Методы высокоточной геометрической обработки информации от современных систем космического зондирования Земли тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, доктор наук Егошкин Николай Анатольевич

• Егошкин Николай Анатольевич
• доктор наук
• 2019

Оглавление диссертации доктор наук Егошкин Николай Анатольевич

Введение

1. Анализ проблемы геометрической обработки информации

в современных системах космического зондирования Земли

1.1. Исследование системных связей и принципов функционирования современных систем космического зондирования Земли

1.2. Модели координатного соответствия при формировании

и обработке изображений

1.3. Общность и различия систем космической съемки

в оптическом и радиолокационном диапазонах

1.4. Актуальные направления исследований по созданию новых эффективных технологий обработки данных космического зондирования Земли

Основные результаты

2. Методы повышения точности координатной обработки космических изображений на основе идентификации динамических моделей съёмки Земли

2.1. Общая идея применения методов идентификации динамических систем для повышения точности координатной обработки

2.2. Методы динамической фильтрации навигационной информации о положении и ориентации спутника

2.3. Повышение точности обработки навигационной информации от систем наблюдения Земли на основе избыточности измерений

2.4. Особенности обработки параметров функционирования систем с механической разверткой изображений

2.5. Метод высокоточной координатной обработки на основе

идентификации динамических моделей по опорной информации

2.6. Идентификация динамических моделей при трансформации

многоскановых изображений

Основные результаты

3. Математическое и алгоритмическое обеспечение обработки данных от систем глобального наблюдения Земли

3.1. Математическое обеспечение обработки изображений от систем глобального наблюдения Земли

3.2. Алгоритмы и технология предполетной калибровки съёмочной аппаратуры по опорным объектам

3.3. Алгоритмы относительной калибровки съёмочной аппаратуры

на основе сопоставления изображений одноименных сцен

3.4. Алгоритмы геодезической привязки изображений по контурным точкам диска Земли

3.5. Алгоритмы и технология геодезической привязки изображений по электронным картам

Основные результаты

4. Метод высокоточного определения трехмерных координат объектов в космических системах радиолокационного наблюдения Земли

4.1. Проблемные вопросы обработки информации от радиолокационных систем космического зондирования

4.2. Высокоточные геометрические преобразования радиолокационных изображений при интерферометрии

4.3. Комбинированные алгоритмы выявления разрывов фазы

4.4. Алгоритм развертывания фазы с учетом опорного рельефа

4.5. Уточнение пространственной базы по интерферограмме

Основные результаты

5. Повышение геометрического качества изображений на основе неравномерной дискретизации и коррекции расфокусировки

5.1. Подход к повышению пространственного разрешения съёмки на основе объединения информации от субпиксельно смещенных фотоприёмников в условиях геометрических искажений

5.2. Спектральный подход к оптимальному (по пространственному и радиометрическому разрешению) объединению информации от субпиксельно смещенных фотоприёмников

5.3. Оптимизация расположения линеек фотоприёмников в фокальной плоскости и процедуры объединения информации

5.4. Коррекция смаза и расфокусировки многоскановых изображений на основе анализа геометрической модели съёмки

и изображений точечных объектов

5.5. Оценивание функции рассеяния точки и выравнивание пространственного разрешения съёмки для перекрывающихся изображений

Основные результаты

6. Точностной анализ и реализация методов высокоточной геометрической обработки информации от современных систем космического зондирования Земли

6.1. Экспериментальное подтверждение эффективности методов на основе идентификации динамических моделей измерительной и опорной информации

6.2. Экспериментальное подтверждение эффективности математического и алгоритмического обеспечения обработки данных

от систем глобального наблюдения Земли

6.3. Экспериментальное подтверждение эффективности метода

высокоточного определения трехмерных координат объектов для систем радиолокационного наблюдения Земли

6.4. Экспериментальное подтверждение повышения геометрического качества изображений на основе неравномерной дискретизации и коррекции расфокусировки

6.5. Реализация технологий высокоточной геометрической обработки изображений от современных систем космического зондирования Земли

Основные результаты

Основные результаты работы

Список литературы

Приложение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы высокоточной геометрической обработки информации от современных систем космического зондирования Земли»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Космические системы дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) имеют важное значение для народного хозяйства и обороноспособности страны. В настоящее время созданы и активно развиваются различные по характеристикам и принципам функционирования системы ДЗЗ. Федеральная космическая программа на 2016-2025 годы предусматривает увеличение количества действующих спутников наблюдения Земли с 8 до 23 [1]. Планируется создание и совершенствование систем ДЗЗ: высокого и среднего разрешения [2-11], глобального наблюдения Земли [12-16], тепловых [17], радиолокационных [18-23] и гиперспектральных [24, 25]. Разрабатывается уникальная система «Арктика-М» для наблюдения с высокой эллиптической орбиты за стратегически важным для России арктическим регионом [14, 26-28]. В рамках государственных оборонных заказов активно ведутся работы по созданию космических систем ДЗЗ специального назначения.

