СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ СЪЕМКИ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ИЗ КОСМОСА Российский патент 2004 года по МПК G01C11/00 B64G1/10 

Предлагаемый “Способ проведения съемки земной поверхности из космоса” относится к космической технике, конкретно к методам съемок земной поверхности из космоса установленной на автоматическом космическом аппарате (КА) оптико-электронной камерой (ОЭК) в режиме сканирования “push-broom”.

Съемку земной поверхности обычно проводят при ориентации оптической оси камеры в направлении вертикали в надир (т.е. по радиус-вектору центра масс Земли) или при заданном угловом отклонении оптической оси ОЭК от вертикали. Перед проведением сеанса съемки КА ориентируют в требуемое угловое положение и проводят сеанс съемки.

Известен способ, когда ориентирование КА в требуемое положение проводят по информации, полученной от оптического прибора - построителя местной вертикали (см., например, Ивандиков Я.М. Оптические приборы наведения и ориентации космических аппаратов. - М.: Машиностроение, 1979, с. 79). Погрешность ориентирования в требуемое положение данного способа составляет ~1-2° (см. с.94 приведенного выше источника информации). В этом случае, если на снимке отсутствуют опознаваемые объекты, у которых известны их земные координаты с хорошей точностью, погрешность привязки снимка к земной поверхности составит, например, для высоты орбиты 600 км порядка 10-20 км. Такое может случиться при проведении съемок в акваториях океанов (морей) или на суше, где на местности отсутствуют объекты, которые можно было бы использовать в качестве реперных точек при привязке снимка к земным координатам.

Существует способ, когда для получения на снимке опознаваемых объектов с известными координатами (реперов) с целью улучшения точности привязки снимка на КА устанавливают камеру с большой полосой захвата (см. Инженерный справочник по космической технике/ Под редакцией А.В.Солодова. - Военное издательство МО СССР, 1977, с. 362 и 363). Данный способ имеет тот недостаток, что в составе КА имеется несколько камер, из которых только одна применяется по целевому назначению, т.е. КА имеет избыточный вес. Кроме того, и в этом случае точная привязка возможна только тогда, когда в поле зрения камеры с большой полосой захвата имеются опознаваемые объекты (реперы) с их известными координатами. И еще, степень разрешения снимка обратно пропорциональна размеру полосы захвата, что затрудняет идентификацию опознаваемых объектов и понижает точность привязки в связи с малой степенью разрешения снимка.

Известен способ, когда на КА устанавливают звездный фотоаппарат для определения точной ориентации КА (оптической оси ОЭК) в сеансе съемки (см. Новости космонавтики. Т.6 №26/141 от 16-31 декабря 1996, с. 42). Данный способ имеет тот недостаток, что звездный фотоаппарат не дает дополнительно никакой информации, кроме как по ориентации КА в пространстве.

Данный недостаток предлагается устранить следующим образом: на КА устанавливают камеру наблюдения (обзора) космического пространства (одну или несколько), которая при целевом использовании дает информацию о наличии в околоземном пространстве “космического мусора”, о космических объектах естественного и искусственного происхождения и т.д. При совместном проведении сеансов съемки космического пространства и земной поверхности можно с хорошей точностью определить ориентацию КА при проведении съемки за счет попадающих в поле зрения камеры обзора космического пространства небесных светил (звезд), координаты которых известны с высокой точностью. Данное уточнение можно проводить как на Земле при обработке полученных снимков, так и на борту КА.

В этом случае наряду со снимками земной поверхности дополнительно получают информацию по объектам, находящимся в околоземном космическом пространстве, т.е. расширяются функциональные возможности КА.

Погрешность привязки снимка к земной системе координат за счет неточности определения углового положения КА в этом случае будет определяться инструментальной погрешностью определения координат небесных светил (звезд) камерой обзора космического пространства. Для современных камер эта величина составляет ~2-5 угл. сек; погрешностью определения угла между оптическими осями камер обзора космического пространства и съемки земной поверхности в строительных осях КА. Современные средства измерений позволяют определять эту величину с погрешностью ~1 угл. мин.

Суммарная погрешность составит (в предположении, что эти случайные величины подчинены нормальному закону распределения) ~1,0 угл. мин.

В этом случае точность привязки снимка к земной системе координат за счет погрешности определения углового положения КА для высоты орбиты 600 км составит не более 170 м.

Фактическое относительное расположение оптических осей установленных на КА камер съемки земной поверхности и обзора космического пространства (угол между этими осями) можно определить путем проведения съемки района земной поверхности, имеющего опознаваемые объекты (реперы), координаты которых известны, и совместного с ним сеанса обзора космического пространства с наблюдением небесных светил. В этом случае угол между оптическими осями камер будет определен для КА, который находится на этапе штатной эксплуатации, т.е. исключаются возможные изменения этого угла на этапах наземного хранения, подготовки к пуску и режима полета КА в составе ракеты-носителя. Подобные сеансы можно проводить периодически, тем самым периодически корректировать фактическое значение угла между оптическими осями камер.

Оценим точность определения угла между оптическими осями камер в этом случае. На чертеже приведена схема определения погрешности угла между осями камер, где Δ_КА - погрешность определения координат центра масс КА; Δ_о - угловая погрешность оси камеры обзора; Δ_с - степень разрешения съемки; Н - высота полета КА; α - угловая погрешность оси камеры съемки.

Из данного рисунка легко определить:

Погрешность определения угла между осями камер Δ_к в предположении, что Δ_о, Δ_КА и Δ_с подчинены нормальному закону, равна:

Для числовых величин Δ_о=5 угл. мин, Δ_с=20 м, Δ_КА=10 м, Н=600 км получим

Для данной величины Δ_к погрешность привязки снимка к земным координатам составит ~32 м.

Изобретение относится к области космической техники, а именно к методам съемок земной поверхности из космоса. Способ включает проведение съемки земной поверхности из космоса установленной на космическом аппарате (КА) оптико-электронной камерой. На КА устанавливают камеру обзора космического пространства. Перед проведением сеанса съемки земной поверхности ориентируют КА в требуемое угловое положение. Проводят совместно сеансы съемки земной поверхности и обзора космического пространства и по полученной от сеанса обзора космического пространства информации уточняют угловую ориентацию КА в сеансе и привязку снимка к земной системе координат. Технический результат состоит в расширении функциональных возможностей космического аппарата, повышении точности привязки снимка к земным координатам. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ проведения съемки земной поверхности из космоса установленной на космическом аппарате (КА) оптико-электронной камерой, отличающийся тем, что на КА устанавливают камеру обзора космического пространства, перед проведением сеанса съемки земной поверхности ориентируют КА в требуемое угловое положение, проводят совместно сеансы съемки земной поверхности и обзора космического пространства и по полученной от сеанса обзора космического пространства информации уточняют угловую ориентацию КА в сеансе и привязку снимка к земной системе координат.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что проводят совместно съемки космического пространства и области земной поверхности с реперами (наземными объектами, координаты которых известны) и по результатам съемок уточняют фактический угол между оптическими осями камер обзора космического пространства и съемки земной поверхности.