Вирішення навігаційної задачі космічного апарата дистанційного зондування Землі на основі зйомки земної поверхні - Автореферат

Автоматизація процесу пошуку навігаційних сигналів на зображеннях дистанційного зондування Землі дозволяє значно підвищити оперативність обробки космічних знімків та суттєво знімає навантаження на оператора щодо привязки зображення до картографічного матеріалу (так звана операція геокодування знімку). В той же час знімки дистанційного зондування Землі дають принципову можливість вирішення навігаційної задачі космічного апарата на базі безпосередньо самого знімку, отриманого для інших потреб, без залучення додаткової апаратури. Це забезпечить економію витрат на розробці спеціалізованої навігаційної апаратури, збереження енергоресурсу космічного апарата та зменшення енергетичних витрат на виведення додаткової маси на орбіту при запуску його на орбіту, а також створення системи навігаційного забезпечення для космічних апаратів дистанційного зондування Землі, що знаходяться на орбіті та не оснащенні навігаційною апаратурою. В той же час, не дивлячись на очевидну вигідність, вирішення навігаційної задачі на основі знімку дистанційного зондування Землі має суттєві проблеми для створення дієздатної технічної системи, спроможної вирішувати таку задачу без участі людини. Запропоновано алгоритм визначення початкових координат космічного апарату дистанційного зондування Землі на основі ідентифікації навігаційних обєктів на знімку ДЗЗ шляхом виділення контурних ліній та суміщення їх з еталонним зображенням, що дозволив автоматизувати процес отримання навігаційної інформації, розробити необхідне програмне забезпечення та розвязати навігаційну задачу космічного апарату.Не дивлячись на значну кількість матеріалів стосовно методів вирішення навігаційної задачі та обробки зображень, тема вирішення навігаційної задачі на базі ідентифікації наземних обєктів на знімках дистанційного зондування Землі залишається актуальною. У другому розділі описано математичний апарат стосовно виділення контурів зображень та ідентифікації їх за картографічним матеріалом з метою автоматизації розпізнавання та ідентифікації елементів зображення. Використання маскового фільтру, як детермінованого метода обробки зображень, призвело не лише до виділення контурів обєктів зображення, але й до виділення шумових завад знімку. Теоретичний матеріал розділу, підтверджений практичним застосуванням до знімків дистанційного зондування Землі, дозволяє стверджувати, що 1) найбільш ефективним способом формування растрового бітового зображення є послідовне застосування оператора Собеля та IMG_0ba7dc52-fdc1-489e-87b1-56ab2aa4bc48 до багатоградаційного знімка ДЗЗ, що дозволяє більш якісно виділяти контурні лінії обєктів земної поверхні, відображених на знімку; Сформовані системи точок знімка і системи точок картографічного (еталонного) зображення після використання методів обробки точкових зображень дають однозначну відповідь стосовно ідентичності між точками обох зображень.Розширено положення теорії розпізнавання образів щодо виділення та ідентифікації контурних ліній обєктів на знімках земної поверхні за їх картографічними образами, а також доведення контурної фільтрації алгоритмами суміщення точкових зображень для підвищення точності ідентифікації. Це створило наукову основу розвязання навігаційної задачі космічного апарату дистанційного зондування Землі за результатами зйомки земної поверхні шляхом поєднання теорії обробки растрових зображень, контурного аналізу та обробки точкових зображень. Запропоновано алгоритм розвязання навігаційної задачі космічного апарату на основі знімку земної поверхні, що дозволяє створити програмні модулі прикладного призначення та застосувати їх в задачах визначення та уточнення положення космічного апарату дистанційного зондування Землі.

Основний зміст роботи

В результаті проведених в роботі досліджень отримані наступні результати: 1. Розширено положення теорії розпізнавання образів щодо виділення та ідентифікації контурних ліній обєктів на знімках земної поверхні за їх картографічними образами, а також доведення контурної фільтрації алгоритмами суміщення точкових зображень для підвищення точності ідентифікації. Це створило наукову основу розвязання навігаційної задачі космічного апарату дистанційного зондування Землі за результатами зйомки земної поверхні шляхом поєднання теорії обробки растрових зображень, контурного аналізу та обробки точкових зображень.

Обґрунтовано застосування растрових координат в задачі метода найменших квадратів для розрахунку невідомих параметрів руху космічного апарату. Викладені загальні та кінцеві співвідношення оцінки параметрів руху космічного апарату в рамках метода найменших квадратів та описано практичний метод досягнення кінцевого результату, що дозволив визначити оцінки початкових координат космічного апарату дистанційного зондування Землі.

Запропоновано алгоритм розвязання навігаційної задачі космічного апарату на основі знімку земної поверхні, що дозволяє створити програмні модулі прикладного призначення та застосувати їх в задачах визначення та уточнення положення космічного апарату дистанційного зондування Землі.