В системах ДЗЗ общепринято выделять космический и наземный сегменты [29-32]. Космический сегмент - это сам космический аппарат (КА) с различными бортовыми системами, в том числе средствами наблюдения Земли и навигационной аппаратурой. Бортовые системы во многом определяют качество изображений от системы ДЗЗ. Наземный сегмент включает средства приёма, обработки и распространения информации [33]. От него также существенно зависит качество выходных информационных продуктов. Первоочередная задача наземной обработки данных ДЗЗ - это адекватное описание характеристик объектов наблюдаемой сцены [34-37].

В последние годы рядом стран созданы принципиально новые системы ДЗЗ: высокодетальные (с разрешением до 0.3м), гиперспектральные (десятки и сотни каналов видимого и инфракрасного излучения), радиолокационные, глобального наблюдения Земли. Россия несколько отстаёт в области создания современных систем ДЗЗ [38]. Сказываются последствия низкого финансирования НИОКР в данном направлении в 90-х годах прошлого столетия, приведшие к отставанию в области создания оптоэлектронной элементной базы и средств

наземных комплексных испытаний съёмочной аппаратуры. Сегодня эта ситуация усугубляется санкциями зарубежных стран на поставку в Россию современной оптоэлектронной элементной базы. Для восстановления паритета России в области ДЗЗ в настоящее время активно ведутся работы по созданию принципиально новых конструкций систем наблюдения Земли с использованием отечественной элементной базы. Планируется для различных типов систем ДЗЗ достичь мировой уровень качества съёмки, а по ряду показателей превзойти его [2, 3, 5, 39]. В связи с этим возникает необходимость создания математических моделей построения и функционирования таких систем. Особое значение приобретает разработка новых прорывных подходов к обработке информации от отечественных систем ДЗЗ, позволяющих получить высококачественные изображения с использованием аппаратуры, построенной исключительно на отечественной элементной базе.

Одной из основных функций наземного сегмента систем ДЗЗ является геометрическая обработка изображений, нацеленная на получение снимков, геометрически подобных наблюдаемой сцене [32, 33]. Необходимо с максимально возможной точностью установить соответствие между координатами одноименных объектов на снимках и на поверхности Земли. Это позволяет различным потребителям получать достоверную информацию о координатах, углах, длинах, площадях и других характеристиках наблюдаемых объектов [40].

Геометрическое качество обработки характеризуется невязками между координатами одноименных объектов на изображении и наблюдаемой сцене. Формирование космических изображений с высоким пространственным разрешением, малыми внутрикадровыми искажениями и высокой точностью определения координат объектов земной поверхности является приоритетным направлением развития современных систем ДЗЗ. Геометрическая обработка - одна из основных и наиболее трудоёмкая операция наземного сегмента [32].

Таким образом, проблема высокоточной геометрической обработки информации от современных систем ДЗЗ является актуальной и требует проведения новых научных исследований. В диссертационной работе дается теоретиче-

ское обобщение и решение крупной научно-технической проблемы, связанной с созданием методов высокоточной геометрической обработки изображений от современных систем ДЗЗ, осуществляющих съёмку Земли в видимом, тепловом и радио диапазонах спектра с различными пространственным и спектральным разрешением (высокодетальное, обзорное, глобальное и гиперспектральное наблюдение). Эта проблема имеет важное государственное значение, поскольку нацелена на эффективное использование материалов космической съёмки на федеральном, региональном и отраслевом уровнях.

Степень разработанности темы. Сегодня в мире созданы и проектируются системы ДЗЗ самого различного принципа действия и целевого назначения. В рамках конкретных систем ДЗЗ создаются наземные центры приёма, обработки и распространения данных для различных потребителей. В этих центрах важная роль отводится геометрической обработке информации [32, 33]. Эта весьма сложная и ресурсоёмкая операция во многом определяет геометрическое качество выходных информационных продуктов (снимков).

В России созданием космических систем ДЗЗ занимаются известные предприятия ракетно-космической промышленности: Самарский Ракетно-космический центр «Прогресс» (высокодетальные оптические системы «Ре-сурс-ДК», «Ресурс-П», «Аист-2Д», радиолокационная система «Обзор-Р», системы специального назначения) [2-4, 18, 24]; НПО им. С. А. Лавочкина (системы глобального наблюдения Земли «Электро-Л», «Арктика-М») [14, 26, 28]; корпорация «ВНИИЭМ» (гидрометеорологические спутники «Метеор-М», системы «Канопус-В» и «Канопус-В-ИК») [5-12]; НПО машиностроения (радиолокационная система «Кондор») [21]; корпорация «Энергия» (системы наблюдения с международной космической станции); АО «Российские космические системы» и входящий в него Научный центр оперативного мониторинга Земли [15, 19, 20, 41, 42], НИИ точных приборов [43, 44] и др.

