RU2597024C1 - Способ оперативного определения угловых элементов внешнего ориентирования космического сканерного снимка - Google Patents
Способ оперативного определения угловых элементов внешнего ориентирования космического сканерного снимка Download PDFInfo
- 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
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 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:
где - 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
(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
где - матрица частных производных от плоских координат опорных точек на снимке по приближенным значениям угловых ЭВО; - приближенные значения плоских координат опорных точек на снимке, вычисленные по формулам (1) при приближенных значениях Δα,Δβ,Δγ - поправки к приближенным значениям угловых ЭВО; - 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 бортовых измерений на интервале съемки (t0, tj) получают приближенные бортовые измерения дискретных значений углов тангажа, крена и рыскания КА и его составляющих абсолютной угловой скорости производится выполнение следующих операций:
1. Расчет по формулам, приведенным в [5, с. 110-114], приближенных дискретных значений элементов 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 и составляющих угловой скорости с вычислением значений коэффициентов полиномов
описывающих степенными рядами второй степени зависимости от времени
которые позволяют вычислить приближенные значения элементов матрицы направляющих косинусов и составляющих угловой скорости движения КА для любого момента времени на интервале съемки.
3. Выполнение операций по итерационному вычислению поправок к приближенным значениям коэффициентов полиномов
где:
- вектор-столбец поправок к приближенным значениям коэффициентов полиномов в итерации; - 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 и поперечной составляющих СДИ в центре фотоприемной структуры (при x=y=0) и их значениями полученными для каждой точки tj бортовых измерений в ν-й итерации при приближенно известных коэффициентах полиномов по формулам [5, с. 124-125]:
где:
- известные по условиям задачи с заданной точностью значения координат и составляющих скорости движения КА в гринвичской системе координат в моменты времени tj бортовых измерений; - длина главной оптической оси (линии визирования от центра проекции S до поверхности общего земного эллипсоида),
где:
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
где - 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:
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, м/с. Тогда при ошибках определения наклонной дальности линии визирования, составляющих м, точность поддержания номинального значения продольной составляющей м/с на всем интервале съемки должна быть не менее 6·10-7 м/с, а, например, при 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)
- 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.
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)
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)
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 |
-
2015
- 2015-05-05 RU RU2015116993/28A patent/RU2597024C1/ru active
Patent Citations (3)
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)
Title |
---|
ЗОТОВ Р. В. "АЭРОГЕОДЕЗИЯ": УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ: В 2 КНИГАХ. КНИГА 1 / Р. В. ЗОТОВ. - ОМСК: СИБАДИ, 2012. - 216 С., ИЛ. * |
Cited By (4)
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 |