 2012, 260 с.

Claims (1)

  1. Способ оперативного определения угловых элементов внешнего ориентирования космического сканерного снимка, получаемого оптико-электронными сканирующими системами на матрицах приборов с зарядовой связью, заключающийся в измерении на интервале съемки значений углов тангажа, крена и рыскания и составляющих угловой скорости космического аппарата гироинерциальными датчиками, отличающийся тем, что дополнительно к этим операциям производится калибровка полученных текущих измерений, приведенных к единому для всех точек маршрута съемки виду, по опорной информации, содержащейся в параметрах формирования строк сканерного снимка, а именно: вычисление приближенных значений элементов матрицы направляющих косинусов, описывающих в моменты измерений ориентацию системы координат космического сканерного снимка в геоцентрической гринвичской системе, аппроксимация этих элементов и составляющих угловой скорости движения космического аппарата степенными рядами от времени и расчет приближенных значений коэффициентов полиномов, вычисление поправок к приближенным значениям этих коэффициентов полиномов за счет минимизации по методу наименьших квадратов невязок между априорно известными нормированными значениями продольной и поперечной составляющих скорости движения изображения в центре фотоприемной структуры, которые с заданной точностью поддерживаются съемочной аппаратурой неизменными на всем интервале съемки и равными своим начальным значениям, и их значениями, вычисляемыми при приближенно известных коэффициентах полиномов, что обеспечивает повышение точности определения измеренных значений угловых элементов внешнего ориентирования без снижения оперативности за счет выполнения дополнительных операций в автоматическом режиме.
RU2015116993/28A 2015-05-05 2015-05-05 Способ оперативного определения угловых элементов внешнего ориентирования космического сканерного снимка RU2597024C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015116993/28A RU2597024C1 (ru) 2015-05-05 2015-05-05 Способ оперативного определения угловых элементов внешнего ориентирования космического сканерного снимка

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015116993/28A RU2597024C1 (ru) 2015-05-05 2015-05-05 Способ оперативного определения угловых элементов внешнего ориентирования космического сканерного снимка

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2597024C1 true RU2597024C1 (ru) 2016-09-10

Family

ID=56892708

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015116993/28A RU2597024C1 (ru) 2015-05-05 2015-05-05 Способ оперативного определения угловых элементов внешнего ориентирования космического сканерного снимка

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2597024C1 (ru)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU186359U1 (ru) * 2018-10-03 2019-01-16 Иван Владимирович Чернов Устройство для совместного определения линейных и угловых элементов внешнего ориентирования съемочной аппаратуры
RU2683626C1 (ru) * 2018-04-16 2019-03-29 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Способ идентификации опорных точек на космических изображениях местности при их трансформировании
RU188175U1 (ru) * 2019-02-13 2019-04-02 Иван Владимирович Чернов Устройство для совместного определения линейных и угловых элементов внешнего ориентирования съемочной аппаратуры
RU2704540C1 (ru) * 2019-01-25 2019-10-29 Иван Владимирович Чернов Способ определения угловых элементов внешнего ориентирования снимка

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU24003U1 (ru) * 2002-03-28 2002-07-20 Попов Константин Николаевич Система для формирования цифровой модели рельефа и/или ортофотоплана
EA008402B1 (ru) * 2002-09-20 2007-04-27 М7 Визьюал Интелидженс, Лп Размещаемая на транспортном средстве система сбора и обработки данных
RU2562707C2 (ru) * 2009-09-23 2015-09-10 ниармэп острэйлиа пти лтд Системы и способы захвата изображений большой площади по частям, включающие в себя каскадные камеры и/или калибровочные признаки

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU24003U1 (ru) * 2002-03-28 2002-07-20 Попов Константин Николаевич Система для формирования цифровой модели рельефа и/или ортофотоплана
EA008402B1 (ru) * 2002-09-20 2007-04-27 М7 Визьюал Интелидженс, Лп Размещаемая на транспортном средстве система сбора и обработки данных
RU2562707C2 (ru) * 2009-09-23 2015-09-10 ниармэп острэйлиа пти лтд Системы и способы захвата изображений большой площади по частям, включающие в себя каскадные камеры и/или калибровочные признаки

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЗОТОВ Р. В. "АЭРОГЕОДЕЗИЯ": УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ: В 2 КНИГАХ. КНИГА 1 / Р. В. ЗОТОВ. - ОМСК: СИБАДИ, 2012. - 216 С., ИЛ. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2683626C1 (ru) * 2018-04-16 2019-03-29 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Способ идентификации опорных точек на космических изображениях местности при их трансформировании
RU186359U1 (ru) * 2018-10-03 2019-01-16 Иван Владимирович Чернов Устройство для совместного определения линейных и угловых элементов внешнего ориентирования съемочной аппаратуры
RU2704540C1 (ru) * 2019-01-25 2019-10-29 Иван Владимирович Чернов Способ определения угловых элементов внешнего ориентирования снимка
RU188175U1 (ru) * 2019-02-13 2019-04-02 Иван Владимирович Чернов Устройство для совместного определения линейных и угловых элементов внешнего ориентирования съемочной аппаратуры

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20230360260A1 (en) Method and device to determine the camera position and angle
Stöcker et al. Quality assessment of combined IMU/GNSS data for direct georeferencing in the context of UAV-based mapping
KR100762891B1 (ko) Los벡터 조정모델을 이용한 영상의 기하보정 방법 및 그장치
EP3348963B1 (en) Navigation system and survey system
US8300096B2 (en) Apparatus for measurement of vertical obstructions
US9897445B2 (en) Target direction determination method and system
US8649917B1 (en) Apparatus for measurement of vertical obstructions
Mulawa On-orbit geometric calibration of the OrbView-3 high resolution imaging satellite
RU2454631C1 (ru) Способ автономной навигации и ориентации космических аппаратов на основе виртуальных измерений зенитных расстояний звезд
RU2597024C1 (ru) Способ оперативного определения угловых элементов внешнего ориентирования космического сканерного снимка
Poli A rigorous model for spaceborne linear array sensors
US10605603B2 (en) Navigation systems and methods
US20110010026A1 (en) Calibration Method for Aerial Vehicles
CN110646016A (zh) 基于经纬仪与视觉辅助柔性基线分布式pos标校方法和装置
RU2587539C2 (ru) Способ определения координат фотографируемых с космического аппарата земных объектов
EP3454007A1 (en) Systems and methods for determining position of an object relative to a vehicle
US11199607B2 (en) Combined metrology method for computing distance, roll and pitch attitudes and relative orientations between two underwater points of interest
Wierzbicki et al. Determining the elements of exterior orientation in aerial triangulation processing using UAV technology
RU2561231C1 (ru) Способ полетной калибровки мультиспектральной аппаратуры космического базирования
JP2016223934A (ja) 位置補正システム、位置補正方法、および位置補正プログラム
CN106403906A (zh) 一种提高多全景相机合成影像摄像测量精度的方法
Deltsidis et al. Orthorectification of World View 2 stereo pair using a new rigorous orientation model
Avanesov et al. Autonomous strapdown stellar-inertial navigation systems: Design principles, operating modes and operational experience
RU2767449C1 (ru) Способ астрономической коррекции навигационных параметров летательного аппарата
RU2712781C1 (ru) Способ привязки выполненных с орбитального космического аппарата снимков подстилающей поверхности