Вопросами наземной обработки информации помимо указанных организаций активно занимаются НИЦ космической гидрометеорологии «Планета», Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского, Институт космических

исследований РАН, Институт систем обработки изображений РАН, ЦНИИ машиностроения, Самарский университет им. академика С. П. Королёва, МГУ, МФТИ, МГТУ им. Н.Э. Баумана, НГТУ, ЮЗГУ, УлГТУ, РГРТУ, Госцентр «Природа», организации различных отраслей и ведомств (в том числе Министерства обороны РФ) [45-55].

Зарубежными лидерами в области создания систем ДЗЗ и обработки поступающей от них информации являются фирмы Lockheed Martin, GeoEye, DigitalGlobe, Ball Aerospace (США), Airbus Defence & Space, Spot Image (Евросоюз), а также национальные и совместные предприятия Индии, Китая, Кореи, Японии, Израиля, Испании, Италии, Франции, Германии, Канады.

Работы отечественных и зарубежных ученых и специалистов в области геометрической обработки изображений служат базой для решения задач, поставленных в диссертации. Вместе с тем при создании каждой системы ДЗЗ с новыми конструкциями датчиков возникает необходимость в разработке новых математических моделей их функционирования и методов обработки материалов съёмки. Необходимо выделить ряд перспективных, ещё мало исследованных научных направлений:

- уточнение навигационных данных и моделей съёмки по опорной информации с учетом анализа фактических погрешностей измерительной аппаратуры;

- организация идентификации на изображениях опорных объектов с учетом условий съёмки и особенностей наблюдаемой сцены;

- определение рельефа местности на основе фазовой информации радиолокационных изображений для повышения точности геодезической привязки локационных и оптических изображений;

- повышение качества изображений (особенно тепловизионных) за счет коррекции смаза и расфокусировки и методов неравномерной дискретизации;

- обеспечение идентичности координатно-яркостных характеристик изображений от различных спектральных каналов гиперспектральной съёмки.

Известные за рубежом решения по геометрической обработке изображений во многом основаны на качестве и стабильности съёмочной и навигационного аппаратуры, которые определяются технологическим уровнем производства. Так, системы ДЗЗ «Плеяды» (Франция) и WorldView-3 (США) обеспечивают точность определения координат объектов ~4 м без использования опорных точек местности [56-58]. Российский технологический уровень пока не обеспечивает необходимую стабильность характеристик аппаратуры и её улучшение в ходе наземных испытаний. Поэтому возникает необходимость в создании математических, технологических и других подходов к обработке информации ДЗЗ с учетом существующих погрешностей и нестабильностей отечественной аппаратуры.

Известны методы коррекции нестабильностей геометрических характеристик изображений на основе идентификации опорных ориентиров [32, 33, 59]. Однако сами методы идентификации являются эвристическими и имеют узкое применение для конкретных систем ДЗЗ и условий съёмки. Создание новых систем ДЗЗ заведомо требует разработки соответствующих методов идентификации опорных ориентиров. Подходы к оцениванию рельефа по радиолокационным изображениям (интерферометрия) также являются эвристическими [6163]. В последние годы стала доступна априорная информация о рельефе [64], но методы её использования для улучшения интерферометрии не разработаны.

Известны методы фильтрации навигационных измерений для увеличения их точности, основанные на предсказуемости изменения положения и ориентации спутника во времени [65, 66]. Однако параметры поведения во времени ошибок и измеряемых величин обычно не известны, поэтому алгоритмы фильтрации эвристически подбираются для каждой конкретной системы ДЗЗ. Аналогичная проблема имеет место при использовании наземных опорных ориентиров для уточнения геометрии съёмки. Известные подходы к геодезической привязке и трансформации изображений не позволяют адекватно описывать и корректировать высокочастотные (ВЧ) искажения снимков.

Значительное внимание за рубежом уделяется оцениванию функции рассеяния точки (ФРТ) съёмочной аппаратуры, позволяющей описать даже незначительный смаз и расфокусировку изображений [33, 67, 68]. В России для некоторых съёмочных систем значительные размеры ФРТ (пиксель и более) вызваны нештатным режимом работы систем управления движением и непрогнозируемыми деформациями фокальной плоскости оптических систем при запуске и эксплуатации КА. При этом ФРТ зависит от реализации геометрии съёмки, в результате известные алгоритмы оценивания и коррекции ФРТ оказываются не применимыми. Недостаточно раскрыты в публикациях вопросы высокоточного выравнивания ФРТ в различных каналах гиперспектральной аппаратуры.

