Синтез и анализ алгоритмов обработки изображений групповых точечных объектов для систем ориентации летательных аппаратов

• Автор: Чесноков, Сергей Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Йошкар-Ола
• Количество страниц: 152 с. : ил

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
1. Ассоциированный сплошной образ;
2. Базовая система координат;
3. Вектор-контур (ВК);
4. Групповой точечный объект (ГрТО);
5. Достоверность идентификации точечных ориентиров;
6. Идентификация ориентиров по форме;
7. Квазиоптимальный алгоритм идентификации ориентиров;
8. Контур;
9. Контурный согласованный фильтр;
10. Краевые эффекты;
11. Кумулятивное векторное поле;
12. Кумулятивное потенциальное поле;
13. Летательный аппарат (ЛА);
14. Мера схожести контуров;
15. Методика кодирования формы ГрТО;
16. Методы астроориентации;
17. Оптимальный алгоритм идентификации ориентиров;
18. Оптимизация параметров алгоритмов идентификации ГрТО;
19. Ориентация ЛА;
20. Плотность точечных отметок на небесной сфере;
21. Полевой подход к описанию формы ГрТО;
22. Производительность алгоритмов идентификации ГрТО;
23. Пространственный согласованный фильтр;
24. Системы ориентации летательных аппаратов;
25. Случайное поле точечных отметок;
26. Точечная отметка;
27. Точечный объект (ТО);
28. Цилиндрическое сечение кумулятивного поля;
29. Яркостный (потенциальный) рельеф точечной сцены.

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ
PF - алгоритм на основе действительного кодирования отсчетов цилиндрических сечений кумулятивного потенциального поля;
VF - алгоритм на основе цилиндрических сечений кумулятивного векторного поля;
АД - астродатчик;
АСО - ассоциированный сплошной образ;
БВУ - бортовое вычислительное устройство;
БД - база данных,
БОС - бортовая оптическая система;
ВКФ - взаимная корреляционная функция;
ГрТО - групповой точечный объект;
ИСЗ - искусственный спутник Земли;
ИХ - импульсная характеристика;
КА - космический аппарат;
JIA - летательный аппарат;
МД - минимальное дерево;
НАЛ - навигационная аппаратура потребителя;
НКА - навигационный космический аппарат;
НКУ - наземный комплекс управления;
НСП - нормированное скалярное произведение;
НЧ - низкая частота;
ОГ - орбитальная группировка;
ГІЗС - фотоэлектронный прибор с зарядовой связью;
СВ - квазиоптимальный алгоритм идентификации ГрТО;
СК - система координат;
СКГ - географическая система координат;
СКД - система координат датчика;
СКЗ - система координат Земли;
СКЛА - система координат летательного аппарата;
СКО - среднеквадратическое отклонение;
СКЭ - экваториальная система координат;
СРНС - спутниковая радионавигационная система;
ТО - точечный объект;
ЭВ - элементарный вектор;
ЭИ - эфемероидная информация.

СПИСОК МАТЕМАТИЧЕСКИХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
А - азимут светила;
/г5 - высота светила;
Z - зенитное расстояние,
5 - склонение светила,
Р - полярное расстояние;
I - часовой угол светила; а - прямое восхождение светила;
К , (ф), ИДф), ИДф) - матрицы вращения относительно осей х, у и с, соответственно;
Т - точка весеннего равноденствия;
є, - угол между плоскостями эклиптики и экватора;
/3 - эклиптическая долгота;
Ьз - эклиптическая широта; г - расстояние;
{е, ,е2 ,е3} - тройка единичных базисных векторов;
{еДе2 ,е3э} - базовая экваториальная система координат (СКЭ);
- координатный базис летательного аппарата (СКЛА);
{е;? ,<,е3Д - координатный базис датчика (СКД);
П - матрица перехода от СКЭ к СКД;
А - матрица координат базисных векторов СКД в СКЛА;
С - матрица координат базисных векторов СКЛ в СКЭ;
{е(,е3,е3} — вращающаяся относительно СКЭ с угловой скоростью ш3 географическая система координат Земли (СКЗ);
{еГ,е[,е[} - вращающаяся вместе с СКЗ горизонтальная система координат СКГ;
В - матрица перехода от СКГ к СКД; уЛА - географическая широта;
ХЛА - географическая долгота;
X ■ V размерность изображения;
Уд, - яркость точечных отметок;
~ динамический диапазон астродатчика по яркости; с;(х, у) -- случайное яркостное иоле (фон);
М[»] - математическое ожидание случайной величины;
Д •] - дисперсия случайной величины;

Основное преимущество метода - возможность вести направленный поиск максимума, что значительно сокращает время вычислений [14, 20].
В описании математической модели квазикорреляционного алгоритма вводится некоторая функция [14]
Р(х.у) = ^/)(Х,у), (1.15)

которая сопоставляется с координатами звезды на изображении от БОС (у - номер ТО, N - число ТО в кадре, х и у - координаты ТО). Функция (1.15) представляет собой функцию аналогичную гауссиану [14, 20]:
(1.16)
где а, - декремент затухания функции. Значение декремента затухания af определяет
скорость затухания квазикорреляционной функции, а также величину и положение ее максимума. Однако в работе [13], где дано описание этого метода идентификации не представлена область определений параметра af функции /; (X, ]>)
Формирование же самой квазикорреляционной функции можно представить как
[14]:

v^(xv). от?)
i=l 7=
После того как идентифицируется весь кадр с ТО (достигнут максимум квазикорреляционной функции), производится идентификация ТО по отдельности, т.е. решается задача нумерации. Для этого рассматривается попадание ТО в круговую область, которая задана проекцией пьедестала функций fj{X,y) на плоскость кадра. В
зависимости от решения о принадлежности ТО к той или иной области производится нумерация ТО, соответствующая эталонному кадру [14, 20].
Квазикорреляцианные методы идентификации обладают максимальной точностью в идентификации ориентиров, среди известных методов подобного класса, но их недостатком является высокая трудоемкость за счет использования всех отсчетов изображения. При использовании же аналитической функции (1.15) возникает определенный круг задач по оптимизации ее параметров и выработки ограничений, решение которых не нашло отражения в рассмотренных работах.
1.5.6. Идентификация асгроориентиров по методу трасс
Идентификация ТО по методу трасс основано на объединении отметок от кадров, подлежащих сравнению, после их совмещения. Объединение отметок выполняется,