Способ определения положения фронтальной части ледника с находящегося на околокруговой орбите космического аппарата

Предложенный способ относится к области дистанционного мониторинга природных процессов, в частности роста и движения ледников. Способ определения положения фронтальной части ледника с находящегося на околокруговой орбите КА включает определение текущих параметров орбиты, съемку с КА ледника и неподвижных характерных наземных точек в моменты, взятые через задаваемый промежуток времени, и определение скорости движения фронтальной части ледника по получаемым изображениям. Дополнительно корректируют орбиту КА, изменяя ее высоту в выделенных пределах до значения, исходя из значения аргумента широты us подсолнечной точки орбиты на момент начала сезона абляции ледника. Начиная с момента начала сезона абляции ледника, выполняют съемку ледника и неподвижных характерных точек вокруг ледника в моменты, взятые через задаваемый интервал времени, выбираемый из условия определения перемещения фронтальной части ледника по получаемым изображениям, после чего выполняют съемку ледника и неподвижных характерных точек вокруг ледника через промежутки времени, отсчитываемые от момента выполнения предшествующей съемки ледника, начинающиеся прогнозируемым по получаемым изображениям текущим временем, через которое фронтальная часть ледника переместится на расстояние, равное углу разрешения съемочной системы КА, умноженному на высоту орбиты, и оканчивающиеся прогнозируемым по получаемым изображениям текущим временем до достижения фронтальной частью ледника задаваемой наземной точки, уменьшенным на задаваемое время для подготовительных операций перед достижением ее фронтальной частью ледника, при этом по получаемым изображениям определяют расстояния от характерных наземных точек до фронтальной части ледника, по которым определяют скорость, ускорение и производную ускорения фронтальной части ледника. Технический результат, достигаемый от осуществления изобретения, заключается в формировании околокруговой орбиты КА для определения параметров движения ледника, начиная с момента начала сезона абляции ледника.

 

Изобретение относится к области дистанционного мониторинга опасных природных процессов и может быть использовано для определения параметров движения наблюдаемого с космического аппарата (КА) ледника.

Ледники играют важную роль в жизни нашей планеты. Движение - основной процесс, управляющий жизнедеятельностью ледника. Оно служит источником энергии для изменений структуры ледникового льда, влияет на его тепловое состояние, разгружает области аккумуляции от льда (С.В. Калесник. Очерки гляциологии, Государственное издательство географической литературы, Москва, 1963).

Бесконтрольное движение ледника может привести к катастрофическим последствиям (Л.В. Десинов. Снежный покров и ледники. М.: «Знание», 1988; Л.В. Десинов. Агрессия горного ледника. «Земля и Вселенная», №1, 2003). Поэтому необходимо определять и прогнозировать их движение.

Определение состояния наземного объекта с КА может осуществляться путем выполнения геофизических наблюдений с КА, включающих определение положения и параметров обриты КА, расчет трассы КА на земной поверхности, проверку условий доступности объекта наблюдению, проверку выполнения ограничений на наблюдение объекта, расчет параметров функционирования аппаратуры наблюдения, расчет требуемого расхода ресурсов КА, построение требуемой для проведения наблюдений ориентации КА (М.Ю. Беляев. Научные эксперименты на космических кораблях и орбитальных станциях. М.: «Машиностроение», 1984).

Отметим, что в общем случае разовое наблюдение наземного объекта не обеспечивает возможности прогнозирования состояния объекта во времени.

Для определения изменений состояния наземного объекта во времени используется повторное наблюдение исследуемого объекта.

Известен способ определения скорости движения фронтальной части ледника с КА (патент РФ №2568152 по заявке №2014120766/28, МПК G01C 11/00 (2006.01), приоритет от 22.05.2014 - прототип), согласно которому определяют неподвижные характерные точки на склонах ледника, осуществляют с КА съемку ледника и неподвижных характерных точек и получают изображение, фиксируют контрольный створ в виде линии, проходящей через неподвижные характерные точки, в случае пересечения изображения ледника и контрольного створа измеряют по полученному изображению расстояние от контрольного створа до максимально удаленной крайней точки языка ледника, а в случае если изображение ледника и контрольный створ не пересекаются, - расстояние до минимально удаленной крайней точки языка ледника через промежуток времени ΔT, больший или равный n=3⋅d/0.2, где n - количество суток, d - геометрическое разрешение съемочной системы КА по поверхности Земли, повторяют съемку с КА при возникновении условий съемки, определяют изменение δL измеряемого расстояния от контрольного створа до крайней точки языка ледника и определяют скорость движения фронтальной части ледника по формуле δL/ΔТ.

К недостаткам способа-прототипа относится то, что он не обеспечивает определения параметров движения ледника, включая ускорение и производную ускорения фронтальной части ледника, на моменты, определенные с учетом времени для выполнения подготовительных наземных операций перед достижением фронтальной частью ледника задаваемых наземных точек, например, в которых доступны наземные измерения движения ледника.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение точности определения параметров движения ледника.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в формировании околокруговой орбиты КА для определения параметров движения ледника, начиная с момента начала сезона абляции ледника, включая ускорение и производную ускорения движения фронтальной части ледника на моменты, определенные с учетом времени для выполнения подготовительных наземных операций перед достижением фронтальной частью ледника задаваемых наземных точек.

