Способ определения элементов внешнего ориентирования снимка по изображениям летательных аппаратов

Авторы патента:

G01C21/00 - Навигация; навигационные приборы, не отнесенные к предыдущим группам (измерение расстояния, пройденного наземным транспортным средством, G01C 22/00; измерение линейной и угловой скорости или ускорения G01P; управление курсом, высотой или положением транспортных средств G05D 1/00; системы управления движением транспорта G08G)

G01C11/06 - путем сравнения двух и более изображений одного и того же участка

Владельцы патента RU 2789986:

Чернов Иван Владимирович (RU)

Заявленное изобретение относится к фотограмметрии и может быть использовано при дистанционном зондировании Земли. Сущность предлагаемого способа заключается в осуществлении следующих этапов, а именно: размещение летательных аппаратов-марок (ЛАМ) между фотографируемой местностью и летательным аппаратом дистанционного зондирования Земли (ЛАДЗЗ); фотографирование местности и ЛАМ на фоне этой местности с одновременной фиксацией момента времени фотографирования, приемом и записью данных от радионавигационных систем (РНС) на ЛАДЗ и каждом ЛАМ; передача на устройство обработки изображения местности данных о моменте фотографирования, данных от РНС; преобразование данных от РНС в данные местоположения (координаты) ЛАДЗ в момент фотографирования и в данные местоположения (координаты) не менее четырех ЛАМ в момент фотографирования; вычисление элементов внешнего ориентирования снимка. Технический результат применения способа заключается в определении элементов внешнего ориентирования снимка местности (объекта) без использования наземной планово-высотной основы.

Заявленное изобретение относится к фотограмметрии, может быть использовано при дистанционном зондировании Земли, картографировании местности, определении координат точек местности.

Известен способ RU 2152625 С2 (Научно-производственное объединение прикладной механики), 10.07.2000. Способ позволяет определять ориентацию объектов по навигационным радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, при котором каждые из четырех (пяти) антенно-приемных устройств двухбазового интерферометра со взаимно ортогональными базами, установленные на объектах, принимают навигационные радиосигналы.

Указанный способ включает сложную математическую обработку данных от космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем принятых четырьмя (пятью) антенно-приемными устройствами, что усложняет реализацию способа и одновременно снижает оперативность определения элементов внешнего ориентирования.

Также известен способ RU 2597024 С1 (Андронов В.Г., Емельянов С.Г.), 10.09.2016, состоящий в измерении на интервале съемки значений углов тангажа, крена и рыскания и составляющих угловой скорости космического аппарата гироинерциальными датчиками и получения значений координат и составляющих скорости движения космического аппарата в моменты бортовых измерений.

Наличие сложного математического аппарата и необходимости получения совместных гироскопических и координатных определений снижает оперативность определения элементов внешнего ориентирования, одновременно усложняет реализацию способа.

Кроме того известен способ определения угловых элементов внешнего ориентирования снимка [Способ определения угловых элементов внешнего ориентирования снимка: пат. 2704540 Рос. Федерация: МПК G01C 11/02, G01C 1/00 / Чернов И.В.; заявитель и патентообладатель Чернов И.В. - №2019102111; заявл. 25.01.19; опубл. 29.10.19, Бюл. №31], включающий: фотографирование объекта, местности; прием данных от спутниковых радионавигационных систем (РНС) и преобразование их в данные местоположения фазовых центров антенн, которые расположены соосно с линией направления съемки; расчет продольного и поперечного угла наклона снимка по прямоугольным геодезическим координатам фазовых центров антенн приема сигналов навигационных систем.

Элементы внешнего ориентирования (ЭВО) снимков позволяют выполнить определения координат местности для ее картографирования. Для повышения точности реализации способа-прототипа необходимо увеличивать расстояние межу антеннами приемников РНС. Чем больше будет расстояние между антеннами на мачте, тем точнее будут определены элементы внешнего ориентирования снимка и как следствие точнее будет выполнено определение координат местности.