За рубежом хорошо развита оптоэлектронная база, особенно для теплового инфракрасного (ИК) диапазона. Для тепловизионной съёмки там разработаны высокочувствительные линейки, включающие более тысячи фотоприемников (1500 в Ьапё8а1;-8, 2013 год). В России доступны только линейки фотоприёмников малой размерности (до 192), которые группируются в сборки для обеспечения приемлемого качества изображений [69]. Аналогичные подходы применялись за рубежом в спутниках предыдущих поколений [70], однако известные методы обработки данных для повышения качества устарели и не обеспечивают выполнения требований современных потребителей. Известны более общие и трудоёмкие подходы к повышению качества на основе техники сверхразрешения [71], однако они фактически не пригодны для высокоинформативных космических изображений.

Цель диссертации состоит в разработке новых методов высокоточной геометрической обработки информации от современных систем космического зондирования Земли, построенных на российской оптоэлектронной базе. Эти методы составляют теоретическую и методическую основу для создания наземных средств обработки для федеральных, отраслевых и региональных обрабатывающих центров России, в том числе в интересах министерства обороны.

Задачи. Поставленная цель достигается путем решения следующих основных задач:

- системный анализ проблемы геометрической обработки информации в современных системах ДЗЗ и выбор концептуальных направлений по совершенствованию методов обработки;

- создание методов обработки навигационной и другой бортовой измерительной информации для повышения точности знания скорости, координат, ориентации КА и параметров формирования изображений как функций времени;

- разработка методических основ высокоточной координатной обработки на основе теории идентификации динамических моделей съёмки по опорной информации;

- разработка методов идентификации опорных объектов для систем глобального наблюдения Земли, применимых при предполетной и полетной калибровке аппаратуры с двухкоординатной разверткой, а также на протяжении всего жизненного цикла космической системы;

- разработка методов интерферометрической обработки радиолокационных изображений для уточнения трехмерного рельефа местности и повышения качества геометрической обработки;

- разработка методов повышения и выравнивания пространственного разрешения изображений при наличии расфокусировки и скоростного смаза в условиях геометрических искажений сканерной съёмки;

- разработка методов объединения информации от субпиксельно смещенных линеек фотоприёмников для повышения пространственного и радиометрического разрешения съёмки.

Научная новизна. В диссертационной работе дается теоретическое обобщение и систематизированное решение научной проблемы высокоточной геометрической обработки данных от современных систем ДЗЗ, имеющей важное значение для геоинформационного обеспечения России на федеральном, отраслевом и региональном уровнях. Научная новизна выносимых на защиту положений предопределяется, главным образом, тремя обстоятельствами.

Во-первых, в настоящее время в стране отрасль космического ДЗЗ бурно развивается, появляются космические системы новых типов (глобального наблюдения, радиолокационные, гиперспектральные, высокодетальные), новые унифицированные спутниковые платформы и новая съёмочная аппаратура. Всё это порождает необходимость в решении новых задач анализа и обработки информации для создания стандартных принятых в международной практике информационных продуктов.

Во-вторых, рост вычислительной эффективности средств обработки позволяет повсеместно внедрять сложные и полностью автоматические методы поиска характерных объектов на изображениях и использовать полученную опорную информацию для улучшения качества геометрической обработки как при наземной калибровке съёмочной аппаратуры, так и в ходе её эксплуатации на орбите.

В-третьих, в условиях «импортозамещения» российские производители аппаратуры ДЗЗ вынуждены ориентироваться на отечественную элементную базу. Это требует разработки специальных методов повышения качества изображений для достижения мирового уровня тактико-технических характеристик проектируемых систем ДЗЗ.

Конкретно на защиту выносятся следующие новые научные положения и результаты.

1. Метод повышения точности навигационной информации спутника, основанный на предсказании навигационных измерений и идентификации динамической модели коррелированности ошибок и позволяющий повысить точность оценивания координат КА для систем высокодетальной съёмки в ~6 раз в плане и в ~16 раз по высоте, угловой ориентации в ~2.7 раза.

2. Метод повышения точности координатной обработки космических изображений на основе идентификации динамических моделей съёмки по опорной информации, который позволяет адекватно описать процесс формирования и коррекции изображений при наличии различного рода коррелированных ошибок.

3. Математическое и алгоритмическое обеспечение обработки данных от систем глобального наблюдения Земли на фоне окружающего космоса, основанное на идентификации характерных объектов наблюдаемой сцены и позволяющее повысить точность координатной обработки до 0.2-0.5 пикселя (элемента пространственного разрешения).

4. Метод высокоточного определения рельефа местности для систем радиолокационного наблюдения Земли, основанный на интерферометрической обработке пар изображений с привлечением низкодетального опорного рельефа от других систем ДЗЗ и позволяющий в среднем в 5 раз повысить точность определения высоты и соответственно точность определения координат объектов.

