RU2711775C1 - Method of tying aerial photographs of the earth surface - Google Patents
Method of tying aerial photographs of the earth surface Download PDFInfo
- Publication number
- RU2711775C1 RU2711775C1 RU2019103515A RU2019103515A RU2711775C1 RU 2711775 C1 RU2711775 C1 RU 2711775C1 RU 2019103515 A RU2019103515 A RU 2019103515A RU 2019103515 A RU2019103515 A RU 2019103515A RU 2711775 C1 RU2711775 C1 RU 2711775C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- points
- image
- spacecraft
- taken
- orbit
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/10—Artificial satellites; Systems of such satellites; Interplanetary vehicles
- B64G1/1021—Earth observation satellites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G3/00—Observing or tracking cosmonautic vehicles
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Astronomy & Astrophysics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Image Processing (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для привязки выполненных с космического аппарата (КА) снимков подстилающей поверхности.The invention relates to space technology and can be used to snap images of the underlying surface made from a spacecraft (SC).
Важную роль в процессе получения научной информации в космическом эксперименте играют радиотелеметрические системы. С их помощью на Землю передаются сведения об исследуемых процессах и явлениях, а также о работе научной аппаратуры и служебных системах. Используемая в космических экспериментах информационно-телеметрическая система состоит из бортовой части, устанавливаемой на КА, и наземной, связанной с ней радиолинией. Бортовая часть системы содержит устройства восприятия первичной информации, сбора, преобразования и последующей ее передачи в наземную часть системы, имеющую приемные, дешифрирующие (преобразующие), регистрирующие элементы, и средства визуального отображения принимаемой информации.An important role in the process of obtaining scientific information in a space experiment is played by radio telemetry systems. With their help, information about the processes and phenomena under study, as well as the work of scientific equipment and service systems, is transmitted to the Earth. The information and telemetry system used in space experiments consists of an airborne part mounted on a spacecraft and a ground part connected with it by a radio link. The on-board part of the system contains devices for sensing primary information, collecting, converting and subsequently transmitting it to the ground-based part of the system, which has receiving, decrypting (converting), recording elements, and means for visually displaying the received information.
Для передачи большого объема информации, получаемой в космическом полете, применяются многоканальные радиотелеметрические системы (РТС) с различными методами разделения каналов.To transmit a large amount of information received in space flight, multichannel radio telemetry systems (RTS) with various methods of channel separation are used.
Наибольшее распространение при обеспечении космических полетов получили системы с частотным и временным разделением каналов, что обусловлено рядом их технических и эксплуатационных преимуществ.The most widespread in the provision of space flights were systems with frequency and time division of channels, due to a number of their technical and operational advantages.
При частотном разделении каждому каналу отводится некоторая полоса частот, в пределах которой практически укладывается спектр той части сигнала, которая обеспечивает передачу информации этого канала. При временном разделении каждому каналу периодически предоставляется определенный интервал времени, в течение которого осуществляется передача сигнала данного канала.In the frequency division, each channel is allocated a certain frequency band, within which the spectrum of that part of the signal that provides the transmission of information of this channel is practically fit. In time division, each channel is periodically provided with a certain time interval during which the signal of this channel is transmitted.
Для передачи полученной на борту КА информации измерения от датчиков преобразуются в электрические величины. Электрические сигналы на борту КА поступают на суммирующие и кодирующие устройства, формирующие телеметрический кадр (групповой сигнал). Для разделения информации от каждого из используемых датчиков вводятся специальные адресные признаки. Сформированный таким образом групповой сигнал излучается в пространство и принимается наземными пунктами при пролете КА над ними.To transmit information received on board the spacecraft, measurements from sensors are converted into electrical quantities. Electrical signals on board the spacecraft arrive at summing and coding devices forming a telemetric frame (group signal). To separate information from each of the sensors used, special address signs are introduced. The group signal thus formed is emitted into space and is received by ground-based points when the spacecraft passes over them.
Наиболее простой способ временной привязки телеметрических измерений реализуется в режиме непосредственной передачи (НП) данных на Землю [1] Мановцев А.П. Основы теории радиотелеметрии. М.: Энергия, 1973. В этом случае поступающая в режиме НП информация автоматически привязывается к используемому в пункте приема информации времени.The simplest way to temporarily coordinate telemetry measurements is implemented in the direct transmission (NP) mode of data to the Earth [1] A. Manovtsev Fundamentals of the theory of radio telemetry. M .: Energy, 1973. In this case, the information received in the NP mode is automatically tied to the time used at the information receiving point.
Однако данный способ реализуем только при нахождении КА в зоне наземного измерительного пункта.However, this method is implemented only when the spacecraft is in the area of the ground-based measuring point.
В процессе полета по орбите космический аппарат периодически оказывается вне зоны видимости наземных измерительных пунктов (для низкоорбитальных аппаратов, в основном и реализуемых в нашей стране, большую часть полета КА не имеет прямой связи с наземными пунктами). Поэтому практически все научно-исследовательские КА имеют в своем составе запоминающие устройства (емкостью до 100 Гбит) для записи электрических сигналов, содержащих информацию об изучаемых явлениях.During the flight in orbit, the spacecraft periodically appears to be out of sight of ground-based measuring points (for low-orbit vehicles, which are mainly sold in our country, most of the spacecraft’s flight does not have direct communication with ground-based points). Therefore, almost all scientific research spacecraft incorporate storage devices (with a capacity of up to 100 Gbps) for recording electrical signals containing information about the phenomena being studied.
