авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Разработка и исследование методики фотограмметрической обработки одиночных космических сканерных изображений

-- [ Страница 2 ] --

Рисунок 3 – Геометрическая иллюстрация режима задержки и накопления зарядовых пакетов в матрицах ПЗС

Тогда вектор в тот же момент времени будет описывать положение соответствующей зарядовым пакетам точки N земной поверхности в системе геоцентрических координат , а сами вектора и связаны уравнением коллинеарности

, (2)

где - матрица направляющих косинусов, описывающая ориентацию системы относительно системы , где - угловые элементы выставки матриц ПЗС относительно конструктивных осей КА, - углы тангажа, крена и рысканья КА, - наклон, долгота восходящего узла и аргумент широты орбиты КА; - радиус-вектор КА; - коэффициент пропорциональности.

На рис.3 видно, что для обеспечения формирования изображения в соответствие со схемой (1) в каждый момент съёмки должны выполняться два условия, а именно, равномерность перемещения зарядовых пакетов по строкам матриц ПЗС

(3)

и постоянство направления их движения вдоль строк матриц ПЗС

(4)

Очевидно, что одновременное выполнение условий (3) и (4) на всём интервале съёмки обеспечивает синхронность движения зарядовых пакетов по всем строкам матриц ПЗС, предотвращая тем самым явления «смаза» и «сдвига» формирующегося маршрута изображения.

Основываясь на этом, формализация трёхосного углового движения КА заключалась в получении аналитических соотношений для составляющих , как функций от составляющих угловой скорости КА, подстановке в полученную систему уравнений условий (3),(4), и решении полученных выражений относительно .

В соответствие с этим в работе, учитывая, что , путём дифференцирования уравнения (2) были получены строгие аналитические соотношения для расчёта составляющих СДИ

(5)

(6)

После этого, путём дифференцирования уравнения (5) по , добавления найденное выражение к уравнениям (5), (6), и подстановки в эту систему уравнений условий (3),(4), была получена модель формирования программы трехосного углового движения КА

, (7)

где , ,,

,,

- угловая скорость вращения Земли, - составляющие скорости движения КА в геоцентрической системе координат.

Текущие значения компонент вектора угловой скорости на интервале съёмки получают путём интегрирования уравнения (7). В работе для удобства моделирования углового движения КА модель (7) получена и представлена в аналитическом виде в форме аппроксимирующих полиномов 2-й степени

(8)

где - коэффициенты полиномов, - время формирования - ой строки маршрута изображения на интервале съёмки, а соответствующие этой модели временные зависимости для углов тангажа, крена и рысканья КА – в форме полиномов 3-й степени:

(9)

Коэффициенты полиномов и элементы оскулирующей орбиты КА образуют состав угловых элементов внешнего ориентирования для всего маршрута съёмки в геоцентрической системе координат, а текущие значения углов тангажа, крена и рысканья – для строк маршрута изображения в орбитальной барицентрической системе координат.

Третья модель первого контура обеспечивает моделирование координатно-временной структуры маршрута сканерного изображения, получаемого двумя рядами матриц ПЗС, размещённых в шахматном порядке вдоль экспонирующей щели, где - порядковые номера пикселей маршрута изображения, - абсциссы формирующих краёв матриц ПЗС в системе координат фокальной плоскости, -тактовое время опроса матриц ПЗС, - продолжительность цикла накопления зарядовых пакетов.

В отличие от известных подходов, модель учитывает две ключевые особенности формирования сканерных изображений (рис.4), а именно, наличие двух полос изображения и формирующих краёв (ФК) матриц ПЗС.

 а) На борту КА б) в проекции на земле  Особенности формирования сканерного-67

а) На борту КА б) в проекции на земле

Рисунок 4 – Особенности формирования сканерного изображения

Первая особенность вытекает из регистрации земной поверхности двумя рядами матриц ПЗС. При этом на борту КА формируются две полосы строк изображения (рис.4а), сформированных матрицами ПЗС соответственно нечётного и чётного ряда в одно и то же время. Проекции этих полос (рис.4б) образуют на земной поверхности своеобразную гребёнку из пустот и участков изображений, расположенных перпендикулярно трассе КА. При этом матрицы чётного ряда производят опережающее формирование строк изображений соответствующих им участков местности относительно смежных с ними по оси пустых участков, помеченных на рисунках 4а,4б косой штриховкой. Строки изображения пустых участков формируются матрицами ПЗС нечётного ряда в режиме заметания, т.е. позднее на величину времени , где , - размер элемента ПЗС по оси системы координат фокальной плоскости. Для устранения эффекта гребёнки в процессе наземной обработки производится процедура формирования единых составных строк, суть которой заключается в следующем (рис.5). С полосой участков изображений матриц чётного ряда, содержащую строки , сформированные в моменты времени , совмещают полосу участков изображений матриц нечётного ряда, включающую в себя строки , сформированные позже на величину времени .