5. Метод пространственного и частотного объединения информации от К > 2 субпиксельно смещенных линеек фотоприёмников на основе теории неравномерной дискретизации, позволяющий в условиях реальных геометрических искажений повысить пространственное разрешение снимков до К раз.

6. Метод коррекции смаза и расфокусировки изображений, основанный на аналитических моделях съёмки и анализе пар изображений одной и той же сцены, позволяющий без трудоёмкой операции оценки функции рассеяния точки выровнять разрешение в различных каналах гиперспектральной аппаратуры и повысить разрешение существенно «смазанных» изображений до 16 раз.

Теоретическая и практическая значимость диссертации состоит в том, что в ней выполнен системный анализ проблемы геометрической обработки, предложены и исследованы новые методы высокоточной обработки и анализа изображений от современных систем ДЗЗ, и на этой основе создана серия программных комплексов, которые получили эффективное внедрение на практике.

Методы исследования. Теоретические результаты получены с использованием методов системного анализа, цифровой обработки изображений, оптимизации, линейной алгебры, математической статистики, теории динамических систем и графов.

Соответствие паспорту специальности 05.13.01. Диссертация соответствует паспорту специальности 05.13.01 - «Системный анализ, управление и обработка информации (технические системы)» в части:

- пункта 4 «Разработка методов и алгоритмов решения задач системного анализа, оптимизации, управления, принятия решений и обработки информации»;

- пункта 5 «Разработка специального математического и алгоритмического обеспечения систем анализа, оптимизации, управления, принятия решений и обработки информации»;

- пункта 12 «Визуализация, трансформация и анализ информации на основе компьютерных методов обработки информации».

Реализация и внедрение. Диссертационная работа включает исследования, выполненные в Рязанском государственном радиотехническом университете в рамках создания и эксплуатации космических систем ДЗЗ «Ресурс-ДК», «Ресурс-П», «Электро-Л», «Арктика-М», «Обзор-Р», определенных Федеральными космическими программами на 2006 - 2015 и 2016 - 2025 годы. При создании наземных средств обработки данных ДЗЗ в рамках указанных систем соискатель принял участие в выполнении более 15 ОКР по заказам предприятий ракетно-космической промышленности. Результаты диссертационной работы в виде ряда программных комплексов получили эффективное внедрение, что подтверждается Актами внедрения (использования) от:

- Государственной корпорации «Роскосмос»,

- АО «Ракетно-космический центр «Прогресс»,

- АО «НПО Лавочкина»,

- АО «Российские космические системы», которые приведены в приложении к диссертации.

Апробация работы. По основным положениям и результатам исследований диссертации сделаны доклады:

- на международных конференциях «International Workshop on Computer Science and Engineering-Information Processing and Control Engineering» (Москва,

2015), «The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences» (Чехия, 2016), «Image and Signal Processing for Remote Sensing» (Берлин, 2018), «Гагаринские чтения» (Москва, 2010), «Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекоммуникаций» (Рязань, 2010, 2015), «Актуальные проблемы создания космических систем дистанционного зондирования Земли» (Москва, 2016, 2017), «Математические методы в технике и технологиях» (Рязань, 2015), «Космонавтика. Радиоэлектроника. Геоинформатика» (Рязань, 2007, 2013, 2017);

- на всероссийских конференциях «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса» (Москва, 2005, 2008, 2014, 2015, 2016), «Актуальные проблемы ракетно-космической техники» (Самара, 2011, 2015), «Актуальные проблемы ракетно-космического приборостроения и информационных технологий» (Москва, 2009, 2010, 2012, 2015), «Новые информационные технологии в научных исследованиях» (Рязань, 2008, 2009, 2014, 2015, 2016, 2017, 2018), «Интеллектуальные и информационные системы» (Тула, 2007).

Достоверность полученных результатов подтверждена корректным использованием математического аппарата, математическим и имитационным моделированием, экспериментальными исследованиями, сопоставлением альтернативных подходов, практическим внедрением и штатной эксплуатацией спроектированных комплексов обработки информации от спутников «Ресурс-ДК», «Ресурс-П», «Электро-Л» и др.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 96 работ:

- 30 статей (28 по списку ВАК, в их числе 6 индексируемых в базах Scopus и Web of Science);

- 2 коллективные монографии;

- 2 патента на изобретение;

- 11 свидетельств на программы для ЭВМ;

- 51 тезис докладов на международных и всероссийских конференциях.

Все работы приведены в списке литературы.

