Тема Эффект Аппаратно-программное повышение эффективности космических исследований Земли и других планет

Гос.рег. № 0120.0 511040

Научный руководитель: д.т.н. Зиман Я.Л.

1. Предложен и исследован метод синтеза многосенсорных видеоданных различного пространственного разрешения

Предложенный метод основан на совмещении видеоданных всех съемочных систем на общем базисе – системе классов, распознаваемых на изображениях, полученных съемочной системой наиболее высокого разрешения. В качестве основных факторов, влияющих на ошибки синтеза, проанализированы неоднородность снимаемых объектов и аппаратурные погрешности: радиометрический шум, ошибки геометрического совмещения видеоданных и ошибки задания функции рассеяния точки (ФРТ) съемочной системы. Показано, что наиболее критичными факторами с точки зрения радиометрической точности синтеза являются неоднородность снимаемых объектов и ошибки геометрического совмещения. Для уменьшения ошибок восстановления спектров малых объектов используются методы регуляризации.

Пример синтезирования зональных изображений ASTER различного разрешения: а – изображение в каналах видимого и ближнего ИК диапазонов (размер пиксела 15 м): R: 0.63-0.69 мкм, G: 0.76-0.86 мкм, B: 0.52-0.60 мкм; b – изображение в каналах коротковолнового ИК диапазона (размер пиксела 30 м): R: 1.6-1.7 мкм, G: 2.235-2.285 мкм, B: 2.36-2.43 мкм; c – изображение в каналах теплового ИК диапазона (размер пиксела 90 м): R: 8.125-8.475 мкм, G: 8.925-9.275 мкм, B: 10.25-10.95 мкм; d – синтезированное изображение (размер пиксела 15 м): R: 2.235-2.285 мкм, G: 0.63-0.69 мкм, B: 10.3-11.0 мкм

Публикации

1. Б.С. Жуков. Метод синтеза многосенсорных видеоданных различного пространственного разрешения. В сб.: Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, М., 2007. Вып.4, т.1, 44-51.

2. Б.С. Жуков. Радиометрическая точность метода синтеза многосенсорных видеоданных различного пространственного разрешения. Пятая Юбилейная Открытая Всероссийская конференция "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса". М., ИКИ РАН, 12-16 ноября 2007 г. Сборник тезисов конференции.

2. Предложен метод стереообработки разновременных снимков одного и того же объекта и учета его изменений.

Метод основан на стересъемке объектов на выбранном базисе в разные моменты времени. Интервал между съемками должен быть достаточным для проявления изменений. Измеряется длина базиса и для каждой стереопары строится фотограмметрическая модель. Разновременные модели ориентируются по неподвижным точкам и измеряются изменения в каждой точке трехмерной поверхности.

Программно-математическое обеспечение, полученное в ходе обработки результатов наземных съемок, может быть применено к материалам аэрокосмической съемки поверхностей планет.

Публикации

1. Р. Н. Гельман, А. В. Никитин О построении и совмещении разновременных фотограмметрических моделей получаемых по материалам наземной стереофотосъемки, Геодезия и Картография 2007г.

3. Разработано аппаратно-программного комплекса наземной отработки многозональных камер АКДЗ и КМСС.

Используемый принцип цифровой съемки, основанный на регистрации и передаче изображения посредством линейных ПЗС-детекторов, который был реализован в приборах АКДЗ и КМСС, потребовал создания аппаратно-программного комплекса (АПК), необходимого для регистрации и записи видеоданных высокоскоростных каналов обмена (до 800 Мбит/с) в режиме реального времени.

Современный АПК, удовлетворяющий указанным требованиям, построен на базе современного ПЭВМ платформы Intel и состоит из следующих функциональных частей:

- пульт оператора;

- устройство управления и регистрации:

§ системная плата с ЦПУ;

§ плата расширения интерфейса видеоданных стандарта Camera Link;

§ контроллер накопителей шины данных PCI и массив жестких дисков;

- блок адаптера видеоинтерфейса Camera Link и целевой аппаратуры;

Внешний вид АПК

Основные аппаратные характеристики АПК АКДЗ и КМСС

	АПК АКДЗ (2003 г.)	АПК КМСС (2006 г.)
Интерфейс видеоданных	CameraLink ™	CameraLink ™
Интерфейс управления	RS232 в составе CameraLink	МКО (MIL STD-1553B)
Информационный поток	до 72 Мбайт/с (576 Мбит/с)	до 12 Мбайт/с (96 Мбит/с)
Время непрерывной съемки	до 12 часов	не предъявляется
Управление прибором в реальном времени	да	да

Разработанное специальное программное обеспечение АПК АКДЗ и КМСС позволяет проводить визуальный контроль принимаемых видеоданных и возможность изменения набора параметров управления приборов АКДЗ и КМСС в режиме реального времени. Созданный аппаратно-программный комплекс позволяет решать широкий спектр задач по наземной отработке приборов дистанционного зондирования Земли авиационного и космического применения.