Наиболее близким по существу заявляемого изобретения является способ фотограмметрического определения координат точек местности на недоступной территории [Способ фотограмметрического определения координат точек местности на недоступной территории / Нечипас Ю.П., Левадный Ю.В., Телеш В.А. // Навигация и гидрография. - 2018. -№53. - С. 34-39] (далее способ-прототип), включающий: полевую планово-высотную подготовку (ПВП) доступной территории; одновременное фотографирование доступной и недоступной территории и определение координат точки фотографирования по сигналам РНС; определение ЭВО; определение координат определяемых точек недоступной территории.

Способ-прототип имеет существенный недостаток, состоящий в необходимости выполнения полевой ПВП и видимости из точки фотографирования доступной территории (территории на которой выполнена полевая ПВП).

Заявленное изобретение предназначено для определения ЭВО снимка местности (объекта) по изображениям летательных аппаратов-марок (ЛАМ) на снимке и их геодезическим координатам.

Технический результат применения способа выражается в определении ЭВО снимка местности (объекта) без использования наземной ПВП.

Технический результат применения способа достигается тем, что во время фотографирования, между фотографируемой местностью (объектом) и летательным аппаратом дистанционного зондирования Земли (ЛАДЗЗ) помещаются ЛАМ и используя сигналы РНС, определяют координаты местоположения ЛАМ и ЛАДЗЗ в момент фотографирования, а также в данные о моменте времени фотографирования. Данные положения ЛАМ в момент фотографирования используются также как точки ПВП, по которым определяются ЭВО снимка.

В итоге способ позволяет определять координаты точек местности, создавать планы и карты без использования полевой ПВП (определение ЭВО по точкам полевой ПВП включает определение путем инструментальных измерений на местности координат этих точек (путем проведения полевых работ на местности, это трудоемкие и не всегда реализуемые работы).

Реализация способа.

ЛАДЗЗ и ЛАМ оборудуются приемниками сигналов РНС; хронографами (часами) с возможностью коррекции по сигналам РНС и устройствами дистанционного зондирования Земли; устройствами обработки, хранения и передачи: данных сигналов РНС, моментов фотографирования и изображений местности.

Для реализации способа предлагается следующая последовательность действий:

- размещение ЛАМ, между фотографируемой местностью и ЛАДЗЗ;

- получение изображения (фотографирование) местности и ЛАМ на фоне этой местности с одновременной фиксацией момента времени фотографирования, приемом и записью данных от РНС на ЛАДЗ и каждом ЛАМ;

- передача на устройство обработки: изображения местности, данных о моменте фотографирования, данных от РНС;

- преобразование данных от РНС в данные местоположения ЛАМ и ЛАДЗ (координаты ЛАМ p₁{Χ₁, Υ₁, Ζ₁}, …, p_n{X_n, Υ_n, Ζ_n} и координаты ЛАДЗ S{X_S, Y_S, Z_S}, где n - число ЛАМ отображенных на снимке) в момент фотографирования (n≥4);

- вычисление элементов внешнего ориентирования снимка.

Вычисление элементов внешнего ориентирования снимка выполняются по формулам обратной фотограмметрической засечки (ОФЗ)

где x и y - измеренные координаты изображения ЛАМ на снимке (плоские координаты);

ƒ - фокусное расстояние снимка;

Χ,Υ,Ζ- координаты ЛАМ в момент фотографирования в геодезической системе координат;

X_S, Y_S, Z_S - координаты точки фотографирования в геодезической системе координат;

a _i, b_i, c_i - элементы матрицы направляющих косинусов, зависящие от угловых элементов внешнего ориентирования снимка α - продольный угол наклона снимка, ω - поперечный угол наклона снимка, к - угол поворота снимка [А.Н. Лобанов, Фототопография. Аэрофототопографическая съемка. М.: изд. ВИА. - 1971. - 535 с.].

Для приведения уравнений вида (1) к линейному виду пользуются известным приемом разложения их в ряд Тейлора с сохранением только членов первого порядка малости. Для разложения зависимостей (1) в ряд Тейлора необходимы приближенные значения ЭВО фотоснимка. Обозначим их через (X_S)₀, (Y_S)₀, (ZS)₀, (α)₀, (ω)₀, (κ)₀. В процессе решения ОФЗ ищут поправки к приближенным значениям ЭВО фотоснимка, которые обозначают как δX_S, δY_S, δΖ_S, δα, δω, δκ.

