Высокоточная полетная калибровка по незаданным маркерам

Abstract

Польотне геометричне калібрування (далі — калібрування) тут трактується як процедура уточнення параметрів взаємної орієнтації бортової знімальної камери і зоряного датчика космічного апарата. Задача калібрування розв’язується за спостереженнями наземних маркерів з орбіти. У цій роботі спостережувані маркери вважаються незаданими в тому сенсі, що їх можна розпізнати на кількох знімках, їх можна асоціювати з синхронними даними зоряного датчика і GPS, але їх місцезнаходження в земній системі координат невідоме. При використанні невідомих маркерів складніше забезпечити високу точність калібрування, ніж при наявності координатно прив’язаних маркерів. У цій ситуації удосконалення бортових приладів і пристроїв і підвищення їх точності посилює бажаність узгодження досяжної точності алгоритмів калібрування з наявною точністю вимірювань. Це стосується як власне калібрування, так і координатної прив’язки невідомих наземних об’єктів з використанням результатів калібрування. Зокрема, важливо розглянути, як точність калібрування залежить від точності конкретних вимірювань і початкових даних. Основний засіб досліджень — комп’ютерне моделювання і аналіз його результатів. Актуальність розглядуваної задачі беззаперечна. Без її розв’язання залучення високоточних вимірювань втрачає сенс. Для обробки рівнянь вимірювання при калібруванні пропонується комбінований алгоритм. Він складається з двох незалежних частин. Перша з них розроблена автором цієї роботи і ґрунтується на фотограмметричній умові колінеарності. Друга частина розроблена Д.В. Лебедєвим і спирається на фотограмметричну умову компланарності. Для розв’язання рівнянь вимірювання використовується метод оцінювання стану з високими характеристиками збіжності — «розмитий» спостережник стану. Результати вищезгаданого калібрування цілком придатні для координатної прив’язки невідомих наземних об’єктів з прийнятною точністю. Комп’ютерне моделювання продемонструвало хорошу точність алгоритмів польотного геометричного калібрування і координатної прив’язки у поєднанні з високоточними характеристиками використовуваних вимірювальних засобів. Моделювання показало точність калібрування на рівні 5 с дуги, а точність координатної прив’язки — на рівні 10–20 м. Це цілком порівнюване з точністю при спостереженнях координатно при­в’язаних маркерів.An in-flight geometric calibration (further — calibration) is interpreted here as a procedure of making more preceise mutual attitude parameters of the onboard imaging camera and the star tracker. The problem of calibration is solved with using of observations of the landmarks from the orbit. In this work, the landmarks are considered as unknown in the sense that they may be identified on the several snapshots, they may be associated with synchronous data of the star tracker and GPS, but their location in the Earth coordinate frame is unknown. While unknown markers are used, it is more complicated to provide high accuracy of calibration than when geo-referenced markers are observed. In such a situation, improvement of the onboard devices and gauges and increasing of their accuracy strenghtens advisability of agreement of attainable accuracy of calculations while in-flight geometric calibration with accessible measurings accuracy. It concerns properly calibration so as geo-referencing of space snaps using results of calibration. In particular, it is important to consider how accuracy of calibration depends on the accuracy of specific measurings and initial data. Actuality of the considered problem is indisputable. Without its solution, attraction of high-accurate measurings is senseless. A main means of investigation is computer simulanion and analysis of its results. The combined algorithm is proposed for the processing of the calibration measuring equations. It consists of two independent parts. The first one belongs to author of this work and is based on photogrammetric condition of collinearity The second part belongs to D.V. Lebedev and is based on photogrammetric condition of coplanarity. The method of state estimation with high convergence characteristics — fuzzy state observer — is used for resolving of measuring equations. The results of above-mentioned calibration are fully fit for the geo-referencing of the unknown ground objects with acceptable accuracy. Computer simulation had demonsrated good accuracy of the proposed method of the in-flight geometric calibration using unknown landmarks in a combination with high-precise characteristics of used technical means. The simulation had shown the calibration accuracy on the level of 5 arc sec and accuracy of the geo-referencing on the level of 10–20 m. It is fully comparable with accuracy when geo-referenced markers are observated.