а) На борту КА б) в проекции на земле

Рисунок 5 – Формирование единых составных строк маршрута сканерного изображения

Это означает, что маршрут сканерного изображения включает в себя единых составных строк, каждая из которых состоит из чередующихся между собой участков изображения, сформированных в порядке расположения матриц ПЗС. При этом участки, сформированные элементами ПЗС нечётного ряда матриц, имеют большее на величину время формирования .

Вторая особенность состоит в том, что моменты формирования строк строго соответствуют моментам считывания зарядовых пакетов с последних столбцов матриц ПЗС обоих рядов. В этой связи в работе эти столбцы (см. рис.4) названы формирующими краями (ФК) матриц ПЗС, поскольку они в геометрическом аспекте позиционирует связку проектирующих лучей в фокальной плоскости съёмочной аппаратуры. В работе показано, что это обуславливает необходимость использования в геометрических моделях сканерных изображений в качестве элементов внутреннего ориентирования координаты ФК матриц ПЗС.

Модели второго контура предназначены для моделирования текущих значений орбитального положения и угловой ориентации КА по начальным условиям и текущему времени съёмки. При этом орбитальная модель входит в комплекс функционально и по условиям задачи формализована в работе в форме кеплеровской модели невозмущённого движения КА. Модель определения текущих значений угловых параметров съёмки получена в работе путём решения векторно-матричного уравнения (7) и представлена аналогично программе углового движения КА (8) в аналитическом виде в форме полиномов третьей степени от времени (9).

Третий контур составляет геометрическая модель щелевой сканерной съёмки. Основное назначение геометрической модели состоит в вычислении геоцентрических координат точек земной поверхности по порядковым номерам и текущим значениям времени формирования пикселей маршрута изображения, координатам ФК матриц ПЗС и текущим значениям орбитальных и угловых параметров съёмки. В соответствие с этим она представляет собой следующую систему уравнений:

(10)

В системе уравнений (10) приняты следующие обозначения:

(11) - большая полуось, эксцентриситет и радиус кривизны первого вертикала общего-88(11) - большая полуось, эксцентриситет и радиус кривизны первого вертикала общего-89(11)

- большая полуось, эксцентриситет и радиус кривизны первого вертикала общего земного эллипсоида.

Первое уравнение в системе обозначений (11) при заданном значении является трансцендентным относительно геодезической широты и решено в работе методом приближений. При этом в качестве начального приближения полагалось, что , где - геодезическая широта подспутниковой точки КА на общем земном эллипсоиде, соответствующая моменту .

В отличие от известных моделей геометрическая модель щелевой съёмки она имеет три основных отличия.

Первое связано с тем, что под координатами x,y понимаются не координаты точек сканерного изображения, а абсцисса ФК матриц ПЗС и ордината формирующего элемента ПЗС в системе координат фокальной плоскости. Второе отличие состоит в том, что в качестве элементов внешнего ориентирования разработанной геометрической модели используются компоненты вектора состояния КА на момент включения съёмочной аппаратуры и коэффициенты полиномов (9), аппроксимирующих угловое движение КА на интервале съёмки, которые имеют одни и то же значения для всех пикселей маршрута изображения. Это позволяет производить фотограмметрическую обработку сканерных изображений в масштабе включения съёмочной аппаратуры независимо от наличия или отсутствия метаданных съёмки. При этом в первом случае обеспечивается автоматический режим обработки без использования опорных точек, а во втором – режим интерактивной обработки при существенном сокращении числа опорных точек. Третье отличие состоит в комплексном использовании геодезической и прямоугольной формы описания координат точек на общем земном эллипсоиде, что позволяет при решении обратной засечки в условиях отсутствия метаданных составлять для каждой опорной точки не два, а три независимых уравнения.

Третья глава посвящена разработке методики поточечной координатной привязки одиночных сканерным изображениям с использованием ориентирующих углов линии визирования и ЦМР. Необходимость совершенствования существующих подходов к решению этой задачи обусловлена значительными вычислительными затратами, связанными с непосредственным подключением ЦМР к фотограмметрической модели (ФГМ) по методу приближений (рис.6).