Для обеспечения временной привязки информации в телеметрический кадр вводят специальные служебные сигналы, формируемые бортовым генератором эталонного времени. С помощью данных сигналов при наземной обработке и анализе информации определяются моменты времени появления зарегистрированного на борту КА события.To ensure the timing of information in the telemetry frame, special service signals are introduced, generated by the on-board generator of the reference time. Using these signals during ground processing and information analysis, the time moments of the occurrence of an event recorded on board the spacecraft are determined.
Известен способ, включающий генерацию на борту временных меток и передачу их с измеряемыми параметрами бортовых систем в сформированном телеметрическом кадре на наземный приемный пункт (Мановцев А.П. Основы теории радиотелеметрии. М: Энергия, 1973). Данный способ используется для большинства КА, имеющих устройства записи информации.A known method, including generating on-board timestamps and transmitting them with the measured parameters of the on-board systems in the formed telemetry frame to the ground receiving station (AP Manovtsev. Fundamentals of the theory of radio telemetry. M: Energy, 1973). This method is used for most spacecraft with information recording devices.
В этом случае обеспечивается временная привязка измерений, выполняемых при нахождении КА в любых точках орбиты.In this case, the temporal reference of measurements performed when the spacecraft is located at any point in the orbit is ensured.
Часть оборудования на КА имеет собственные устройства генерации времени. Например, на орбитальных станциях используется фотоаппаратура, которая имеет собственные устройства генерации времени («встроенные часы»). Такая фотоаппаратура использовалась еще на станциях «Салют» (Беляев М.Ю. «Научные эксперименты на космических кораблях и орбитальных станциях». М.: Машиностроение, 1984). Способ определения временной привязки производимых с КА снимков земной поверхности, используемый в этом случае и взятый авторами за прототип, включал генерацию на борту значения времени и передачу его с выполняемыми снимками в массиве телеметрических данных на наземный приемный пункт.Part of the equipment on the spacecraft has its own time generation devices. For example, at orbital stations, photoequipment is used, which has its own time generation devices (“built-in clocks”). Such photographic equipment was still used at Salyut stations (Belyaev M.Yu. “Scientific experiments on spacecraft and orbital stations.” M .: Mashinostroenie, 1984). The method for determining the timing of the Earth's surface images taken from the spacecraft, used in this case and taken by the authors as a prototype, included generating onboard the time value and transmitting it with the taken images in the telemetry data array to the ground receiving point.
Однако, как показывает опыт, практически всегда имеет место погрешность в формировании генератором эталонного времени. Это приводит к своеобразному «уходу» генерируемых временных меток и появлению временной ошибки Δt, которая, в некоторых случаях, может достигать 2-3 мин. Появлению погрешности временной привязки способствует изменение температуры устройства генерации времени.However, experience shows that almost always there is an error in the formation of the reference time by the generator. This leads to a kind of “departure” of the generated time stamps and the appearance of a temporary error Δt, which, in some cases, can reach 2-3 minutes. The appearance of an error in the timing is facilitated by a change in the temperature of the time generation device.
Ошибка временной привязки снимков земной поверхности с КА приводит к трудности опознавания полученной информации. В случае отсутствия на снимке объектов, которые могут служить ориентирами при дешифрировании, привязать по времени и обработать такой снимок часто не представляется возможным.An error in the timing of images of the Earth’s surface from the spacecraft leads to difficulties in recognizing the information received. If there are no objects in the image that can serve as guidelines for decryption, it is often not possible to snap in time and process such an image.
Особенно актуальной задача определения точной временной привязки снимков земной поверхности является для российского сегмента Международной космической станции (МКС). На МКС космонавты используют для съемки различную фотоаппаратуру, в том числе и ручную. Базовыми данными при обработке снимков является момент времени съемки, автоматически фиксируемый фотоаппаратом. К сожалению, этот параметр не всегда оказывается точным, поскольку зависит от равномерности хода встроенных часов фотоаппарата и требует постоянной подстройки экипажем. На такой контроль иногда не хватает времени, особенно в случае необходимости быстро снять новый обнаруженный объект, вне программы плановых съемок, т.е. не имея достаточно времени на подготовку.Particularly relevant is the task of determining the exact timing of the images of the Earth’s surface for the Russian segment of the International Space Station (ISS). On the ISS, astronauts use various photographic equipment for shooting, including manual. The basic data in the processing of images is the point in time taken automatically captured by the camera. Unfortunately, this parameter is not always accurate, because it depends on the uniformity of the built-in clock of the camera and requires constant adjustment by the crew. Sometimes such time is not enough for such control, especially if it is necessary to quickly remove a newly discovered object, outside the program of planned surveys, i.e. not having enough time to prepare.