4. Оптимизированы точностные характеристики датчиков звездной ориентации

Исследованы и оптимизированы подходы к улучшению точностных характеристик датчиков звездной ориентации:

· Увеличение фокусного расстояния прибора

· Математическая обработка последовательности углов ориентации

· Повышение точности астроориентации за счет учета методических составляющих погрешности

· Использование аппроксимации изображений звезд двумерной функцией распределения яркости

· Совместная обработка данных, полученных двумя приборами.

Технические характеристики

Масса, кг 3,9

Габариты, мм 310 х 230 х 235

Энергопотребление, Вт 15

Частота обновления

информации, Гц 0,3

Точность определения

направления на звезды

(3σ), угл. сек 2

Выходная информация: Параметры ориентации осей прибора в инерциальной системе координат.

БОКЗ-М

Публикации

2. Аванесов Г.А. Красиков В.А. Никитин А.В. Исследование точностных характеристик датчиков астроориентации КА семейства БОКЗ-М Космическое приборостроение Россия Таруса 7-9 июня 2006 г.

3. Аванесов Г.А. Красиков В.А. Никитин А.В. Фильтрация данных астроориентации при определении угловых элементов внешнего ориентирования данных ДЗЗ Россия Москва ИКИ РАН 12-16 ноября 2007 г.

5. Разработан стенд для моделирования работы спутникового приборов звездной ориентации в наземных условиях

Изготовлен стенд динамических испытаний приборов звездной ориентации. Разработано программное обеспечение стенда динамических испытаний (СДИ), позволяющее моделировать изображение звездного неба при движении КА по орбите с заданными параметрами. При этом учитывается матрица установки прибора относительно строительных осей КА. Также моделируется движение вокруг центра масс КА, при угловом вращении маховиков, расположенных вдоль строительных осей аппарата. Реализована возможность учета фотограмметрической дисторсии коллиматора стенда. На СДИ моделируется воздействие следующих факторов:

1. Засветка прибора Солнцем
2. Воздействие протонов на прибор
3. Частицы газо-пылевой атмосферы КА, подсвеченные Солнцем

Публикации

1. Аванесов Г.А. Кондратьева Т.В. Никитин А.В. Шамис В.А Моделирование работы приборов звездной ориентации в наземных условиях Космическое приборостроение Россия Таруса 7-9 июня 2006 г.

2. Василейский А.С.. Куркина А.Н. Никитин А.В. Шамис В.А Моделирование навигационных измерений и их обработка для географической привязки видеоданных ДЗЗ Россия Москва 12-16 ноября 2007 г.

6. Проведены работы по поиску оптимальной конфигурации солнечного датчика

На этапе поиска оптимальной конфигурации прибора ОСД проводились работы по отработке программного обеспечения прибора с использованием стенда геометрической калибровки и испытаний ОСД. Цель проведения работ – проверка правильности работы ПО ОСД и его возможная оптимизация.

После анализа результатов отработки программного обеспечения ОСД на стенде в алгоритм прибора введены операторы, позволяющие улучшить качество работы прибора и точность определения направления на источник света на краях поля зрения. По результатам отработки ПО ОСД на стенде с использованием поворотных устройств разработан и введен в алгоритм ПО ОСД фильтр, обеспечивающий требуемую точность определения параметров направления в условиях изменяющейся освещенности оптического элемента.

Штатный образец оптического солнечного датчика,
закрепленный на транспортной плите

Часть работ по поиску оптимальной конфигурации солнечного датчика проводилась на стенде геометрической калибровки и испытаний солнечного датчика с использованием поворотных устройств, позволяющих имитировать изменение направления на источник света по двум осям.

Испытания ТО ОСД с использованием поворотных устройств

Публикации

1. Дроздова Т.Ю Красиков В.А. Никитин А.В. Сравнительный анализ точности измерения координат направления на Солнце, полученных с помощью оптического солнечного датчика ОСД и звездного координатора БОКЗ-М. Космическое приборостроение Россия Таруса, 7-9 июня 2006 г.