Личный вклад соискателя по опубликованным материалам состоит в следующем:

- в работах [72-78] соискателем предложены методы наземной обработки бортовых навигационных и сопроводительных измерений для повышения точности геометрической обработки;

- в работах [79-100] соискателем предложены общие методы высокоточной геометрической обработки изображений и формирования стандартных продуктов в различных типах систем ДЗЗ;

- в работах [101-109] соискателем предложены общие методы автоматической идентификации опорной информации на изображениях от систем глобального наблюдения с целью улучшения их геометрической обработки;

- в работах [110-121] предложены методы высокоточного оценивания рельефа на основе интерферометрической обработки пар радиолокационных изображений с использованием априорной информации от низкодетальных ЦМР;

- в работе [122] соискателем предложены метод эффективной организации геометрических преобразований локационных изображений и метод развертки фазы с использованием низкодетальной опорной ЦМР;

- в работах [123-135] предложены методы коррекции смаза и расфокусировки спутниковых изображений и выравнивания ФРТ при гиперспектральной съёмке;

- в работах [136-139] предложены методы оптимального объединения информации с линеек фотоприёмников, имеющих субпиксельные смещения полей зрения, для повышения пространственного и радиометрического разрешения снимков;

- в работах [140-152] предложены методы эффективной практической реализации технологий высокоточной геометрической обработки информации ДЗЗ;

- в работе [59] соискателем предложены метод геодезической привязки изображений по контурным точкам диска земли, метод коррекции смаза, рас-

фокусировки и выравнивания разрешения изображений и метод объединения информации от набора линеек фотоприёмников для повышения геометрического качества;

- работы [153-166] выполнены соискателем без соавторов. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения и приложения. Ее объем составляет 323 страницы, в том числе 228 стр. - основное содержание, 48 стр. - рисунки и таблицы, 40 стр. - список литературы, 7 стр. - приложение.

1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ В СОВРЕМЕННЫХ СИСТЕМАХ КОСМИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ

1.1. Исследование системных связей и принципов функционирования

современных систем космического зондирования Земли

1.1.1. Системы космического дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) создаются с целью получения сведений о Земле и её атмосфере в различных диапазонах электромагнитного спектра в виде изображений [34-36, 167].

В настоящее время в России и за рубежом созданы и функционируют различные системы ДЗЗ, таблица 1.1.

Таблица 1.1. Системы ДЗЗ и их некоторые характеристики

Система ДЗЗ Диапазон Разреше- Примечание

(год запуска) (количество ние, м

каналов)

QuickBird-2 (2001) ПХ, МС(4) 0.6, 2.44

Kalpana-1 (2002) 3 диапазона 2000 Гео

ResourceSat-1 (2003) МС(4) 56

МС(4) 23

МС(3) 5.8

OrbView-3 ПХ, МС(4) 1, 4

Meteosat-8-11 4 ВД 1000 Гео,

(2004-2015) 8 ИК 3000 стабилизирова-

ны вращением

Фэн-Юнь FY-2C - 2G 5 каналов 1500

(2004-2014) 5000

CartoSat-1 (2005) ПХ 2.1-2.4 стереосъёмка

MTSAT-1R (2005) 5 каналов 1000 4000 Гео

KOMPSAT-2 (2006) ПХ, МС(4) 1, 4

GOES-13-15 5 каналов 1000-3000 Гео

(2006-2010)

EROS-B (2006) ПХ 0.7

Alos (2006) ПХ, МС(4) 2.5, 10 стереосъёмка

РСА Ь-диапазона 7

Cartosat-2 (2007) ПХ 1

Cosmo-SkyMed №1-4 (2007-2010) РСА X-диапазона 1

TerraSAR-X (2007) РСА X-диапазона 0.7

WorldView-1 (2007) ПХ 0.5

RADARSAT-2 (2007) РСА C-диапазона 1

TecSar (Ofeq-8, 2008) РСА X-диапазона 1

Cartosat-2A (2008) ПХ 1

GeoEye-1 (2008) ПХ, МС(4) 0.41, 1.65

RapidEye (2008) МС(5) 6.5

RISAT-2 (2009) РСА X-диапазона 1

Oceansat-2 (2009) 8 диапазонов 360

WorldView-2 (2009) ПХ, МС(8) 0.46, 1.84

TH-1a (2010) ПХ, МС(4) 2, 10 стерео-триплеты

TanDEM-X (2010) РСА X-диапазона 0.7 пара для TerraSAR-X

Cartosat-2B (2010) ПХ 1

ResourceSat-2 (2011) Аналог ResourceSat-1

Электро-Л №1 (2011) ВД (3 канала) ИК (7 каналов) 1000 4000 Гео

Pleiades-1A (2011) Pleiades-1B (2012) ПХ, МС(4) 0.7, 2.8 стерео-триплеты

RISAT-1 (2012) РСА C-диапазона 1

KOMPSAT-3 (2012) ПХ, МС(8) 0.7, 2.8

SPOT 6 (2012) ПХ, МС(4) 1.5, 6 аналог «Плеяд»