Технический результат достигается тем, что в способе определения положения фронтальной части ледника с находящегося на околокруговой орбите космического аппарата, включающем определение текущих параметров орбиты, съемку с космического аппарата ледника и неподвижных характерных наземных точек в моменты, взятые через задаваемый промежуток времени, и определение скорости движения фронтальной части ледника по получаемым изображениям, дополнительно корректируют орбиту космического аппарата, изменяя ее высоту в выделенных пределах до значения, при котором аргумент широты uS подсолнечной точки орбиты на момент начала сезона абляции ледника определяется соотношением

,

где В - широта ледника;

hS - требуемая минимальная высота Солнца над ледником при его наблюдении;

ι>0 - наклонение орбиты;

β - угол между направлением на Солнце и плоскостью орбиты;

начиная с момента начала сезона абляции ледника выполняют съемку ледника и неподвижных характерных точек вокруг ледника в моменты, взятые через задаваемый интервал времени, выбираемый из условия определения перемещения фронтальной части ледника по получаемым изображениям, после чего выполняют съемку ледника и неподвижных характерных точек вокруг ледника через промежутки времени, отсчитываемые от момента выполнения предшествующей съемки ледника, начинающиеся прогнозируемым по получаемым изображениям текущим временем, через которое фронтальная часть ледника переместится на расстояние, равное углу разрешения съемочной системы космического аппарата, умноженному на высоту орбиты, и оканчивающиеся прогнозируемым по получаемым изображениям текущим временем до достижения фронтальной частью ледника задаваемой наземной точки, уменьшенным на задаваемое время для подготовительных операций перед достижением ее фронтальной частью ледника, при этом по получаемым изображениям определяют расстояния от характерных наземных точек до фронтальной части ледника, по которым определяют скорость, ускорение и производную ускорения фронтальной части ледника.

Поясним предложенные в способе действия.

При описании действий предложенного способа используем последовательную нумерацию съемок ледника. Обозначаем ΔTi, i≥2 - время (промежуток времени) от момента ti-1 выполнения (i-1)-й съемки ледника до момента ti выполнения i-й съемки ледника.

В предлагаемом способе прогнозируют время (сутки) начала сезона абляции ледника. Такой прогноз делается исходя из анализа результатов предшествующих наблюдений данного ледника или ледников аналогичного типа, аналогичного расположения и в аналогичных условиях.

Это время используют в качестве времени начала наблюдений ледника с КА - времени, начиная с которого необходимо иметь возможность выполнять дистанционные наблюдения движения ледника из космоса (с КА).

Определяют текущие значения параметров орбиты КА, включая измерение высоты орбиты КА, и корректируют орбиту, изменяя ее высоту в выделенных пределах до значения, при котором аргумент широты uS подсолнечной точки орбиты на момент равен значению

где В - широта ледника;

hS - требуемая минимальная высота Солнца над ледником при его наблюдении;

ι>0 - наклонение орбиты КА;

β - угол между направлением на Солнце и плоскостью орбиты.

Соотношение (1) определяет такую орбиту КА, при которой в сутки значение высоты Солнца над ледником в моменты его наблюдения с КА равно требуемому минимальному значению hS и после этого времени текущее значение высоты Солнца над ледником в моменты его наблюдения с КА превышает требуемое минимальное значение hS.

Функция X=arcsiniF имеет два значения, равные в интервале (0, 2π) при F≥0

, Х2=π-Х1;

и при F≤0

, Х2=3π-Х1.

Выражение соответствует меньшим из данных значений функции X=arcsinF, а именно значениям Х1.

Соотношение (1) получено следующим образом.

Для решения поставленной задачи определения положения фронтальной части ледника необходимо сформировать такую орбиту КА, на которой обеспечивается максимально длительное наблюдение ледника с КА, при этом ледник должен быть гарантированно доступен для наблюдения с самого начала сезона абляции ледника - сезона, когда начинается процесс «деградации» ледника (уменьшения массы ледника в результате таяния, испарения), что приводит к его перемещениям.

Такая орбита описывается выполнением условия

где uMIN - минимальное значение аргумента широты точки местоположения КА на орбите при прохождении КА над ледником;

γ - длина дуги отрезка витка, на которой текущее значение высоты Солнца над плоскостью местного горизонта в подспутниковой точке не менее задаваемого значения hS.

С учетом того, что

из (2) следует соотношение (1).

В качестве исходных данных для определения необходимых маневров для построения требуемой орбиты КА используются результаты определения текущих значений параметров орбиты КА (например, осуществляется методами радиоконтроля орбиты КА с наземных измерительных пунктов или с помощью систем спутниковой навигации). После реализации рассчитанных корректирующих импульсов текущая орбита КА совмещается с требуемой.