Но если хотя бы по одному из снимков выполненной серии съемок с неточным временем удается рассчитать действительное положение МКС на орбите для данного снимка, то тогда становится возможным восстановить и точное время съемок, так как момент времени для известного положения МКС сравнительно легко вычисляется.But if it is possible to calculate the actual position of the ISS in orbit for a given image using at least one of the shots from a series of surveys with inaccurate time, then it becomes possible to restore the exact time of the surveys, since the time instant for a known position of the ISS is relatively easy to calculate.
Затем полученную поправку времени можно учесть и в остальных снимках данной серии и даже во всех последующих снимках до корректировки хода часов, поскольку скорость «ухода» встроенных часов фотоаппарата примерно постоянна и сильнее всего зависит от температуры фотоаппарата.Then, the obtained time correction can be taken into account in the remaining pictures of this series and even in all subsequent pictures before adjusting the course of the clock, since the speed of “departure” of the camera’s built-in clock is approximately constant and most depends on the temperature of the camera.
В качестве способа-прототипа выбран способ определения временной привязки производимых с КА снимков земной поверхности (Патент RU (11) 2654883(13) С2; МПК B64G 1/32 (2006.01); Заявка: 2016135209, 30.08.2016; Опубликовано: 23.05.2018 Бюл. №15), включающий генерацию на борту КА значения времени и передачу его с производимыми снимками в массиве телеметрических данных на наземный приемный пункт, согласно которому поддерживают на борту КА постоянную температуру для стабильной работы аппаратуры генерации значений времени в процессе съемки, выполняют ортотрансформирование выбранного снимка, определяют по ортотрансформированному снимку положение в пространстве точки, из которой выполнялась съемка, измеряют параметры орбиты КА и определяют по ним момент времени нахождения КА на минимальном расстоянии от точки, из которой производился выбранный снимок, определяют погрешность временной привязки выбранного снимка Δ как разность между определенным моментом времени и генерируемым на борту значением времени tr и временную привязку снимков земной поверхности t определяют по формуле t=tr+Δ.As a prototype method, a method was selected for determining the timing of the Earth's surface images taken from spacecraft (Patent RU (11) 2654883 (13) C2; IPC B64G 1/32 (2006.01); Application: 2016135209, 08/30/2016; Published: 05/23/2018 Bull. No. 15), which includes generating time values on board the spacecraft and transmitting it with the taken pictures in the telemetry data array to the ground receiving point, according to which the temperature is maintained onboard the spacecraft for stable operation of the time value generation equipment during shooting, orthorectification is performed of an early image, the position in space of the point from which the image was taken is determined by the orthorectified image, the parameters of the spacecraft orbit are measured and the moment of time the spacecraft is located at a minimum distance from the point from which the selected image was taken, the error of the timing of the selected image Δ is determined as the difference between a certain point in time and the time value t r generated on board and the timing of the images of the earth's surface t are determined by the formula t = t r + Δ.
Способ - прототип позволяет определять временную привязку снимков земной поверхности с КА с учетом наличия изменяющихся во времени погрешностей в формировании бортовых временных меток.Method - the prototype allows you to determine the timing of images of the earth's surface from the spacecraft, taking into account the presence of time-varying errors in the formation of on-board time stamps.
К недостаткам способа - прототипа относится, в частности, то, что он при выполнении ортотрансформирования выбранного снимка и определении по ортотрансформированному снимку положения в пространстве точки, из которой выполнялась съемка (точки съемки), не предусматривает учета влияния точности/погрешности задания координат точек ортофотоплана и точности/погрешности задания параметров съемочной аппаратуры на точность определения точки съемки. Действительно, в зависимости от упомянутых точностей/погрешностей задания координат точек ортофотоплана и параметров съемочной аппаратуры по ортотрансформированному снимку может быть определена более чем одна точка, удовлетворяющая формулируемым для определения точки съемки уравнениям, что, следовательно, приведет к возможному ошибочному определению точки съемки.The disadvantages of the prototype method include, in particular, the fact that when performing the orthorectification of the selected image and determining the position in space of the point from which the survey was taken (shooting points) from the orthorectified image, it does not take into account the influence of accuracy / error in setting the coordinates of the orthomosaic points and accuracy / error of setting the parameters of the shooting equipment for the accuracy of determining the shooting point. Indeed, depending on the mentioned accuracy / error in setting the coordinates of the points of the orthomosaic and the parameters of the shooting equipment, more than one point can be determined from the orthorectified image that satisfies the equations formulated for determining the shooting point, which, therefore, will lead to a possible erroneous determination of the shooting point.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение точности привязки выполненных с КА снимков подстилающей поверхности к точкам выполнения съемки.The problem to which the present invention is directed is to increase the accuracy of the binding of images of the underlying surface made from the spacecraft to the points of the survey.
Технический результат, достигаемый при осуществлении настоящего изобретения, заключается в точном определении точек пространства, из которых производилась съемка с КА подстилающей поверхности.The technical result achieved by the implementation of the present invention is to accurately determine the points of space from which the survey was made from the SC of the underlying surface.