  Существующая схема координатной привязки одиночных снимков Суть-98

  Существующая схема координатной привязки одиночных снимков Суть-99

Рисунок 6 – Существующая схема координатной привязки одиночных снимков

Суть разработанной методики состоит в исключении ФГМ из итерационного процесса и двухконтурной организации вычислительных процедур (рис.7). Первый контур включает в себя разработанную динамическую фотограмметрическую модель (ДФГМ). Он обеспечивает однократное вычисление приближённых значений геоцентрических координат точек земной поверхности, соответствующих заданному априорно среднему значению рельефа местности .

  Блок-схема методики координатной привязки Второй контур состоит из блока-102

Рисунок 7 – Блок-схема методики координатной привязки

Второй контур состоит из блока пересчёта полученных в ДФГМ геоцентрических координат в плоские координаты заданной картографической проекции, и блока уточнения планово-высотных координат точек, состоящего из разработанной модели уточнения координат и ЦМР. Процедура уточнения планово-высотных координат представлена на рисунке 8, на котором приняты следующие обозначения: угол - ориентирующий угол линии визирования в плоскости местного горизонта, формализующий азимут съёмки; - ориентирующий угол линии визирования в плоскости профиля ЦМР, характеризующий возвышение КА над линией местного горизонта; - ЦМР района съёмки.

 Процедура уточнения планово-высотных координат во втором контуре -109

Рисунок 8 - Процедура уточнения планово-высотных координат во втором контуре

Разработанная методика в отличие от схемы на рис.6, во-первых, локализует итерационный процесс в отдельном от фотограмметрической модели вычислительном контуре, что сразу облегчает вычислительную нагрузку. Во-вторых, уточнение координат производится в декартовой системе с точно известным начальным приближением , простыми вычислительными формулами, линейной итерационной функцией и размерами прямолинейной рабочей области, не превышающими половину значений перепада высот в районе съемки при любом характере рельефа местности. В-третьих, в работе представлены теоретические доказательства сходимости итерационного процесса и единственности получаемых результатов. В-четвёртых, использование ориентирующих углов линии визирования КА в горизонтальной и вертикальной плоскости ЦМР, позволяет учесть направленность итерационного процесса, обусловленную особенностями взаимного расположения линии визирования и ЦМР, и характера рельефа местности.

Далее в рассматриваемой главе работы описан разработанный алгоритм координатной привязки, включающий в себя сорок операций, и обоснован выбор метода оценки точности при проведении экспериментальных исследований.

В четвертой главе представлена разработанная методика построения макетных сканерных изображений, а также полученные на их основе результаты верификации разработанных моделей и оценка точности разработанной методики координатной привязки. В завершении исследования рассмотрена структурно-функциональная организация разработанного комплекса программ геоорбитального моделирования.

На первом этапе макетирования был выбран тестовый участок земной поверхности, представляющий собой седьмую зону проекции Гаусса-Крюгера. Общая площадь участка составила 40 128 кв. км, линейные размеры - 157,712 км на 282,912 км, перепад высот - 304 м, средняя высота – 152 м. Для этого участка местности в СК-42 была выбрана ЦМР с шагом в плане и сечением горизонталей 20 м, СКО которой составила 10м. На середине этого участка была выбрана точка c координатами ; , через которую должна проходить макетируемая трасса КА в момент включения съёмочной аппаратуры.

На втором этапе осуществлялась процедура расчёта параметров орбиты моделируемого КА на момент прохождения экватора Земли. В качестве такого КА был взят российский КА «Ресурс-ДК1» с известными в открытой литературе орбитальными параметрами, конструктивными характеристиками съёмочной аппаратуры и моделируемой датой съёмки 08.05.2011.

На третьем этапе, используя разработанный контур моделей планирования трасс КА, были рассчитаны параметры орбиты моделируемого КА на момент прохождения экватора Земли 08.05.2011 и выполнена проверка геометрии прохождения трассы КА по тестовому участку местности. Расчеты показали, что трасса КА проходит далеко в стороне от тестового участка. В этой связи по разработанным формулам, представленным в работе, была выполнена реконфигурация параметров орбиты, обеспечивающая прохождение трассы КА через заданную точку в заданную дату, и рассчитано требуемое для этого время включения съёмочной аппаратуры. Полученные новые параметры орбиты использовались далее в качестве начальных условий съёмки на момент включения съёмочной аппаратуры.

На четвёртом этапе макетирования для каждого моделируемого ракурса съёмки длительностью (сек) с помощью моделей первого контура (см. рис.1) были рассчитаны значения номинальной СДИ и программы углового движения КА в форме уравнений (9). При этом начальные значения параметров углового движения КА варьировались от всех нулевых значений (в надире) до значений плюс 10 градусов сначала по каждому углу, а затем одновременно по всем углам.



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.