Начиная с времени , выполняют первую и вторую (повторную) съемки с КА ледника и неподвижных характерных наземных точек вокруг ледника в моменты, взятые через задаваемый промежуток времени, выбираемый из условия обеспечения определения перемещения фронтальной части ледника по получаемым изображениям.

Указанный промежуток времени, например, может выбираться из следующих соображений.

Например, минимальная скорость движения ледника в период абляции может быть оценена величиной ≈0.2 м/сутки. Для надежного определения перемещения ледника можно использовать соотношение n=K⋅d/0.2, где d - геометрическое разрешение съемочной системы КА по поверхности Земли в метрах, n - количество суток до повторной съемки, K - коэффициент, выбираемый из условия надежности определения перемещения ледника (например, можно принять K=3). Таким образом, повторная съемка ледника может осуществляться при возникновении необходимых условий съемки через промежуток времени ΔT2≥n суток.

Условия съемки определяются характеристиками аппаратуры наблюдения и характеризуются взаимным положением объекта съемки и трасс КА на земной поверхности, освещенностью объекта (углом возвышения Солнца над плоскость местного горизонта), метеоусловиями (М.Ю. Беляев. Научные эксперименты на космических кораблях и орбитальных станциях. М.: «Машиностроение», 1984).

При этом выполнение условий по необходимой освещенности ледника в моменты съемки с КА обеспечивается в течение максимально длительного времени, начиная с . Выполнение условий по необходимому взаимному положению объекта съемки (ледника) и трасс КА на земной поверхности обеспечивается не реже чем через 1-2 дня в зависимости от межвиткового расстояния орбиты КА.

По получаемым изображениям определяют (измеряют) расстояния от характерных наземных точек до фронтальной части ледника.

Необходимые неподвижные характерные точки всегда могут быть найдены на склонах вокруг ледника. Ими могут являться кучи камней, отдельные крупные валуны и т.д. Фиксация на изображениях неподвижных характерных наземных точек вокруг ледника с помощью современных оптических систем не представляет затруднений.

По расстояниям от характерных наземных точек до фронтальной части ледника, полученным по результатам последовательных съемок ледника, определяют длину перемещения фронтальной части ледника за время между съемками.

Например, по расстояниям от характерных наземных точек до фронтальной части ледника определяют местоположение фронтальной части ледника относительно данных характерных точек на момент выполнения каждой съемки (например, определяют координаты фронтальной части ледника в некоторой системе координат, связанной с характерными точками вокруг ледника). По определенным на моменты выполнения съемок координатам местоположений фронтальной части ледника определяют расстояние между данными местоположениями (данное расстояние отсчитывается вдоль линии движения фронтальной части ледника к наземному объекту), которое является длиной перемещения фронтальной части ледника за время между съемками.

По определенной длине перемещения фронтальной части ледника за время между съемками ледника определяют скорость движения фронтальной части ледника на данном интервале времени.

Также по получаемым изображениям определяют текущее расстояние от фронтальной части ледника до задаваемой точки, например точки, в которой доступны наземные измерения перемещения фронтальной части ледника, отсчитываемое вдоль линии движения фронтальной части ледника к данной точке.

Данное расстояние также может быть определено по измеренным расстояниям от характерных наземных точек вокруг ледника до фронтальной части ледника. Например, задают местоположение точки доступности наземных измерений и с учетом рельефа местности задают линию движения фронтальной части ледника к данной точке, после чего определяют координаты точки доступности наземных измерений и линии движения фронтальной части ледника к данной точке в системе координат, связанной с характерными точками вокруг ледника. По определенным координатам местоположений фронтальной части ледника, точки доступности наземных измерений и линии движения фронтальной части ледника к данной точке определяют искомое расстояние от фронтальной части ледника до задаваемой точки доступности наземных измерений.

После этого выполняют съемку ледника и неподвижных характерных точек вокруг ледника через промежутки времени, отсчитываемые от момента выполнения предшествующей съемки ледника, начинающиеся прогнозируемым по получаемым изображениям текущим значением времени, через которое фронтальная часть ледника переместится на расстояние, равное λНорб, где

λ - угол разрешения съемочной системы КА (в радианах);

Норб - высота орбиты КА;

и оканчивающиеся прогнозируемым по получаемым изображениям текущим интервалом времени до достижения фронтальной частью ледника задаваемой наземной точки, уменьшенным на задаваемое время для подготовительных операций перед достижением данной точки фронтальной частью ледника.