2. Застосування теоретичних положень до обробки реальних сеансів зйомки земної поверхні, продемонструвало достатню для практики якість вирішення навігаційної задачі. Для отримання такого результату необхідно мати лише апріорну інформацію про характеристики сканера, наближені параметри руху КА та час проведення зйомки, які є загальнодоступними і не потребують додаткових затрат на вирішення навігаційної задачі.

Створений тестовий програмний модуль дозволив дослідити особливості застосування знімків земної поверхні для вирішення навігаційної задачі космічного апарату.

3. Отримані наукові результати та їх верифікація мають практичне значення та були покладені в основу розробки програмних модулів, що застосовані для формування програмного забезпечення прикладного призначення при плануванні, обробці та аналізі знімків дистанційного зондування Землі в Центрі прийому спеціальної інформації та контролю навігаційного поля.

1. Ганжа А.П. Використання знімків дистанційного зондування Землі для розвязання задачі навігацій космічних апаратів // Наукові вісті НТУУ “КПІ” - №5 - 2005 - C. 81-85.

2. Збруцький О.В. Геокодування знімка дистанційного зондування Землі в задачі навігації штучного супутника / Збруцький О.В., Ганжа А.П // Наукові вісті НТУУ “КПІ” - №3 - 2007. C. 110-114.

Здобувачем сформульовані кінцеві співвідношення для оптимізації функціонала в квазікореляційному методі.

3. Ганжа А.П. Виділення контурних ліній на знімках дистанційного зондування Землі / Ганжа А.П., Збруцький О.В., Канченко В.Я. // Наук.-тех. збірник “Інформаційні системи, механіка та керування”, Випуск 1, Київ, 2008. - C. 5-16.

Здобувачем змодельовано виділення контурних ліній на знімках земної поверхні на основі статистичного фільтра.

4. Збруцький О.В. Навігаційна задача космічного апарату дистанційного зондування землі за зйомкою земної поверхні / Збруцький О.В., Ганжа А.П. // Наук.-тех. збірник “Інформаційні системи, механіка та керування”, Випуск 3, Київ, 2009. - C. 87-96.

Здобувач розробив повний алгоритм вирішення навігаційної задачі космічного апарату за результатами зйомки земної поверхні.

5. Глущенко О.М. Автоматизація геокодування космічних знімків ДЗЗ / Глущенко О.М., Ганжа А.П. // Проблеми розробки і впровадження сучасних інформаційних технологій моніторингу навколишнього середовища та управління екологічною і інформаційною безпекою в регіонах: ІІІ Міжнародна наук.-практ. конф., 2004р.: тези допов. - Київ-Харків-Крим, 2004. - C. 101-103.

Здобувачем запропоновано автоматизувати процес геокодування знімків дистанційного зондування Землі шляхом моделювання еталонного зображення.

6. Ганжа А.П. Вирішення навігаційної задачі космічного апарату дистанційного зондування Землі / Ганжа А.П., Збруцький О.В. // Гиротехнологии, навигация и управление движением: V Международная науч.-техн. конф., 21-22 апреля 2005г.: сб. докладов - Киев, 2008. - C. 253-262.

Здобувачем обґрунтовано вирішення навігаційної задачі космічного апарату дистанційного зондування Землі.

7. Ганжа А.П. Застосування інформації ДЗЗ для вирішення навігаційної задачі КА / Ганжа А.П., Збруцький О.В. // Пятая Украинская конференция по космическим исследованиям, 2005г.: сб. тезисов - НЦУИКС, Евпатория, 2005. - C. 253-262.

Здобувач дослідив навігаційні властивості інформації ДЗЗ.

8. Ганжа А.П. Автоматизація геокодування знімків дистанційного зондування Землі / Ганжа А.П., Глущенко О.М. // Пятая Украинская конференция по космическим исследованиям, 2005г.: сб. тезисов - НЦУИКС, Евпатория, 2005. - C. 51-52.

Здобувач змоделював суміщення знімку ДЗЗ з еталонним зображенням на основі методів суміщення точкових зображень.

9. Ганжа А.П. Геокодування знімка дистанційного зондування Землі на основі моделювання еталонного зображення / Ганжа А.П., Збруцький О.В. // Гіротехнології, навігація, керування рухом і конструювання авіаційно-космічної техніки: VI Міждународна наук.-техн. конф., 26-27 квіт. 2007р. : збір. допов. - Київ, 2007. - C. 296-305.

Здобувач розробив алгоритм та виконав моделювання точкового зображення.

10. Збруцький О.В. Вирішення навігаційної задачі космічного апарату дистанційного зондування Землі на основі зйомки земної поверхні / Збруцький О.В., Ганжа А.П. // Гіротехнології, навігація, керування рухом та конструювання авіаційно-космічної техніки: VII Міжнародна наук.-техн. конф., 23-24 квіт. 2009р.: збір. доповідей, Київ, 2009. - C. 186-191.

Здобувач розробив повний алгоритм визначення параметрів руху КА на основі знімку ДЗЗ.