Технический результат достигается тем, что в способе привязки выполненных с КА снимков земной поверхности, включающем измерение параметров орбиты, ортотрансформирование снимка и определение по нему точки, из которой выполнялась съемка, дополнительно в течение заданного интервала времени после выполнения снимка выполняют дополнительную съемку подстилающей поверхности при другом значении угла между направлением нормали к плоскости орбиты и проекцией оси визирования съемочной аппаратуры на плоскость, перпендикулярную вектору скорости космического аппарата, по ортотрансформированным первичному и дополнительному снимкам определяют географические координаты точек поверхности планеты, соответствующих задаваемым точкам снимка, и определяют наборы точек, координаты которых с задаваемой точностью удовлетворяют уравнениям определения вершины конуса, лучи и ось которого проходят через точки поверхности планеты, соответствующие задаваемым точкам снимка, а угол раствора равен углу поля зрения съемочной аппаратуры, по измеренным параметрам орбиты определяют положение плоскости орбиты космического аппарата на момент времени из упомянутого интервала времени выполнения съемки, определяют комбинацию точек, в которую входят по одной точке из определенных для первичного и дополнительного снимков упомянутых наборов точек и проходящая через них линия составляет минимальный угол с плоскостью орбиты космического аппарата в ее определенном расчетном положении, и привязку выполненных с космического аппарата снимков к точкам выполнения съемки производят по точкам данной комбинации, которые принимают за точки, из которых производилась съемка. Изобретение поясняется фиг. 1 и 2.The technical result is achieved by the fact that in the method of linking the images of the earth’s surface made with the SC, including measuring the orbit parameters, orthorectifying the image and determining the point from which the image was taken, additionally shooting the underlying surface for another specified time interval after the image is taken with another the angle between the direction of the normal to the plane of the orbit and the projection of the axis of sight of the shooting equipment on a plane perpendicular to the velocity vector and the spacecraft, from the orthorectified primary and additional images, determine the geographic coordinates of the planet surface points corresponding to the given points of the image, and determine the sets of points whose coordinates with specified accuracy satisfy the equations for determining the vertex of a cone, the rays and axis of which pass through the planet surface points corresponding to the given points of the picture, and the angle of the solution is equal to the angle of the field of view of the shooting equipment, the position is determined from the measured parameters of the orbit the orbital plane of the spacecraft at a point in time from the aforementioned time interval of the shooting, determine the combination of points that includes one point from the specified sets of points defined for the primary and additional images and the line passing through them makes the minimum angle with the plane of the orbit of the spacecraft in its defined the calculated position, and the binding of the images taken from the spacecraft to the points of the survey is performed at the points of this combination, which are taken as points and from which the pictures are taken. The invention is illustrated in FIG. 1 and 2.
На фиг. 1 представлена схема выполнения снимка фотографируемой подстилающей поверхности, поясняющая получение точек в пространстве, координаты которых в связанной с планетой системе координат с задаваемой точностью удовлетворяют уравнениям определения вершины конуса, лучи и ось которого проходят через точки поверхности планеты, задаваемые определяемыми значениями географических координат и соответствующие задаваемым точкам снимка, а угол раствора равен углу поля зрения съемочной аппаратуры.In FIG. Figure 1 is a diagram of a photograph of a photographed underlying surface explaining the obtaining of points in space whose coordinates in the coordinate system associated with the planet satisfy the equations for determining the vertex of a cone with rays with specified accuracy, the rays and axis of which pass through points on the planet’s surface defined by determined values of geographic coordinates and corresponding to specified points of the picture, and the angle of the solution is equal to the angle of the field of view of the shooting equipment.
На фиг. 2 представлена схема, поясняющая определение точек, из которых производилась съемка.In FIG. 2 is a diagram explaining the determination of the points from which the survey was performed.
На фиг. 1 обозначено:In FIG. 1 is indicated by:
Р - подстилающая поверхность;P is the underlying surface;
В - точка центра снимка;B is the center point of the image;
АВ, ВС - расстояния от точки В до краев снимка;AB, BC - the distance from point B to the edges of the image;
α - угол полураствора поля зрения съемочной аппаратуры;α is the half-angle of the field of view of the shooting equipment;
K1, K2 - точки в пространстве, координаты которых с задаваемой точностью определены по ортотрансформированному снимку.K 1 , K 2 - points in space, the coordinates of which are determined with specified accuracy from the orthorectified image.