Например, дополнительно выполняют две или более съемки ледника и характерных точек вокруг ледника через отсчитываемые от момента выполнения предшествующей съемки ледника промежутки времени ΔTi+1, i≥2, взятые из диапазона значений {KΔTd, ΔTP-Δtподг}:

где ΔTd и ΔТР - решения ΔТх системы уравнений

при соответственно Х=λНорб и Х=Pi;

;

i≥2 - порядковый номер предшествующей съемки ледника;

ΔTi - промежуток времени от момента выполнения (i-1)-й съемки ледника до момента выполнения i-й съемки ледника;

δLi - длина перемещения фронтальной части ледника за время от момента выполнения (i-1)-й съемки ледника до момента выполнения i-й съемки ледника;

Pi - расстояние от фронтальной части ледника до задаваемой точки доступности наземных измерений, отсчитываемое вдоль линии движения фронтальной части ледника к данной точке, на момент выполнения i-й съемки ледника;

Δtподг - задаваемое время для подготовительных наземных операций перед достижением фронтальной частью ледника задаваемой точки;

K - коэффициент, выбираемый из условия надежности определения перемещения ледника по получаемым в съемках изображениям, и по получаемым в съемках изображениям определяют расстояния от характерных наземных точек до фронтальной части ледника, по которым определяют скорость, ускорение и производную ускорения фронтальной части ледника.

Значение ΔTd в левой части диапазона (5) является временем, отсчитываемым от момента выполнения i-й съемки ледника, через которое фронтальная часть ледника переместится на расстояние d=λHорб, равное геометрическому разрешению съемочной системы КА (т.е. расстояние, доступное для определения по двум снимкам, получаемым посредством данной съемочной системы).

Таким образом, ограничение на время между съемками ледника, накладываемое левой границей диапазона значений (5), соответствует условию, что при движении фронтальной части ледника с параметрами движения, определенными по предшествующим съемкам ледника, через отрезок времени KΔTd, отложенный от момента времени предшествующей съемки ледника, фронтальная часть ледника достигнет такой точки, расстояние от которой до точки местоположения фронтальной части ледника на момент предшествующей съемки ледника гарантированно доступно для определения по снимкам, получаемым посредством данной съемочной системы КА.

Значение ΔТР в правой части диапазона (5) является прогнозируемым временем, отсчитываемым от момента выполнения i-й съемки ледника, через которое фронтальная часть ледника достигнет задаваемой точки доступности наземных измерений.

Таким образом, ограничение на время между съемками ледника, накладываемое правой границей диапазона (5), соответствует условию, что при движении фронтальной части ледника с параметрами движения, определенными по предшествующим съемкам ледника, фронтальная часть ледника достигнет задаваемой точки доступности наземных измерений в момент времени через отрезок времени ΔТР≥ΔTi+1+Δtподг после момента времени предшествующей i-й съемки ледника.

По получаемым в съемках изображениям определяют расстояния от характерных наземных точек до фронтальной части ледника, по которым определяют текущие значения параметров, характеризующих движение фронтальной части ледника:

- текущие значения скорости, ускорения и производной ускорения движения фронтальной части ледника, отсчитываемых вдоль линии движения фронтальной части ледника к точке доступности наземных измерений;

- текущее значение расстояния от фронтальной части ледника до точки доступности наземных измерений;

- текущее значение прогнозируемого момента времени достижения ледником точки доступности наземных измерений.

Например, используя изображения, полученные в трех последних съемках ледника - в (i-2)-й, (i-1)-й и i-й съемках - момент времени tназ достижения фронтальной частью ледника задаваемой точки доступности наземных измерений, прогнозируется по соотношениям

,

,

,

где δLi - длина перемещения фронтальной части ледника за время от момента выполнения (i-1)-й съемки ледника до момента выполнения i-й съемки ледника;

Vi, ai - скорость и ускорение движения фронтальной части ледника, отсчитываемые вдоль линии движения фронтальной части ледника к задаваемой наземной точке, определяемые на момент i-й съемки ледника по фиксируемым моментам времени предшествующих съемок ледника и расстояниям от характерных наземных точек до фронтальной части ледника, определяемым по изображениям, полученным в предшествующих съемках ледника.

В общем случае после выполнения i-й, i≥2 съемки ледника искомые параметры, описывающие движение фронтальной части ледника и полученные по изображениям, полученным в предшествующих съемках ледника, определяются как решение системы уравнений (6), где xj, - искомые неизвестные параметры движения фронтальной части ледника: соответственно, скорость, ускорение и производная ускорения движения фронтальной части ледника, отсчитываемые вдоль линии движения фронтальной части ледника к задаваемой наземной точке, на момент выполнения съемки ледника.

Индекс в зависимости от i принимает следующие возможные значения:

при i=2;

при i=3;

при i≥4.

Время ΔTx перемещения фронтальной части ледника на расстояние X, отсчитываемое от момента выполнения i-й съемки ледника, определяемое по фиксируемым моментам времени съемок ледника и значениям скорости, ускорения и производной ускорения фронтальной части ледника, определенным по фиксируемым моментам времени предшествующих съемок ледника и расстояниям от характерных наземных точек до фронтальной части ледника, определяемым по изображениям, полученным в предшествующих съемках ледника, определяется как решение системы уравнений (6)-(7).

Если в (7) в качестве X подставить геометрическое разрешение съемочной системы КА λНорб, то в качестве решения ΔTx получим время (обозначаемое как ΔTd), отсчитываемое от момента выполнения i-й съемки ледника, через которое фронтальная часть ледника переместится на расстояние λНорб, равное текущему значению расстояния по поверхности Земли, доступному для определения по двум снимкам, получаемым (через промежуток времени ΔTd) посредством съемочной системы КА.