Канопус-В (2012) ПХ, МС(4) 2.1, 10

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Егошкин Николай Анатольевич, 2019 год

АКТЫ

ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

государственная корпорация

по космической деятельности «роскосмос»

(Госкорпорация «Роскосмос»)

Щепкина ул., д. 42, стр. 1, 2, г. Москва, 129110 Тел. [phone]. Факс [phone] E-mail: [e-mail] http://www.roscosmos.ru ОКПО 00084008 ОГРН 1157700012502 ИНН/КПП 7702388027/770201001

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

об использовании результатов докторской диссертации Н.А. Егошкина «Методы высокоточной геометрической обработки информации от современных систем космического зондирования Земли» на предприятиях Госкорпорации «Роскосмос»

Диссертация H.A. Егошкина посвящена актуальному направлению развития российских систем ДЗЗ - повышению до мирового уровня геометрического качества снимков Земли в результате их наземной обработки. При этом решается комплекс проблемных вопросов, обусловленных переводом средств наблюдения Земли на отечественную оптоэлектронную элементную базу.

В диссертации предложены эффективные методы высокоточной геометрической обработки изображений, нацеленные на снижение внутрикадровых искажений, повышение точности геодезической привязки, четкости (разрешающей способности) снимков, точности оценки рельефа местности по данным радиолокационной съёмки.

Результаты диссертации использованы при создании наземных средств

обработки данных от современных российских систем ДЗЗ: «Ресурс-ДК»,

«Ресурс-П», «Электро-JI», а также при проектировании нового поколения систем

«Ресурс-ПМ», «Обзор-Р», «Арктика-М» и др., определенных Федеральной

О космической программой России на 2016-2025 годы.

со

со

c\j Приложения: 1. Акт АО «НПО «Лавочкина об использовании результатов

q диссертации Н.А.Егошкина на соискание ученой степени

•' доктора наук;

2. Акт АО «Российские космические системы» о реализации (внедрении) научных положений и выводов диссертации на соискание ученой степени доктора наук Н.А. Егошкина;

3. Акт АО «Ракетно-космический центр «Прогресс» о внедрении результатов докторской диссертации Н.А.Егошкина.

Начальник отдела космических систем ДЗЗ

Директор Департамента навигационных космических

систем (ГЛОНАСС)

О.В. Кем

В.А. Мироничев

АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «Научно-производственное объединение им. СА Лавочкина» р (АО «НПО Лавочкина»] ^^

Ленинградская ул., д. 24, г. Химки, Московская область, 141402 ОГРН1175029009363, ИНН 5047196566

Тел. [phone], факс [phone] e-mail: [e-mail] www.laspace.ru

от

14 и 1е №

на №

от

УТВЕРЖДАЮ

итель генерального конструктора общему проектированию О Лавочкина»

И.В. Москатиньев

2018 г.

акт

об использовании результатов диссертации H.A. Егошкина «Методы высокоточной геометрической обработки информации от современных систем космического зондирования Земли», представленной на соискание ученой степени доктора технических наук

Начиная с 2007г, АО «НПО Лавочкина» совместно с Рязанским государственным радиотехническим университетом активно ведёт работы по созданию наземных средств обработки информации от впервые создаваемых в России космических систем глобального наблюдения Земли на фоне окружающего космоса с геостационарных и высокоэллиптических орбит (ОКР «Электро» и «Арктика-М»),

В докторской диссертации H.A. Егошкина предложен ряд оригинальных решений по построению принципиально новых геометрических моделей формирования, обработки и геодезической привязки информации от подобных систем, а именно:

- методы высокоточной идентификации на изображениях опорных объектов (контурных точек диска Земли и береговых линий), что позволило значительно повысить точность геодезической привязки объектов наблюдаемой сцены;

- технология оптимального объединения информации от субпиксельно смещенных линеек фотоприёмников для увеличения пространственного и радиометрического разрешения съёмки;

- подходы к идентификации динамических моделей по опорным наземным ориентирам, позволяющие повысить точность геометрической коррекции изображений.

Программные средства обработки данных от КА «Электро-Л» используются в АО «НПО Лавочкина», ФГБУ «НИЦ космической гидрометеорологии «Планета» и Научном центре оперативного мониторинга Земли АО «Российские космические системы».

Полученные результаты служат основой для обработки информации от вновь создаваемой космической системы «Арктика-М», предназначенной для съёмки арктического региона, стратегически важного для России.

/

Главный конструктор

В.И. Пастарнак

Утверждаю Заместитель генерального ектора по науке

:ие системы»

---

АО «России

Ш

А.А. Романов 2018г.