На фиг. 2 обозначено:In FIG. 2 is indicated:
М - линия орбиты КА;M is the spacecraft orbit line;
Р - подстилающая поверхность;P is the underlying surface;
Т - линия трассы КА на подстилающей поверхности;T is the spacecraft line on the underlying surface;
V - вектор скорости КА;V is the spacecraft velocity vector;
Q - направление в надир;Q - direction to nadir;
N - вектор нормали к плоскости орбиты КА;N is the normal vector to the spacecraft orbit;
W - направление видимого с КА бега местности подстилающей поверхности;W is the direction of the terrain of the underlying surface visible from the spacecraft;
γ - угол между направлением нормали к плоскости орбиты и проекцией оси визирования съемочной аппаратуры на плоскость, перпендикулярную вектору скорости КА;γ is the angle between the direction of the normal to the plane of the orbit and the projection of the axis of sight of the shooting equipment on a plane perpendicular to the velocity vector of the spacecraft;
Fi, i=l,2 - центральные точки выполненных с КА снимков;F i , i = l, 2 are the central points of the images taken from the spacecraft;
Kij, i=l,2; j=l,2 - точки в пространстве, координаты которых с задаваемой точностью определены по ортотрансформированным снимкам;K ij , i = l, 2; j = l, 2 - points in space whose coordinates are determined with specified accuracy from orthorectified images;
Hi, i=l,2 - наборы точек в пространстве, координаты которых с задаваемой точностью определены по ортотрансформированным снимкам;H i , i = l, 2 - sets of points in space, the coordinates of which are determined with specified accuracy from orthorectified images;
D - комбинация точек, в которую входят по одной точке из каждого упомянутого набора точек и проходящая через них линия составляет минимальный угол с плоскостью орбиты КА.D is a combination of points, which includes one point from each of the mentioned set of points and the line passing through them makes a minimum angle with the orbital plane of the spacecraft.
Опишем действия предлагаемого способа.We describe the actions of the proposed method.
Рассматриваем задачу привязки снимков подстилающей поверхности, полученных в результате выполнения съемки с орбитального КА, обращающегося вокруг Земли или другой планеты (Луна, Марс) с измеренными значениями пространственных координат точек поверхности.We consider the task of linking images of the underlying surface obtained as a result of shooting from an orbiting spacecraft orbiting the Earth or another planet (Moon, Mars) with measured values of the spatial coordinates of surface points.
Считаем, что съемка подстилающей поверхности выполняется установленной на КА съемочной аппаратурой, для которой заданы такие характеристики как угол поля зрения, фокусное расстояние, размер матрицы прибора с зарядовой связью и т.д.We believe that shooting of the underlying surface is carried out by shooting equipment installed on the spacecraft, for which such characteristics as the field of view angle, focal length, matrix size of the charge-coupled device, etc. are set.
Считаем, что ось визирования съемочной аппаратуры при выполнении съемки может отклонятся от направления в надир (от направления от КА в подспутниковую точку), при этом, учитывая, что точка пересечения оси визирования съемочной аппаратуры с подстилающей поверхностью перемещается по поверхности планеты в направлении видимого с КА бега местности, наведение оси визирования съемочной аппаратуры на снимаемые объекты, задаваемые на поверхности планеты, выполняется поворотом оси визирования съемочной аппаратуры в направлении, перпендикулярном видимому с КА бегу местности (в плоскости, перпендикулярной вектору скорости КА).We believe that the axis of sight of the shooting equipment during shooting may deviate from the direction to the nadir (from the direction from the spacecraft to the sub-satellite point), while taking into account that the point of intersection of the axis of sight of the shooting equipment with the underlying surface moves along the planet's surface in the direction visible from the spacecraft terrain running, aiming the axis of sight of the shooting equipment on the captured objects, set on the planet’s surface, is performed by turning the axis of sight of the shooting equipment in a direction perpendicular You can see the terrain running from the spacecraft (in a plane perpendicular to the spacecraft's velocity vector).
В предлагаемом способе исходными данными для решения задачи служат опознанные и координатно привязанные (ортотрансформированные) цифровые снимки - снимки, для которых рассчитаны географические координаты каждого пикселя изображения. При решении задачи на снимках анализируются «особые» пиксели - центральный пиксель снимка и пиксели, лежащие на окружности, вписанной в прямоугольник снимка. Поскольку координаты каждого пикселя после ортотрансформирования становятся известны, рассчитывается множество значений расстояний от центрального пикселя снимка до всех лежащих на окружности пикселей. Затем выбираются два противолежащих от центральной точки пикселя, расстояние между которыми является наибольшим.In the proposed method, the source data for solving the problem are recognized and coordinate-linked (orthorectified) digital photographs — photographs for which the geographical coordinates of each pixel in the image are calculated. When solving the problem, “special” pixels are analyzed in the images — the central pixel of the image and pixels lying on the circle inscribed in the rectangle of the image. Since the coordinates of each pixel after orthorectification become known, a lot of distance values are calculated from the central pixel of the image to all pixels lying on the circle. Then two pixels opposite from the center point are selected, the distance between which is the largest.
Так как воображаемая окружность, вписанная в снимок, преобразуется на поверхности планеты в фигуру (пересечение сферы с конусом), близкую к эллипсу, то искомая точка съемки, лежащая в плоскости главного вертикала снимка, оказывается лежащей в плоскости, проходящей через центр снимка В, две найденные точки А и С «большой полуоси» этого «эллипса» (точки А и С определяются как точки, соответствующие максимальному расстоянию между ними) и центр планеты (обозначим его как О).Since the imaginary circle inscribed in the image is transformed on the planet’s surface into a figure (intersection of a sphere with a cone) close to an ellipse, the sought-for shooting point lying in the plane of the main vertical of the image appears to lie in the plane passing through the center of image B, two the found points A and C of the "semi-major axis" of this "ellipse" (points A and C are defined as points corresponding to the maximum distance between them) and the center of the planet (we denote it as O).