Если в (7) в качестве X подставить расстояние Si от фронтальной части ледника до задаваемой точки доступности наземных измерений, отсчитываемое вдоль линии движения фронтальной части ледника к данной точке, на момент выполнения i-й съемки ледника, то в качестве решения ΔТх получим время (обозначаемое как ΔTS), отсчитываемое от момента выполнения i-й съемки ледника, через которое фронтальная часть ледника достигнет задаваемой точки.

Система (6)-(7) является системой уравнений степени относительно неизвестных xj, и ΔTx:

- при система включает два линейных уравнения относительно неизвестных xj, j=1 и ΔTx;

- при система включает три квадратных уравнения относительно неизвестных xj, j=1, 2 и ΔTx;

- при система включает четыре кубических уравнения относительно неизвестных xj, j=1, 2, 3 и ΔTx.

Решение систем уравнений (6) и (6)-(7) выполняется с использованием общеизвестных математических методов решения линейных, квадратных и кубических уравнений.

В общем случае движение фронтальной части ледника к точке доступности наземных измерений рассматривается как криволинейное движение, связанное с рельефом местности. В случае, когда движение фронтальной части ледника к точке доступности наземных измерений может рассматриваться как прямолинейное, удобно использовать понятие контрольного створа, которое можно сформулировать как линию, задаваемую относительно неподвижных характерных наземных точек вокруг ледника перпендикулярно направлению от фронтальной части (языка) ледника к точке доступности наземных измерений.

В этом случае по получаемым изображениям определяют расстояния от фронтальной части ледника до контрольного створа. Если контрольный створ пересекает изображение ледника, то определяется расстояние от контрольного створа до максимально удаленной крайней точки фронтальной части ледника. В случае отсутствия такого пересечения, определяется расстояние от контрольного створа до минимально удаленной точки фронтальной части ледника. Длину перемещения фронтальной части ледника за время между съемками определяют как разность полученных расстояний от контрольного створа до фронтальной части ледника. Текущее расстояние от фронтальной части ледника до задаваемой точки доступности наземных измерений может быть получено как непосредственным определением данного расстояния по изображению, так и как разность текущего расстояния от контрольного створа до фронтальной части ледника и неизменного расстояния от контрольного створа до задаваемой точки.

Время Δtподг, необходимое для выполнения подготовительных операций перед достижением фронтальной частью ледника задаваемой точки доступности наземных измерений, может быть задано несколькими упорядоченными по времени значениями {Δtподг, j}, например, заданными с учетом разных этапов подготовки к выполнению наземных измерений (т.е. с учетом всего возможного перечня необходимых подготовительных операций).

В предлагаемом способе к использованию принимается текущее наибольшее значение из задаваемых значений {Δtподг, j}. После истечения данного наибольшего значения в момент, когда правая часть диапазона (5) ΔТР-Δtподг становится отрицательной, к использованию в качестве Δtподг принимается следующее значение и т.д.

Истечение последнего значения из {Δtподг, j} соответствует условию, что при движении фронтальной части ледника с начальной скоростью, ускорением и производной ускорения движения фронтальной части ледника, определенным на момент времени последней съемки ледника, фронтальная часть ледника достигнет заданной точки доступности наземных измерений через отрезок времени <Δtподг (отсчитывая от момента времени последней съемки ледника).

Таким образом, после истечения последнего значения из {Δtподг, j} необходимо выполнить все операции по подготовке к выполнению наземных измерений движения ледника в задаваемой точке доступности наземных измерений. При этом дальнейшее определение параметров движения ледника может осуществляться как с помощью наземных средств, так и дистанционно с КА.

При использовании предлагаемого способа возможно задание нескольких точек доступности наземных измерений. В этом случае действия предлагаемого способа применяются к каждой из задаваемых точек. Частным случаем является возможность изменения координат точки доступности наземных измерений, например, когда в качестве такой точки выступает подвижный или перемещаемый объект. При этом новое местоположение точки доступности наземных измерений может выбираться с учетом текущего положения фронтальной части ледника и текущих значений параметров движения ледника.

В качестве задаваемых точек доступности наземных измерений могут выступать как научные станции, так и расположенные рядом с возможными трассами движения ледников наземные инфраструктурные объекты.

Опишем технический эффект предлагаемого изобретения.

Предлагаемое техническое решение обеспечивает формирование требуемой околокруговой орбиты КА для осуществления дистанционного определения параметров движения ледника с КА, включая скорость, ускорение и производную ускорения движения фронтальной части ледника, на моменты, определенные с учетом времени для выполнения подготовительных наземных операций перед достижением фронтальной частью ледника задаваемых наземных точек, в которых доступно выполнение наземных измерений.

Действительно, формирование околокруговой орбиты КА, определяемой соотношением (1), обеспечивает максимально длительное наблюдение ледника с КА с начала периода его абляции.

