Звездный датчик и его использование для полетной фотограмметрической калибровки оптико-электронной аппаратуры дистанционного зондирования Земли

• Автор: Клюшников, Максим Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 116 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ.

СПИСОК АББРЕВИАТУР И СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1.
1.1. Особенности организации съемки Земли с использованием сканирующих систем дистанционного зондировании Земли.

1.2 Обзор современных космических систем наблюдении

Зарубежные космические средства для получения информации в интересах тематического и топографического картографирования.
Отечественные космические средства для получения информации в интересах тематического и топографического картографирования.

1.3. Обзор прецизионных звездных датчиков.

1.4. Определение координат наземных объектов с использованием сканирующих систем ДЗЗ
1.5. Метод прямой фотограмметрической засечки в задаче определения координат наземных объектов.
1.6. Системы координат используемые в задаче координатной привязки.
Инерциальнаи система координат.
Рсференцная система координат.
Орбитальная система координат.
Система координат оптикоэлектронного прибора звездного датчика и его фотоприемника.
1.7. Источники погрешностей, снижающих точность координатной привязки.
Погрешность определения положения КА во время съемки.
Погрешность определения ориентации съемочной аппаратуры.
Дисторсня оптической системы оптикоэлектронной аппаратуры.
Аберрация спета за счет движения КА но орбите и собственного вращения Земли.
Рефракция света в земной атмосфере.
Внутренняя рефракция, связанная с разностью показателя преломления сред по разные стороны объектива.
Нестабильность углового положения КА во время съемки.
1.8. Концепция получения координатнопривязанной информации.
ГЛАВА 2.
2.1. Принцип построения трскингового звездного датчика.
2.2. Точностной расчет звездного датчика.
2.3. Энергетический расчет звездного датчика.
2.4. Алгоритмы работы трекингового звездного датчика.
Обшая схема алгоритма.
Системы координат.
Алгоритм выделения звезд и определения их координат.
Бортовой звездный каталог.
Алгоритм распознавания звезд.
Алгоритм определения ориентации звездного датчика с использованием псевдообратной матрицы.
Верификация и предварительное определение ориентации.
Распознавание всех звезд наложением.
Заключительные операции но определению ориентации.
Алгоритмы, используемые в трекинговом режиме работы.
2.5. Результаты математического моделирования звездного датчика.
Режим распознавания звезд.
Режим, использующий априорные данные об ориентации.
Трекинговый режим.
ГЛАВА 3.
3.1. Фотограммегрическая калибровка сканирующей оптикоэлектронной аппаратуры высокого разрешения общие замечания
3.2 Формализованная формулировка задачи нахождения обобщенной дисторсии
3.3 Возможные подходы к нахождению обобщенной дисторсии
3.4 Алгоритм построения аппроксимирующего полинома
3.5 Математическая модель процесса полетной фотограмметрической калибровки
3.6 Математическая модель обобщенной дисторсии оптикоэлектронной аппаратуры
3.7 Энергетический расчет режима полетной фотограмметрической калибровки по звездному небу
3.8 Результаты математического моделирования и оценка достижимой точности полетной фотограмметрической калибровки
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


Основными факторами, влияющими на конечную точность, являются фотограмметрические погрешности съемочной аппаратуры, погрешность определения ориентации космического аппарата, погрешность определения положения космического аппарата в пространстве, погрешность работы системы угловой стабилизации аппарата, взаимные смещения датчиков ориентации и съемочной аппаратуры и т. Перечисленные факторы относятся к различным звеньям процесса координатной привязки космических снимков. В реальных системах наблюдения этим звеньям соответствуют как конкретные измерительные приборы и устройства, так и их взаимосвязи. Как правило, основными элементами космических систем наблюдения, ориентированных на получение координатнопривязанной информации являются собственно оптикоэлектронные камеры, звездные датчики, навигационная подсистема КА. Погрешность датчиков ориентации аппарата и фотограмметрические погрешности съемочной аппаратуры камер вносят наибольший вклад и ограничивают достижимую точность координатной привязки получаемых изображений. КА и съемочной аппаратуры. Проведенный анализ показывает, что для достижения высокой точности координатной привязки необходимо использование в системе звездного датчика с точностью 1 2 угловых секунды и частотой обновления информации не ниже Гц. Используемая оптикоэлектронная аппаратура должна быть фотограмметрически откалибрована и стабильна во всех условиях эксплуатации. Как правило, несмотря на принимаемые меры и проводимые предполетные калибровки в процессе эксплуатации возможны изменения фотограмметрических параметров оптикоэлектронных камер и их положения относительно звездных датчиков. Для периодического контроля и уточнения фотограмметрических параметров камер и системы в целом целесообразно использование полетной калибровки оптикоэлектронной аппаратуры по звездному небу. Важно, что эта процедура может проводиться в процессе эксплуатации с учетом реальных эксплуатационных факторов невесомость, тепловые воздействия, старение материалов и механические воздействия вибрации, ускорения со стороны КА. Кроме того, потенциально достижимая точность такой калибровки может быть значительно выше, чем наземной, так как опорными элементами будут являться звезды, координаты которых известны с точностью сотых долей угловой секунды. Абсолютное большинство современных оптикоэлектронных систем космического наблюдения используют режим заметания изображения. Это особенно характерно для аппаратуры высокого разрешения, в которой используются ПЗС матрицы, работающие в режиме временной задержки накопления ВЗН. Наряду с несомненными преимуществами, такие системы имеют принципиальные недостатки, связанные с тем, что изза нестабильности угловой скорости КА масштаб изображения вдоль направления полета не только оказывается переменным, но и подвержен случайным флуктуациям. ПЗС фотоприемников. Погрешности установки отдельных фотоприемников приводят к тому, что искажения на космических снимках могут носить разрывный характер и труднее поддаваться геометрической коррекции. Традиционные способы уменьшения вышеизложенных недостатков состоят в наземной калибровке съемочной аппаратуры и прецизионной предполетной установка съемочной аппарату ры и датчиков ориентации КЛ. В качестве дополнительного способа повышения точности координатной привязки, применяется установка съемочной аппаратуры и датчиков ориентации на одной общей посадочной поверхности для уменьшения их взаимных смещений. В работе 7 рассмотрено влияние различных факторов на точность координатной привязки. Особенно детально проработаны вопросы, касающиеся навигационного обеспечения с использованием спутниковых радионавигационных систем, однако вопросы, связанные со звездными датчиками рассмотрены недостаточно подробно. В обзорной работе 8 проводится анализ общих вопросов координатной привязки. В статье приведены достаточно подробные алгоритмы работы звездного датчика, которые значительно отличаются от описываемых в настоящей работе. В данной работе проводится анализ источников погрешностей, влияющих на точность координатной привязки, рассматриваются вопросы, связанные с построением звездного датчика, удовлетворяющего требованиям по точности и частоте обновления информации и разрабатывается методика проведения полетной фотограмметрической калибровки оптикоэлектронной аппаратуры ДЗЗ по звездному небу совместно со звездными датчиками. Земли.