Таким образом, пространственная задача сводится к плоской задаче, показанной на фиг. 1. При решении математической задачи известны расстояния АВ и ВС; угол полураствора снимка (определяется как угол α полураствора поля зрения съемочной аппаратуры с учетом фокусного расстояния и размера матрицы прибора с зарядовой связью); угол между векторами АВ и ВС, учитывающий сферичность поверхности планеты. По результатам анализа всех известных углов и расстояний вычисляется расстояние от искомой точки съемки (обозначим ее как S) до центра снимка В.Thus, the spatial problem is reduced to the plane problem shown in FIG. 1. When solving a mathematical problem, the distances AB and BC are known; the half-angle of the image (defined as the angle α of the half-solution of the field of view of the shooting equipment, taking into account the focal length and size of the charge-coupled device matrix); the angle between the vectors AB and BC, taking into account the sphericity of the surface of the planet. Based on the analysis of all known angles and distances, the distance from the desired shooting point (denoted by S) to the center of image B is calculated.
При переходе от решения плоской задачи к решению пространственной задачи учитывается, что вектора ОВ и BS лежат в одной плоскости с векторами АВ и ВС и угол между ними известен. Используем систему координат OXYZ с центром в точке О, ось Y проходит через ОВ, ось X лежит в плоскости ОАВ и ось Z дополняет систему координат до правой. В системе OXYZ вектор BS имеет нулевую компоненту по координате Z, а компоненты по координатам X и У определяются как проекции BS на ОВ и направление, перпендикулярное ОВ.In the transition from solving a plane problem to solving a spatial problem, it is taken into account that the OB and BS vectors lie in the same plane as the AB and BC vectors and the angle between them is known. We use the OXYZ coordinate system centered at point O, the Y axis passes through the OB, the X axis lies in the plane of the OAB and the Z axis complements the coordinate system to the right. In the OXYZ system, the BS vector has a zero component in the Z coordinate, and the components in the X and Y coordinates are defined as the projections of BS on the OB and the direction perpendicular to the OB.
Географические координаты точки В в результате ортотрансформирования снимка известны. Поэтому координаты радиус-вектора ОВ могут быть вычислены в некоторой базовой системе координат с началом в центре планеты. Таким образом, можно составить матрицу перехода от базовой системы координат к выбранной выше системе OXYZ и получить радиус-вектор OS (и, таким образом, искомое пространственное положение точки S) в базовой системе координат, связанной с положением центра масс планеты. В общем случае будет построено два положения точки S симметрично относительно линии ОВ. Определение истинного варианта положения точки съемки S осуществляют по предложенной в настоящем способе процедуре. Для этого осуществляют следующие действия, иллюстрация которых приведена на фиг. 2.The geographic coordinates of point B as a result of orthorectification of the image are known. Therefore, the coordinates of the OB radius vector can be calculated in some basic coordinate system with a origin in the center of the planet. Thus, it is possible to compose a transition matrix from the base coordinate system to the OXYZ system selected above and obtain the radius vector OS (and, thus, the desired spatial position of the point S) in the base coordinate system associated with the position of the center of mass of the planet. In the general case, two positions of the point S will be constructed symmetrically with respect to the line OB. The true version of the position of the shooting point S is determined according to the procedure proposed in the present method. For this, the following actions are carried out, the illustration of which is shown in FIG. 2.
В течение заданного интервала времени (в течение интервала времени менее чем задаваемой продолжительности Δt) после выполнения первичного снимка выполняют дополнительную съемку подстилающей поверхности при другом значении угла у между направлением нормали к плоскости орбиты и проекцией оси визирования съемочной аппаратуры на плоскость, перпендикулярную вектору скорости космического аппарата.During a given time interval (during a time interval of less than a preset duration Δt) after the primary image is taken, an additional survey of the underlying surface is performed at a different angle y between the direction of the normal to the orbit plane and the projection of the axis of view of the shooting equipment on a plane perpendicular to the spacecraft's velocity vector .
Определение текущего направления вектора скорости КА, необходимое для обеспечения контроля различия значений угла γ на моменты выполнения первичного и дополнительного снимков, может быть осуществлено, например, по направлению видимого с КА бега местности подстилающей поверхности. В результате выполнения съемки получают снимки с центральными точками Fi, i=l,2.The determination of the current direction of the spacecraft velocity vector, which is necessary to control the difference in the values of the angle γ at the moments of the primary and additional images, can be carried out, for example, in the direction of the terrain of the underlying surface visible from the spacecraft. As a result of shooting, images with central points F i , i = l, 2 are obtained.