Выполнение съемки ледника через получаемый по соотношению (5) промежуток времени после предшествующей съемки ледника позволяет получить очередное изображение ледника не позже, чем за время Δtподг до прогнозируемого момента достижения фронтальной частью ледника задаваемой точки доступности наземных измерений, и не ранее, чем через отрезок времени, в течение которого фронтальная часть ледника пройдет расстояние, гарантированно доступное для определения по снимкам, получаемым посредством данной съемочной системы КА. При этом обеспечивается учет криволинейности движения фронтальной части ледника к наземному объекту.

Таким образом, обеспечивается формирование необходимой околокруговой орбиты КА для реализации гарантированного определения параметров движения ледника, реализуется определение вышеперечисленных параметров, описывающих движение фронтальной части ледника, и обеспечивается возможность своевременной подготовки к выполнению наземных измерений движения ледника в задаваемых точках доступности наземных измерений с возможностью учета различных этапов подготовки.

Тем самым обеспечивается взаимосвязь дистанционного определения параметров движения ледника с КА с возможностью наземных измерений движения ледника, что позволяет эффективно задействовать и эксплуатировать (в том числе расходовать ресурсы) как космические средства (КА и соответствующая инфраструктура их развертывания и эксплуатации), так и наземные средства (научные станции, расположенные в близости от ледников наземные инфраструктурные объекты и др. и соответствующая инфраструктура их развертывания и эксплуатации).

Получаемый технический результат достигается за счет дополнительного определения предложенных параметров; предложенного формирования околокруговой орбиты КА с предложенными параметрами, выполнения предложенных съемок ледника и характерных точек вокруг ледника с КА в предложенные моменты времени, определяемые с использованием предложенных параметров по предложенному соотношению; осуществления определения предложенных параметров, описывающих движение фронтальной части ледника, в том числе относительно точек доступности наземных измерений движения ледника и определяемых предложенным образом с использованием получаемых в съемках изображений.

В настоящее время технически все готово для реализации предложенного способа с использованием КА типа МКС. Промышленное исполнение существенных признаков, характеризующих изобретение, не является сложным и может быть выполнено с использованием существующих технических средств. В том числе система управления КА позволяет осуществлять построение необходимой ориентации, двигательная установка КА обеспечивает выдачу корректирующих и тормозных импульсов. Определение параметров орбиты и другие необходимые измерения, в том числе параметров освещенности КА и задаваемых наземных объектов, может быть выполнено с использованием известных навигационных средств. Для съемок и фиксации неподвижных характерных точек вокруг ледника и упомянутого контрольного створа могут использоваться применяемые на КА оптические приборы и системы. Необходимые вычисления могут быть выполнены с использованием бортовых вычислительных средств КА.

Способ определения положения фронтальной части ледника с находящегося на околокруговой орбите космического аппарата, включающий определение текущих параметров орбиты, съемку с космического аппарата ледника и неподвижных характерных наземных точек в моменты, взятые через задаваемый промежуток времени, и определение скорости движения фронтальной части ледника по получаемым изображениям, отличающийся тем, что дополнительно корректируют орбиту космического аппарата, изменяя ее высоту в выделенных пределах до значения, при котором аргумент широты us подсолнечной точки орбиты на момент начала сезона абляции ледника определяется соотношением

где В - широта ледника;

hs - требуемая минимальная высота Солнца над ледником при его наблюдении;

ι>0 - наклонение орбиты;

β - угол между направлением на Солнце и плоскостью орбиты; начиная с момента начала сезона абляции ледника выполняют съемку ледника и неподвижных характерных точек вокруг ледника в моменты, взятые через задаваемый интервал времени, выбираемый из условия определения перемещения фронтальной части ледника по получаемым изображениям, после чего выполняют съемку ледника и неподвижных характерных точек вокруг ледника через промежутки времени, отсчитываемые от момента выполнения предшествующей съемки ледника, начинающиеся прогнозируемым по получаемым изображениям текущим временем, через которое фронтальная часть ледника переместится на расстояние, равное углу разрешения съемочной системы космического аппарата, умноженному на высоту орбиты, и оканчивающиеся прогнозируемым по получаемым изображениям текущим временем до достижения фронтальной частью ледника задаваемой наземной точки, уменьшенным на задаваемое время для подготовительных операций перед достижением ее фронтальной частью ледника, при этом по получаемым изображениям определяют расстояния от характерных наземных точек до фронтальной части ледника, по которым определяют скорость, ускорение и производную ускорения фронтальной части ледника.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, а именно к техническим средствам для обработки растений. Беспилотный робот с модулем для картирования урожайности содержит раму, колеса, систему управления и навигации с контрольно измерительными приборами, систему питания, технологический адаптер с модулем для картирования урожайности и бортовой компьютер.

Способ наблюдения наземных объектов с движущегося по околокруговой орбите космического аппарата (КА) относится к области дистанционного мониторинга природных и техногенных процессов.

Изобретение относится к способам радиометрической съемки земной поверхности и может быть использовано при проведении мониторинга рисовых оросительных систем. Сущность: выполняют панорамную космическую ИК-радиометрическую съемку поверхности земли со средним разрешением 100-200 м и периодичностью 12-24 ч.