АКТ

о реализации (внедрении) научных положений и выводов диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Егошкина Николая Александровича на тему: «Методы высокоточной геометрической обработки

информации

от современных систем космического зондирования Земли» в АО «Российские космические системы»

Комиссия в составе:

Селиванов А.С.

начальник экспертно-аналитического центра, д.т.н., профессор

председатель комиссии

Гектин Ю.М.

заместитель начальника отделения, кандидат технических наук

член комиссии

Федотов С.А.

ученый секретарь, кандидат технических член комиссии наук

констатирует, что результаты, полученные в диссертации Егошкина Н.А. на тему: «Методы высокоточной геометрической обработки информации от современных систем космического зондирования Земли» использованы в АО «Российские космические системы» (внедрены в Научном центре оперативного мониторинга Земли) при выполнении ОКР по созданию гидрометеорологической космической системы «Электро-Л» и используются в штатном режиме для обработки информации с аппаратуры МСУ-ГС, а именно:

1. Разработан метод повышения точности координатной обработки космических изображений на основе идентификации динамических моделей съемки по опорной информации. Построенная на его основе модель съемки и обработки изображений позволила существенно уменьшить геометрические ошибки, возникающие при обработке информации от спутников серии «Электро-Л».

2. Разработано математическое и алгоритмическое обеспечение обработки данных от систем глобального наблюдения Земли, позволившее достичь субпиксельной точности координатной обработки данных.

3. Разработан метод коррекции смаза и расфокусировки изображений, основанный на аналитических моделях съемки и анализе пар изображений одной и той же сцены, позволивший значительно повысить пространственное разрешение снимков от аппаратуры ДЗЗ.

4. Предложен метод пространственного и частотного объединения информации от субпиксельно смещенных линеек фотоприемника на основе теории неравномерной дискретизации, позволивший повысить пространственное разрешение изображений по направлению сканирования.

Разработанные Н. А. Егошкиным технологии высокоточной геометрической обработки данных ДЗЗ с геостационарной космической системы «Электро-Л» (аппаратура МСУ-ГС), предназначенной для глобального наблюдения Земли в оптическом и тепловом диапазонах, а также оригинальные подходы по повышению точности геодезической привязки снимков, по минимизации уровня внутрикадровых искажений, повышению четкости объектов наблюдаемой сцены, доведены до программной реализации и использованы при создании комплекса обработки информации от КА серии «Электро-Л». На основе полученных результатов в настоящее время создаются средства геометрической обработки данных от проектируемой перспективной системы «Арктика-М».

Председатель комиссии

А.С. Селиванов

(дата/подпись)

Члены комиссии

Ю.М. Гектин

(дата, подпись)

С.А. Федотов

АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКИЙ ЦЕНТР «ПРОГРЕСС»

(АО «РКЦ «ПРОГРЕСС»)

ул. Земеца, д.18, г Самара, 443009, тел. [phone], факс [phone]. E-mail: [e-mail]

ОКПО 43892776, ИНН 6312139922, КПП 997850001

утверждаю

заместитель генерального - генеральный конструктор «Прогресс», д.т.н.

Н. Ахметов 2018 г.

АКТ

о внедрении результатов докторской диссертации Егошкина H.A.

«Методы высокоточной геометрической обработки информации от современных систем космического зондирования Земли»

В рамках ОКР по системам космического высокодетального наблюдения Земли «Pecvpc-ДК», «Ресурс-П», «Обзор-Р», «Ресурс-ПМ» (Головной разработчик «РКЦ «Прогресс»), заданных Федеральными космическими программами, созданы и проектируются наземные средства обработки поступающей от этих систем информации.

Весомый личный вклад в решение ряда проблемных вопросов внёс H.A. Егошкин. Им выполнены глубокие научные исследования и разработки по следующим важным направлениям:

- предложены подходы по идентификации динамических моделей бортовой измерительной информации, что позволило существенно повысить точность оценки положения и угловой ориентации спутников на орбите;

- разработаны алгоритмы коррекции смаза и расфокусировки изображений обеспечивающие значительное повышение четкости отображения объектов наблюдаемой сцены;

- спроектирована технология интерферометрической обработки данных от радиолокационных систем, обеспечивающая существенное повышение точности определения высот рельефа местности.

В настоящее время программные средства высокоточной геометрической обработки данных от космических систем высокодетальной съёмки Земли находятся в эксплуатации в Научном центре оперативного мониторинга Земли Корпорации «Российские космические системы», а также на ряде региональных и отраслевых центрах страны.

Созданный научно-технический задел эффективно используется для проектирования вновь создаваемых перспективных систем космического наблюдения Земли «Обзор-Р» и «Ресурс-ПМ».

Главный конструктор направления, к.т.н. Начальник отдела, к.т.н.

Н.Р. Стратилатов A.A. Юдаков