В результате разложения зависимостей (1) в ряд Тейлора, получают линейные уравнения:

где (х) и (у) - вычисленные координаты изображения ЛАМ на снимке с использованием приближенных значений ЭВО. Вычисленные координаты (х) и (у) будут отличаться от измеренных χ и у.

Обозначают:

С учетом принятых обозначений, составляют уравнения поправок:

где значения коэффициентов уравнений поправок, являются частными производными зависимостей (1) по соответствующим аргументам (ЭВО фотоснимка):

Одна опорная точка позволяет составить два уравнения с весами р_х и р_у и шестью неизвестными. Для решения задачи необходимо 4 опорные точки (необходимо обеспечить избыточность измерений).

Систему уравнений (3) решают под основным условием метода наименьших квадратов:

Таким образом, будут получены элементы внешнего ориентирования снимка, позволяющие вычислять геодезические координаты всех точек местности (объекта) отображенных на снимке.

Способ определения элементов внешнего ориентирования снимка по изображениям летательных аппаратов:

- размещение летательных аппаратов-марок (ЛАМ) между фотографируемой местностью и летательным аппаратом дистанционного зондирования Земли (ЛАДЗЗ);

- фотографирование местности и ЛАМ на фоне этой местности с одновременной фиксацией момента времени фотографирования, приемом и записью данных от радионавигационных систем (РНС) на ЛАДЗ и каждом ЛАМ;

- передача на устройство обработки изображения местности данных о моменте фотографирования, данных от РНС;

- преобразование данных от РНС в данные местоположения (координаты) ЛАДЗ в момент фотографирования и в данные местоположения (координаты) не менее четырех ЛАМ в момент фотографирования;

- вычисление элементов внешнего ориентирования снимка.

Изобретение относится к области измерительной техники, навигации и предназначено для определения местоположения и ориентации различных объектов, в том числе и беспилотных летательных аппаратов, относительно источника переменного вращающегося магнитного поля. Техническим результатом изобретения является расширение координатного пространства области применения, где могут решаться навигационные задачи с высокой точностью с помощью устройства магнитометрической локальной навигации.

Способ выявления ложноположительных показаний устройства обработки изображения камеры // 2789502

Изобретение относится к способу выявления ложноположительных показаний устройства обработки изображения камеры (2), установленной на транспортном средстве (1), которое выдает данные моделирования линии разметки (11, 12), при этом способ выявления ложноположительных показаний содержит следующие этапы: первый этап (101) определения первого расстояния (Yi) от транспортного средства (1) до линии разметки (11, 12) в первый момент (T1) времени, второй этап (102) определения второго расстояния (Y’i) от транспортного средства (1) до линии разметки (11, 12) во второй момент (T2) времени, этап (103) вычисления первоначального разрыва, на котором первоначальный разрыв равен абсолютному значению разности между первым расстоянием (Yi) и вторым расстоянием (Y’i), этап (104) выявления ложноположительного первоначального разрыва, на котором первоначальный разрыв сравнивают с заранее определенным первоначальным нижним порогом.

Измеритель внешних возмущающих сил и моментов этих сил, действующих на фюзеляж одновинтового вертолета // 2786133

Измеритель внешних возмущающих сил и моментов этих сил, действующих на фюзеляж одновинтового вертолета, содержит блок измерителей абсолютной угловой скорости, устройство подстройки моментов инерции, связанное с вычислителем момента, сумматоры, датчики нормальной и касательной составляющих силы тяги несущего винта, датчик крутящего момента и датчик тяги хвостового винта, вычислитель координат центра масс вертолета, соединенные определенным образом, а также шесть измерителей кажущихся ускорений по два размещенных датчика на каждую ось вертолета, выходы которых связаны с соответствующими сумматорами определения средних в паре ускорений.

Способ бесплатформенной ориентации подвижных объектов // 2784859

Заявленное изобретение относится к способу бесплатформенной ориентации подвижных объектов. Для ориентации подвижных объектов формируют первичную приборную информацию о векторе кажущегося ускорения объекта по сигналам предварительно откалиброванного неортогонального блока акселерометров, векторе напряженности результирующего магнитного поля по сигналам предварительно откалиброванного неортогонального блока магнитометров, радиусе-векторе точки местоположения объекта по сигналам спутниковой навигационной системы, а также на последующей обработке этой комплексной магнито-инерциально-спутниковой информации с целью определения параметров ориентации объекта определенным образом выполняют автономный контроль, самодиагностику, коррекцию и нормировку полученных результатов.

