Разработка комплекса алгоритмов обработки изображений для оценки координат космического летательного аппарата в структуре автономной навигационной системы

• Автор: Ян Хе Кван
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 116 с. : ил

Оглавление
Введение

Глава 1. Автономная навигационная система КА

1.1. Структура системы

1.2. Этапы решения навигационной задачи АНС

1.3. Требования к комплексу алгоритмов обработки изображений

1.4. Комплекс алгоритмов оценки координат КА на основе обработки изображений

Глава 2. Оценка относительных координат эталонного и текущего изображений

2.1. Корреляционные системы обработки изображений

2.2. Повышение экономичности вычислений в корреляционных алгоритмах

2.3. Алгоритм оценки относительных смещений изображений на основе дискриминационных характеристик
2.4. Использование контуров с переменной толщиной линий Глава 3. Предварительная обработка изображений
3.1. Геометрические преобразования изображений
3.2. Алгоритмы предварительной обработки изображений
3.3. Сегментация изображений
3.4. Формирование рабочих эталонных изображений
3.5 Получение контуров с переменной толщиной линий
Глава 4. Исследование АНС и комплекса алгоритмов обработки изображений
4.1. Описание исследовательского комплекса
4.2. Математические модели движения КА и измерений
4.3. Результаты исследования работы АНС Заключение
Литература


Использование контуров с переменной толщиной линий Глава 3. Глава 4. Автономная навигационная система космического аппарата (АНС КА) обеспечивает определение координат КА с заданной точностью в течение продолжительного времени без получения данных от наземного комплекса управления (НКУ). В настоящее время вступает в эксплуатацию все большее количество низкоорбитальных спутниковых систем, например, Те1ебеэ1с - около 0 спутников, обеспечивающих решение целевых задач навигации, коммуникации, мониторинга окружающей среды и др. При этом существенно возрастает нагрузка на НКУ, имеющего ограниченные ресурсы. Использование автономной навигации позволит уменьшить нагрузку на НКУ и расширить возможности дальнейшего развития спутниковых систем. Кроме того, существующие методы и средства определения параметров орбиты и угловых элементов ориентации спутника не обеспечивают точность, необходимую для решения многих практических задач. Так, например, для природно-ресурсных спутников типа «Ресурс 0», имеющих орбиту с наименьшей высотой 0 км и наклонением °, средства измерения параметров орбиты и углов ориентации обеспечивают географическую привязку космических изображений с точностью всего лишь порядка 1. При этом такая точность достигается после выполнения геометрической коррекции изображений и их преобразования в картографические проекции. Применение АНС КА позволит существенно повысить точность оценки координат КА. Рассматриваемая система может быть также использована в качестве резервного оборудования, повышающего надежность функционирования навигационных систем КА. Земли. КА относительно наземных^й*ентиров. I ' : . Целесообразность применения АНС . КА, основанной на ' приеме и обработке изображений поверхности , Земли, связана с возможностью использования для этих целей • уже- имеющейся приемной аппаратуры, размещаемой на борту КА для решения целевых задач, что определяет низкую стоимость АНС по сравнению с другими системами навигации. КА. В известных работах, связанных с разработкой АНС КА, данной проблеме уделяется недостаточно внимания, поэтому разработка соответствующих алгоритмов оценки координат КА на основе обработки принимаемых на борту изображений является актуальной задачей. БЦВМ при обработке изображений. Целью работы является разработка комплекса алгоритмов обработки изображений для подсистемы наблюдения, входящей в состав АНС КА, и соответствующего программно-математического обеспечения (ПМО). В представленной диссертации рассмотрены вопросы, связанные с построением комплекса алгоритмов обработки изображений, принимаемых на борту КА, и отдельных частных алгоритмов, обеспечивающих требуемую точность оценки координат и повышенную вычислительную экономичность по сравнению с известными аналогами. В первой главе диссертации «Комплекс алгоритмов АНС» представлены варианты структур автономной навигационной системы космического аппарата (АНС КА). АНС. Для оценки координат КА относительно поверхности Земли принято решение использовать корреляционные методы обработки изображений, позволяющие определить положение ТИ относительно эталонного изображения (ЭИ), хранящегося в памяти БЦВМ. На основании анализа условий работы определены частные алгоритмы и разработана структура комплекса алгоритмов обработки изображений, реализующих основные процессы обработки изображений. Определен критерий эффективности для оценки и сравнения альтернативных вариантов комплексов алгоритмов - минимизация времени вычислений при ограниченной ошибке оценки смещений ТИ и ЭИ. Во второй главе «Оценка относительных координат текущего и эталонного изображений» рассматриваются проблемы формирования корреляционных алгоритмов свертки изображений для оценки положения текущего изображения (ТИ) относительно эталонного (ЭИ). Проведен анализ основных корреляционных критериальных функций. Для повышения экономичности вычислений при начальных смещениях ТИ относительно ЭИ, больших чем радиусы корреляции изображений предлагается использовать подход, состоящий в последовательном использовании поисковых и беспоисковых алгоритмов.