Точная географическая привязка NOAA/AVHRR изображений без реперных точек

Накопленный опыт в течение более трёх десятилетий показал, что добиться точности решения задачи привязки AVHRR данных спутников серии POES NOAA порядка размера пиксела исходного изображения можно только с помощью метода реперных точек (Ground Control Points, GCPs), суть которого заключается в определении истинных координат местоположений некоторых географических объектов на изображении. Но при этом основную трудность для коррекции привязки по GCPs представляют изображения, у которых конфигурация рассчитанных точек не позволяет восстановить полный набор корректируемых параметров, или точки вовсе отсутствуют. Один из возможных подходов получения необходимой точности привязки для такого рода данных основан на результатах работы с изображениями, сформированных ранее, т.е. используются соответствующие схемы прогнозирования параметров коррекции привязки.
В опубликованных работах разработчиками альтернативных методов привязки NOAA/AVHRR изображений был предложен единственный способ для прогнозирования параметров коррекции привязки. Суть, которого состоит в том, что выполняется простой перенос вычисленных значений углов положения спутниковой платформы (roll, pitch, yaw) для изображений, сформированных с разницей в 1 или 2 витка орбиты. Впервые такая схема прогноза была предложена разработчиками автоматического метода привязки ANA (Bordes P. et al., 1992; Brunel P., Marsouin A., 2001), который дополнительно поставляется (на коммерческой основе) к европейскому пакету AAPP для обработки данных от ИСЗ POES NOAA (Marsouin A., et al., 2006). В основной работе (Brunel P., Marsouin A., 2000), демонстрирующей результаты исполнения метода ANA на длительной серии изображений, не было представлено в каком-либо виде оценки точности привязки для предложенной схемы прогноза. Также разработчики другого альтернативного метода в качестве успешного результата применения данной схемы прогноза показали только локальное рассогласование эталонного и видимого береговых контуров менее двух пикселов всего на двух изображениях (Emery W.J. et al., 2003, 2010).
Полученные в нашем случае результаты проверки альтернативной схемы прогноза привязки (использовалась орбитальная модель SGP4 с телеграммами NORAD TLE) на серии NOAA/AVHRR изображений показали, что точность привязки таким способом хуже двух пикселов. Поэтому был предложен другой способ прогнозирования параметров привязки, в котором выполняется перенос углов положения спутниковой платформы через сутки (14 витков орбиты). Результаты апробирования данного способа показали, что с пиксельной точностью привязывается около 90% изображений (Katamanov S.N., 2010). При прогнозировании через больший промежуток времени наблюдается некоторое сокращение количества таких изображений. Но через четверо суток для спутников NOAA-12(15,17) количество таких изображений выше, чем через двое или трое суток. Поэтому было проведено дополнительное исследование на предмет определения закономерности изменения углов от расположения трасс витков орбиты на поверхности Земли. В итоге для каждого ИСЗ серии POES NOAA было установлено, при каких условиях наблюдается минимальное расхождение трасс витков орбит на поверхности Земли. Также было определено, при каком максимальном пространственном расхождении трасс витков орбит на поверхности Земли, возможно получение пиксельной точности привязки при прогнозировании параметров коррекции. Для каждого спутника серии POES NOAA было оценено, на каком максимальном временном интервале между принятыми сеансами приёма для близлежащих трасс орбит возможно получение необходимой точности привязки при использовании прогнозных параметров.
Данная работа посвящена разработанной методике прогнозирования параметров коррекции географической привязки NOAA/AVHRR изображений (углов ориентации спутниковой платформы в пространстве) на основе орбитальной модели движения SGP4 (с прогнозными телеграммами NORAD TLE). Представлены результаты апробации на длительной серии AVHRR изображений (полученных с 2006 по 2008 гг.) спутников серии POES NOAA (-12,-15,-17,-18) в Региональном спутниковом центре мониторинга окружающей среды ДВО РАН.
Работа поддержана грантами РФФИ (11-01-12107-офи-м-2011, 11-01-98510-р_восток_а, 11-01-00590-а, 11-01-00593-а) и грантами ДВО РАН.

Список литературы:
Bordes P., Brunel P., Marsouin A. Automatic adjustment of AVHRR navigation // Journal of Atmospheric and Oceanic technology. 1992. Vol.9. P.15–27.
Brunel P., Marsouin A. Operational AVHRR navigation results // International Journal of Remote Sensing. 2000. Vol.21. No.5. P.951-972.
Brunel P., Marsouin A. ANA-3 User’s Manual // Centre de Meteorologie Spatiale. Meteo-France. Lannion. France. 2001. BP 147.
Emery W.J., Baldwin D.G., Matthews D. Maximum cross correlation automatic satellite image navigation and attitude corrections for open-ocean image navigation // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2003. Vol.41. No.1. P.33–42.
Emery W.J., Crocker R.I., Baldwin D.G. Automated AVHRR Image Navigation // Image Registration for Remote Sensing. UK: Cambridge University Press. May 2011. P.383-399.
Katamanov S.N. Automatic navigation of one pixel accuracy for meteorological satellite imagery // Proceedings of first Russia and Pacific Conference on Computer Technology and Applications, Vladivostok, Russia. 6-9 September 2010. P. 269-274.
Marsouin A., Brunel P., Atkinson N. AAPP documentation - Annex of scientific description: AAPP navigation // NWP SAF. EUMETSAT. June 2006. Version 1.2. Doc.ID: NWPSAF-MF-UD-005.