2. Аванесов Г.А., Дроздова Т.Ю., Куделин М.И., Никитин А.В., Форш А.А. Оптический солнечный датчик. /Интегрированные навигационные системы. Материалы XIV Санкт-Петербургской международной конференции. 28-30 мая, Санкт-Петербург

Б.С. Жуков. Радиометрическая точность метода синтеза многосенсорных видеоданных различного пространственного разрешения. Пятая Юбилейная Открытая Всероссийская конференция "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса". М., ИКИ РАН, 12-16 ноября 2007 г. Сборник тезисов конференции.

1. Аванесов Г.А. Красиков В.А. Никитин А.В. Исследование точностных характеристик датчиков астроориентации КА семейства БОКЗ-М Космическое приборостроение Россия Таруса 7-9 июня 2006 г.

2. Аванесов Г.А. Кондратьева Т.В. Никитин А.В. Шамис В.А Моделирвание работы приборов звездной ориентации в наземных условиях Космическое приборостроение Россия Таруса 7-9 июня 2006 г.

3. Дроздова Т.Ю Красиков В.А. Никитин А.В. Сравнительный анализ точности измерения координат направления на Солнце, полученных с помощью оптического солнечного датчика ОСД и звездного координатора БОКЗ-М. Космическое приборостроение Россия Таруса, 7-9 июня 2006 г.

4. Р. Н. Гельман, А. В. Никитин О построении и совмещении разновременных фотограмметрических моделей получаемых по материалам наземной стереофотосъемки, Геодезия и Картография 2007г.

1. Разработана и испытана аппаратура помехоустойчивого кодирования с высоким энергетическим выигрышем для сверхскоростных спутниковых каналов

На основе новой общей теории алгоритмов помехоустойчивого кодирования, построенных на принципах глобальной оптимизации функционалов, в ИКИ РАН создана аппаратура помехоустойчивого кодирования, реализующая алгоритмы многопорогового декодирования (МПД), опережающая аналогичные зарубежные разработки на 5-7 лет. Отечественное космическое приборостроение для дистанционного зондирования Земли и других приложений теперь обеспечено такими программными и аппаратными средствами защиты от ошибок при передаче данных по высокоскоростным космическим и спутниковым каналам, характеристики которых по быстродействию и другим параметрам не имеют сопоставимых аналогов в стране и за рубежом.

Созданная аппаратура повышает кпд цифровых каналов в 3÷10 и более раз.

Теоретические основы метода изложены в монографии:

В.В.Золотарёв Теория и алгоритмы многопорогового декодирования, «Радио и связь» и «Горячая линия – Телеком», Москва, 2006 г., 270с., и в публикациях 2007 г.:

Д.т.н. Золотарёв В.В. Тел. 333-45-45 zolotasd@yandex.ru

2.Созданы новые модификации алгоритмов особо надёжного хранения цифровых данных с повышенным уровнем контроля и достоверности

На базе новых патентуемых в настоящее время оптимизационных процедур помехоустойчивого кодирования в ИКИ РАН созданы методы особо надёжного хранения данных и наиболее важных файлов, использующие особые модификации алгоритмов многопорогового декодирования (МПД) которые по скорости контроля ошибок и восстановления искажённой информации в сверхбольших базах данных не имеют аналогов. По быстродействию разработанная система кодирования оказывается почти на 2 порядка более быстрой, чем подобные ей зарубежные системы. Характеристикам МПД по противодействию возможным искажениям среди других известных алгоритмов аналогов в мире нет.

За рубежом исследования для кодов такого типа даже не ведутся.

Новая система кодирования обеспечивает дополнительное повышение достоверности хранения и восстановления данных примерно на 2÷3 десятичных порядка даже относительно уникальной системы кодирования для баз данных, которая была создана в ИКИ РАН 2 года назад.

Теоретические основы метода изложены в монографии:

В.В.Золотарёв. Теория и алгоритмы многопорогового декодирования, «Радио и связь» и «Горячая линия – Телеком», Москва, 2006 г., 270с., и в публикациях 2007 г.:

В.В.Золотарёв - Обобщение алгоритма МПД на недвоичные коды.- «Мобильные системы», №3, 2007г, с.39-42.

Д.т.н. Золотарёв В.В. Тел. 333-45-45 zolotasd@yandex.ru