Обработка изображений линии горизонта в построителях местной вертикали высокой точности и в навигационных системах

Оптические построители местной вертикали широко используются в космических аппаратах на высотах приблизительно от 200 до 35000 км. Точность таких измерителей порядка 2-10 угловых минут. Для перспективных космических аппаратов детального оптикоэлектронного наблюдения поверхности Земли с точной топографической привязкой и прицельной съемки заданных объектов с высоким разрешением желательно повысить точность измерений до величин порядка 0,3-0,5 угловых минуты. Одним из источников ошибок измерения местной вертикали, особенно на высотах, не превышающих нескольких сотен км, является профиль поверхности Земли, который достаточно сильно отличается от сферы (эллипсоида). Учет профиля поверхности Земли позволяет существенно повысить точность построения местной вертикали, что в свою очередь позволит увеличить надежность навигации, а также её точность за счет комплексирования.
В настоящее время широкое распространение получили спутниковые навигационные системы, такие как GPS, ГЛОНАСС. В рамках Европейского союза ведется разработка системы Галилео (Galileo). Китайская Народная Республика также ведет разработку своей спутниковой навигационной системы "Бэйдоу". Спутниковые навигационные системы обладают крайне высокой уязвимостью к маскирующим и имитирующим помехам (что объясняется большим расстоянием до навигационных спутников и малой мощностью бортовых передатчиков навигационного сигнала). В связи с развитием методов обработки изображений наблюдается возрождения интереса к системам звездной навигации летательных аппаратов на высотах до 30 км. Оптический построитель вертикали позволит существенно повысить точность навигации по сравнению со случаем, когда местная вертикаль рассчитывается по информации, поступающей от инерциальной навигационной системы.
Более того, сравнение видимой формы горизонта с расчетной формой линии горизонта, зависящей от координат точки, в которой находится наблюдатель, позволяет решать навигационную задачу и без звездного датчика. Поскольку профилеметрическая информации имеется для Земли, Луны и Марса, то навигационная задача может решаться при полете в окрестностях указанных планет, а также при движении по их поверхности.
В докладе рассматриваются вопросы разработки алгоритмов синтеза эталонных изображений линий горизонта для произвольного положения летательного аппарата, алгоритмы предварительной обработки изображений, поступающих от камер, алгоритмы корреляционно-экстремальной навигации по изображению линии горизонта. Основной проблемой является синтез эталонных изображений, который должен осуществляться с высокой скоростью и точностью для обеспечения навигации в реальном времени.