По ортотрансформированным первичному (i=l) и дополнительному (i=2) снимкам определяют географические координаты точек поверхности планеты, соответствующих центральному пикселю снимка и пикселям, лежащим на вписанной в снимок окружности, и определяют наборы Hi, i=l,2, точек в пространстве Kij, j=l,2, координаты которых с задаваемой точностью удовлетворяют уравнениям определения вершины кругового конуса с углом раствора, равным углу поля зрения съемочной аппаратуры, лучи конуса проходят через определенные точки поверхности планеты, соответствующие пикселям, лежащим на вписанной в снимок окружности, а ось конуса проходит через определенную точку поверхности планеты, соответствующую центральному пикселю снимка.The orthorectified primary (i = l) and additional (i = 2) images determine the geographic coordinates of the points on the planet’s surface corresponding to the central pixel of the image and the pixels lying on the circle inscribed in the image, and determine the sets H i , i = l, 2, points in the space K ij, j = l, 2, coordinates are defined with precision satisfy equations determining vertex of a circular cone with an opening angle equal to the angle of the field of view of imaging equipment, the cone rays pass through a certain point on the surface of the planet, the corresponding Suitable pixels lying on a circle inscribed in the snapshot, and the cone axis passes through a certain point on the surface of the planet, a picture corresponding to the central pixel.
По измеренным параметрам орбиты определяют положение плоскости орбиты КА на момент времени из упомянутого интервала времени выполнения съемки. Положение плоскости орбиты КА определяют, например, по расчетным направлениям радиус-вектора и вектора скорости КА.From the measured parameters of the orbit, the position of the orbital plane of the spacecraft at a point in time from the above-mentioned interval of time of shooting is determined. The position of the orbital plane of the spacecraft is determined, for example, by the calculated directions of the radius vector and velocity vector of the spacecraft.
Далее определяют комбинацию D точек, в которую входят по одной точке из определенных для первичного и дополнительного снимков упомянутых наборов точек Hi, i=l,2 и проходящая через них линия составляет минимальный угол с плоскостью орбиты КА в ее определенном расчетном положении:Next, a combination of D points is determined, which includes one point from the mentioned sets of points H i , i = l, 2 defined for the primary and additional images, and the line passing through them makes up the minimum angle with the spacecraft orbital plane in its defined design position:
где βnk - угол между линией, проходящей через точки, K1n, K2k, плоскостью орбиты, находящейся в ее определенном расчетном положении.where β nk is the angle between the line passing through the points, K 1n , K 2k , the plane of the orbit in its specific design position.
Привязку выполненных с КА снимков к точкам выполнения съемки производят по точкам данной комбинации D, которые принимают за точки, из которых производилась съемка.Snapping of the images taken from the spacecraft to the points of the survey is performed at the points of this combination D, which are taken as the points from which the survey was taken.
В предлагаемом способе условие выполнения съемки подстилающей поверхности при различных значениях указанного угла у гарантирует единственность искомой комбинации точек D, определяемой соотношением (1) и удовлетворяющей двум требованиям:In the proposed method, the condition for performing surveys of the underlying surface at various values of the specified angle y guarantees the uniqueness of the desired combination of points D, defined by relation (1) and satisfying two requirements:
- содержит по одной точке из каждого набора точек Hi, i=l,2;- contains one point from each set of points H i , i = l, 2;
- линия, проходящая через точки данной комбинации точек, составляет минимальный угол с плоскостью орбиты КА, находящейся в ее определенном расчетном положении.- the line passing through the points of this combination of points makes up the minimum angle with the orbital plane of the spacecraft in its defined design position.
При этом наиболее явно указанная многозначность определения положения точки съемки S проявляется при отличных от 90° значениях указанного угла γ.In this case, the most clearly indicated ambiguity in determining the position of the shooting point S is manifested for values of the specified angle γ other than 90 °.
В предлагаемом способе условие выполнения съемки подстилающей поверхности в течение интервала времени менее чем задаваемой продолжительности Δt обеспечивает необходимый уровень близости искомых истинных точек съемки, который гарантирует, что линия, проходящая через искомые истинные точки, из которых производилась съемка (точки 
К упомянутым точностям/погрешностям задания параметров съемочной аппаратуры можно отнести, например, неточность изготовления и установки объектива, несовпадение истинного фокусного расстояния с реальным (например, при номинале 800 мм, истинное значение фокусного расстояния может быть на несколько мм больше или меньше номинала), неточность установки отсчета времени в аппаратуре (например, при синхронизации времени вручную) и т.п.The mentioned accuracy / error in setting the parameters of the shooting equipment can be attributed, for example, inaccuracy in the manufacture and installation of the lens, mismatch between the true focal length and the real one (for example, at a nominal of 800 mm, the true value of the focal length can be several mm more or less than the nominal), inaccuracy setting the time reference in the equipment (for example, when synchronizing time manually), etc.
Опишем технический эффект предлагаемого изобретения.We describe the technical effect of the invention.
Предложенное техническое решение обеспечивает точное определение истинных точек пространства, из которых производилась съемка с КА подстилающей поверхности планеты, вокруг которой обращается КА. В качестве планеты обращения КА может рассматриваться как Земля, так и Луна и Марс.The proposed technical solution provides an accurate determination of the true points of space from which the satellite was shot from the underlying surface of the planet around which the spacecraft revolves. As the planet of revolution of the spacecraft, both the Earth and the Moon and Mars can be considered.