Изобретение относится к области экологии и может быть использовано для контроля участков нарушения вечной мерзлоты в Арктической зоне. Сущность: система включает средства дистанционного зондирования подстилающей поверхности, размещенные на высокоширотном космическом носителе (1), Центр (10) тематической обработки, автономные измерители (14) приземной концентрации метана, центральный диспетчерский пункт (17).

Способ определения расстояния при помощи камеры основан на том, что получают один видеокадр, получают калибровочные характеристики камеры, выделяют на кадре объект, до которого измеряют расстояние.

Изобретение относится к акустике, в частности к средствам распознавания птиц. Устройство содержит распределенные системы камер и микрофонов, размещенные на периферийных постах, и связанный с ними центральный процессор для определения координат объекта по изображениям с них.

Изобретение относится к способам дистанционных исследований морских акваторий и может быть использовано для определения загрязнения морской поверхности. Сущность: по трассам, содержащим тестовые участки, проводят дистанционное зондирование морской поверхности автодинным радиоволновым измерителем, установленным на авиационном носителе.

Изобретение относится к области получения топографической информации о рельефе земной поверхности по данным аэрофотосъемки и лазерного сканирования местности с борта воздушного судна, в частности к мониторингу участков трассы магистрального нефтепровода (МН) для выявления признаков экзогенных геологических процессов (ЭГП) и фиксации их границ.

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано при опознавании фотографируемых с космического аппарата (КА) объектов. Технический результат изобретения заключается в оперативном, надежном и точном опознавании любых фотографируемых объектов даже при неизвестной ориентации съемочной системы.

Изобретение относится к области аэрокосмической съемки, в частности для проведения аэрофотосъемных, геодезических, фотограмметрических, земельно-кадастровых и картографических работ.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиолокаторе с синтезируемой апертурой антенны (РСА). Достигаемый технический результат – измерение рельефа поверхности Земли и формирование цифровой модели рельефа с помощью РСА, установленного на борту носителя РСА. Сущность способа измерения рельефа поверхности Земли заключается в последовательном наблюдении за поверхностью при постоянной высоте полета носителя и скорости полета, при этом первый сеанс наблюдения, заключающийся в излучении зондирующих сигналов и приеме отраженных от поверхности Земли сигналов с синтезом радиолокационных изображений (РЛИ) при телескопическом обзоре на интервале синтезирования L, осуществляется на дальности до поверхности R1, угле места θ1 и угле азимута α1, отличном от строго бокового, т.е. меньше 90°. После естественного перемещения носителя радиолокатором с синтезируемой апертурой (РСА) на расстояние базы интерферометра В осуществляется второй сеанс наблюдения за той же области поверхности на дальности R2, азимуте α2, угле места θ2, также заключающийся в излучении зондирующих сигналов и приеме отраженных от поверхности Земли сигналов с синтезом РЛИ при телескопическом обзоре на интервале синтезирования L. После проведения пары сеансов наблюдения производится стандартная интерферометрическая обработка пары РЛИ с извлечением информации о рельефе подстилающей поверхности. 1 ил.

Изобретение относится к области дистанционного мониторинга опасных природных процессов. Способ контроля положения фронтальной части ледника с находящегося на околокруговой орбите космического аппарата (КА) включает определение текущих параметров орбиты, съемку с КА ледника и неподвижных характерных наземных точек в моменты, взятые через задаваемый промежуток времени, и определение скорости движения фронтальной части ледника по получаемым изображениям. Дополнительно корректируют орбиту КА, изменяя ее высоту в выделенных пределах, выполняют съемку через задаваемый интервал времени, выбираемый из условия определения перемещения фронтальной части ледника по получаемым изображениям, выполняют съемку через промежутки времени, отсчитываемые от момента выполнения предшествующей съемки, менее или равные прогнозируемому по получаемым изображениям текущему минимальному времени до достижения фронтальной частью ледника наземного объекта, уменьшенному на задаваемое время для принятия решения по подготовке к катастрофическому событию на наземном объекте. По получаемым изображениям определяют расстояния от характерных наземных точек до фронтальной части ледника. Техническим результатом изобретения является повышение точности контроля движения ледника.