Способ мониторинга пространственно-временного состояния группы подвижных объектов при локальной навигации // 2784109

Изобретение относится к способу мониторинга пространственно-временного состояния группы подвижных объектов при локальной навигации. Определяют собственные локальные координаты подвижного объекта с помощью четырех разнесенных в пространстве опорных приемопередатчиков с известными координатами на основании значений интервалов времени, пропорциональных расстояниям между подвижным объектом и опорными приемопередатчиками, измеренных подвижным объектом запросным способом, передают измеренные значения интервалов времени другим подвижным объектам группы для определения его локальных координат, осуществляют расчет координат других объектов определенным образом на основании полученных значений, отображают рассчитанные локальные координаты подвижного объекта на экранах дисплеев в виде отметок на фоне карты местности.

Способ мониторинга пространственно-временного состояния группы подвижных объектов при локальной навигации // 2784103

Изобретение относится к способу мониторинга пространственно-временного состояния группы подвижных объектов при локальной навигации. С помощью четырех разнесенных в пространстве опорных приемопередатчиков с известными координатами определяют собственные координаты и локальные координаты управляемых подвижных объектов на основании значений расстояний между управляющим подвижным объектом и опорными приемопередатчиками, измеренных управляющим подвижным объектом запросным способом путем решения системы линейных уравнений, связывающих вектор искомых координат подвижного объекта, векторы координат опорных приемопередатчиков и измеренные значения расстояний между подвижным объектом и опорными приемопередатчиками, отображают рассчитанные локальные координаты подвижных объектов на экране дисплея в виде отметок на фоне карты местности.

Способ для адаптивного управления характеристиками движения высокоавтоматизированного транспортного средства в зависимости от уровня неопределенности в оценке окружающей ситуации // 2783780

Изобретение относится к способам управления высокоавтоматизированных транспортных средств (ВАТС). Сущность способа заключается в том, что при движении ВАТС на бортовой вычислитель поступают данные от колесных энкодеров и датчика положения руля, при этом формируется текущее состояние ВАТС и гипотезы о положении ВАТС, а также планируемый путь движения в виде желаемой траектории на карте и цифровая карта препятствий.

Способ помощи при вождении и устройство помощи при вождении // 2783421

Изобретение относится к системам помощи при вождении. Технический результат заключается в автоматизации помощи при вождении по круговой проезжей части.

Способ и система определения относительного положения летательных аппаратов // 2783257

Изобретение относится к области навигации летательных аппаратов (ЛА) и предназначено для обеспечения безопасности полета группы ЛА, выполняющих совместные действия в сложных навигационных условиях, в том числе, при выходе из строя спутниковой радионавигационной системы (СРНС). Для этого при работающей СРНС предусматривается определение навигационной информации каждым ЛА, передача и прием ее через каналы информационного обмена ЛА путем формирования по информации СРНС сигналов синхронизации для временного разделения передачи и приема навигационной информации, а при неработающей СРНС - автономная синхронизация временного разделения передачи и приема навигационной информации в группе ЛА с последующими передачей и приемом сигналов для определения относительных дальностей между ЛА.

Система организации спутниковой связи на водном транспорте // 2783227

Изобретение относится к области средств связи и может быть использовано для организации спутниковой связи на водном транспорте. Система с помощью двух спутниковых приемо-передающих следящих антенн через каналы связи осуществляет прием и передачу в Ku или Ka диапазонах частот на спутники ретрансляторы, расположенные на геостационарной и высокоэллиптической орбитах.

Фотограмметрический способ определения объема насыпи в закрытых складах // 2788855

Способ определения объема насыпи в закрытых складах включает в себя подготовительный, полевой и камеральный этапы. На подготовительном этапе выполняют определение количества статичных камер и закрепляют их над измеряемой насыпью, подключая их к сети Ethernet, и размещают на полу склада опознавательные знаки, при этом камеры и опознавательные знаки координируют в условной системе координат.