Достижение данного технического результата обеспечивает возможность реализации гарантированной высокоточной привязки выполненных с КА снимков подстилающей поверхности к точкам выполнения съемки. Особенно важность указанного положительного эффекта проявляется при применении предлагаемого технического решения в случаях, когда возможная некорректная привязка регистрируемых на снимках данных может явиться причиной их неправильной интерпретации и/или привести к ущербу в результате действий, принятых из-за указанной неверной интерпретации данных.Achieving this technical result makes it possible to implement guaranteed high-precision binding of images of the underlying surface made from the spacecraft to the points of the survey. The importance of this positive effect is especially manifested when applying the proposed technical solution in cases where a possible incorrect binding of the data recorded on the images may cause their incorrect interpretation and / or lead to damage as a result of actions taken due to the specified incorrect interpretation of the data.
Промышленное исполнение существенных признаков, характеризующих изобретение, не является сложным и может быть выполнено по известным технологиям.Industrial execution of the essential features characterizing the invention is not complicated and can be performed using known technologies.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019103515A RU2711775C1 (en) | 2019-02-07 | 2019-02-07 | Method of tying aerial photographs of the earth surface |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019103515A RU2711775C1 (en) | 2019-02-07 | 2019-02-07 | Method of tying aerial photographs of the earth surface |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2711775C1 true RU2711775C1 (en) | 2020-01-22 |
Family
ID=69184036
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019103515A RU2711775C1 (en) | 2019-02-07 | 2019-02-07 | Method of tying aerial photographs of the earth surface |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2711775C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2400406C1 (en) * | 2009-07-02 | 2010-09-27 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | System of constructing local vertical of spacecraft in orbital orientation |
| US20150353205A1 (en) * | 2008-04-11 | 2015-12-10 | Nearmap Australia Pty Ltd | Systems and methods of capturing large area images in detail including cascaded cameras and/or calibration features |
| RU2640944C2 (en) * | 2016-04-12 | 2018-01-12 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Method of determining ring wave source coordinates on water surface from spacecraft |
| RU2654883C2 (en) * | 2016-08-30 | 2018-05-23 | Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Method of produced from spacecraft earth surface images temporal reference determining |
-
2019
- 2019-02-07 RU RU2019103515A patent/RU2711775C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150353205A1 (en) * | 2008-04-11 | 2015-12-10 | Nearmap Australia Pty Ltd | Systems and methods of capturing large area images in detail including cascaded cameras and/or calibration features |
| RU2400406C1 (en) * | 2009-07-02 | 2010-09-27 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | System of constructing local vertical of spacecraft in orbital orientation |
| RU2640944C2 (en) * | 2016-04-12 | 2018-01-12 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Method of determining ring wave source coordinates on water surface from spacecraft |
| RU2654883C2 (en) * | 2016-08-30 | 2018-05-23 | Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Method of produced from spacecraft earth surface images temporal reference determining |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Беляев М.Ю. Научные эксперименты на космических кораблях и орбитальных станциях - М.: Машиностроение, 1984, с. 236. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8301377B2 (en) | Image navigation method using parametric systematic error correction | |
| Mulawa | On-orbit geometric calibration of the OrbView-3 high resolution imaging satellite | |
| CA2925850C (en) | Target direction determination method and system | |
| Poli | A rigorous model for spaceborne linear array sensors | |
| RU2654883C2 (en) | Method of produced from spacecraft earth surface images temporal reference determining | |
| Languille et al. | Sentinel-2 geometric image quality commissioning: First results | |
| Tournadre et al. | UAV photogrammetry to monitor dykes–calibration and comparison to terrestrial LiDAR | |
| Tadono et al. | Calibration and validation of PRISM onboard ALOS | |
| Poli | General model for airborne and spaceborne linear array sensors | |
| RU2749194C1 (en) | Method for remote determination of the coordinates of the location of a ground (above-water) object | |
| Wierzbicki et al. | Determining the elements of exterior orientation in aerial triangulation processing using UAV technology | |
| Oberst et al. | Astrometric observations of Phobos and Deimos with the SRC on Mars Express | |
| RU2711775C1 (en) | Method of tying aerial photographs of the earth surface | |
| RU2712781C1 (en) | Method of capturing images of an underlying surface from an orbital spacecraft | |
| HENIZE | Tracking artificial satellites and space vehicles | |
| CN104296726A (en) | Double-area array push-broom three-dimensional surveying and mapping method and system | |
| JP2006036009A (en) | Position coordinate indicating method of geostationary satellite and coordinates indicating device using it | |
| RU2711834C1 (en) | Method for determination of spacecraft orbit with equipment for shooting underlaying surface | |
| RU2709978C1 (en) | Method for determining the orbit of a spacecraft with equipment for capturing an underlying surface | |
| Avanesov et al. | Autonomous strapdown stellar-inertial navigation systems: Design principles, operating modes and operational experience | |
| RU2729339C1 (en) | Method for determination of spacecraft orbit | |
| Wan et al. | Descent trajectory recovery of Chang’e-4 lander based on descent images | |
| Deltsidis et al. | Orthorectification of World View 2 stereo pair using a new rigorous orientation model | |
| US12028654B1 (en) | System and method for generating a plurality of celestial image features from a plurality of images of a sky | |
| Jansen-Sturgeon et al. | FireOPAL: Continental-scale Coordinated Observations of the OSIRIS-REx Flyby |