Изобретение относится к области оптических бесконтактных измерений геометрических параметров формы, положения, движения и деформации объектов в пространстве, в частности к ближней цифровой фотограмметрии и видеограмметрии, и может применяться для прецизионной калибровки видеограмметрических систем в научных исследованиях, машиностроении, строительстве, медицине, экспериментальной аэродинамике и в других областях. Заявленная группа изобретений включает способ калибровки видеограмметрических систем и контрольное приспособление для калибровки видеограмметрических систем. Причем способ калибровки видеограмметрических систем, при котором в пространство измерений устанавливают тест-объект с множеством маркеров, хорошо различимых на изображениях, регистрируемых камерой видеограмметрической системы, и координаты которых предварительно измеряют в собственной системе координат с повышенной точностью, превышающей прогнозируемую точность видеограмметрической системы, при этом в пространстве измерений создают комплекс базовых ориентиров, функционально согласуют его с измерительной системой координат, тест-объект оснащают комплексом ответных реперов, функционально согласуют его с собственной системой координат, а при установке тест-объекта регулируют его положение, сводя базовые ориентиры с ответными реперами, по шести степеням свободы. Технический результат заключается в повышении точности и достоверности калибровки видеограмметрических систем за счет увеличения точности позиционирования тест-объекта путем привязки его системы координат к измерительной системе координат по шести степеням свободы, а следовательно, точности и достоверности последующих бесконтактных измерений геометрических параметров положения, движения и деформации моделей или элементов конструкции летательных аппаратов в аэродинамических трубах и на экспериментальных стендах. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к способу измерения объемов сыпучих материалов на открытых складах с применением воздушного оптического сканирования с беспилотных авиационных систем (БАС). Способ измерения объемов сыпучих материалов на открытых складах с применением воздушного оптического сканирования с беспилотных авиационных систем содержит этапы, на которых получают высокоточные геодезические измерения характерных точек границ сыпучих материалов и опознавательных знаков (контрольных точек). Затем получают данные оптического сканирования с БАС в виде аэрофотоснимков сыпучего материала, получают результаты геодезических измерений от базовой станции (БС) за период проведения аэрофотосъемки. Далее получают результаты геодезических измерений от бортового GNSS приемника за период проведения аэрофотосъемки, получают результаты совместной обработки измерений от базовой станции и от бортового GNSS приемника, как результат получение центров фотографирования. Проводят фотограмметрическую обработку данных оптического сканирования и проверку их точности посредством сравнения координат опознавательных знаков, определенных на аэрофотоснимках с координатами опознавательных знаков, определенными указанными выше высокоточными геодезическими измерениями, при этом если разница в расположении опознавательных знаков в пределах допустимых значений, то на основе данных оптического сканирования и результатов геодезических измерений, полученных от БС, осуществляют построение в автоматизированном режиме плотного облака точек с известными координатами X, Y, Z, высокоточного ортофотоплана сыпучих материалов, карты высот и 3D модели. На основе высокоточного ортофотоплана и 3d модели определяют объем сыпучих материалов - методом переходных (неполных) квадратов от отсчетной триангуляционной поверхности или заданного горизонтального сечения. Техническим результатом изобретения является повышение точности и скорости определения объемов сыпучих материалов на открытых складах. 4 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к аэросъемочным системам, а именно к модернизированной бортовой системе управления аэрофотосъемкой для пилотируемых воздушных судов (МБСУ АФС). Заявленная модернизированная бортовая система управления аэрофотосъемкой для пилотируемых воздушных судов (МБСУ АФС) содержит управляющий контроллер, соединенный с двумя цифровыми аэрофотоаппаратами и запоминающим устройством, причем оптические оси упомянутых аэрофотоаппаратов расположены таким образом, чтобы обеспечить одновременное получение изображений двух маршрутов с поперечным перекрытием между собой в 30% для сохранения их в памяти запоминающего устройства. Технический результат заключается в снижении массогабаритных показателей бортовой системы управления аэрофотосъемкой для пилотируемых воздушных судов (МБСУ АФС) с одновременным повышением оперативности получения изображений местности, необходимых для построения высокоточного ортофотоплана. 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

Предложенный способ относится к области дистанционного мониторинга природных процессов, в частности роста и движения ледников. Способ определения положения фронтальной части ледника с находящегося на околокруговой орбите КА включает определение текущих параметров орбиты, съемку с КА ледника и неподвижных характерных наземных точек в моменты, взятые через задаваемый промежуток времени, и определение скорости движения фронтальной части ледника по получаемым изображениям. Дополнительно корректируют орбиту КА, изменяя ее высоту в выделенных пределах до значения, исходя из значения аргумента широты us подсолнечной точки орбиты на момент начала сезона абляции ледника. Начиная с момента начала сезона абляции ледника, выполняют съемку ледника и неподвижных характерных точек вокруг ледника в моменты, взятые через задаваемый интервал времени, выбираемый из условия определения перемещения фронтальной части ледника по получаемым изображениям, после чего выполняют съемку ледника и неподвижных характерных точек вокруг ледника через промежутки времени, отсчитываемые от момента выполнения предшествующей съемки ледника, начинающиеся прогнозируемым по получаемым изображениям текущим временем, через которое фронтальная часть ледника переместится на расстояние, равное углу разрешения съемочной системы КА, умноженному на высоту орбиты, и оканчивающиеся прогнозируемым по получаемым изображениям текущим временем до достижения фронтальной частью ледника задаваемой наземной точки, уменьшенным на задаваемое время для подготовительных операций перед достижением ее фронтальной частью ледника, при этом по получаемым изображениям определяют расстояния от характерных наземных точек до фронтальной части ледника, по которым определяют скорость, ускорение и производную ускорения фронтальной части ледника. Технический результат, достигаемый от осуществления изобретения, заключается в формировании околокруговой орбиты КА для определения параметров движения ледника, начиная с момента начала сезона абляции ледника.

Наверх