Алгоритм определения вектора скорости движения изображения по его текущим пространственно-частотным спектрам при орбитальной съемке оптико-электронной аппаратурой

Достоверность и точностные характеристики определения отклонения от заданного значения скорости движения изображения (СДИ) на фокальной плоскости бортовой оптико-электронной аппаратурой (БОЭА) космического аппарата (КА) при орбитальной съемке, являются ключевыми факторами решения проблем достаточно существенного ограничения или компенсации смаза и сдвигов формируемого изображения. При этом задаваемое для съемки значение вектора СДИ, вычисляемого непосредственно [1] или опосредовано [2-4], и его погрешности во многом определяют эффективность средств формирования и коррекций полученного изображения в целях обеспечения его запланированных разрешения и точности.
Предлагается для определения фактического вектора СДИ использовать метод реализации предельных возможностей измерения сдвигов изображений за определенное время (Тихонов В.И., [5]), основанный на фундаментальном соотношении неопределенности, работающем в радиолокационных системах с частотно-модулируемым внутриимпульсным заполнением (линейно нарастающим по частоте), где фильтр, собирающий и суммирующий в одной временной точке все амплитуды спектра сигнала на принципе реализации дисперсии задержки гармоник в зависимости от их частоты, формирует отклик в виде первого замечательного предела.
На фрагменте формируемого изображения (от одной строки до нескольких строк и от одного столбца до нескольких) вычисляется пространственно-частотный спектр (в случае одной строки спектр будет одномерным), все моды спектра суммируются в одной точке спектральной координатной плоскости с учетом необходимого их сдвига по фазе, формируя описанный выше отклик в координатном пространстве, но состоящий из адиабатически сложенных откликов по двум перпендикулярным осям. «Толщина» отклика на уровне 0,7 для элементов ПЗС, например, в 7-8мкм по апертуре составляет 10-10 или 10-9 и определяет при работе с разностями откликов на изображениях соответственную точностную характеристику определения вектора СДИ. «Толщина» отклика находится приравниванием соотношения к 0,7 и разложением тригонометрической функции в ряд Тейлора до третьей степени. При этом частота радиолокационного заполнения становится пространственной частотой спектра изображения (определяется как количеством элементов ПЗС на строке, так и, в первую очередь, величиной, обратной значению апертуры пиксела на ПЗС), а время –координатой в пространстве. Следует отметить, что определение систематических погрешностей по известным разностным формулам имеет аналогичный порядок точности. Процедура определения вектора СДИ по выбранному фрагменту изображения и выявленному с запаздыванием по времени аналогичному с коэффициентом корреляции не хуже 0,7 следующая:
- на обоих изображениях в спектральных портретах находится максимально энергетическая зона;
-к главной моде выявленной зоны приводятся с учетом их фазовых сдвигов моды спектров изображений с суммированием;
-относительно начала процесса измерения фаза первого всплеска принимается нулевой, фаза второго всплеска отсчитывается от начала процесса измерения.
Разность фаз в силу минимизированных толщинных срезов всплесков определяет значение СДИ на данном временном интервале измерения с указанной выше точностью, если точность замера временного интервала была не хуже «толщины» отклика.

Литература

1. Жиленев М.Ю., Винтаев В.Н. Формула расчета движения изображения при орбитальной съемке планет оптико-электронной аппаратурой. /Телекоммуникации (Telecommunications) -М.: Наука и технологии, № 7, 2011, с.2-7.
2. Миллер Б.М., Рубинович Е.Я. Компенсация сдвига изображения при съемке с использованием ПЗС в режиме задержки и интегрирования. Информационные процессы, Том 7, №1, 2007.
3. Бутырин С.А. Кинематический синтез программного углового движения космического аппарата при оптико-электронной съемке земли. Известия Самарского научного центра РАН, т. 9, №3, 2007.
4. Кузнецов П.К., Семавин В.И., Солодуха А.А. Алгоритм компенсации скорости смаза изображения подстилающей поверхности, получаемого при наблюдении Земли из космоса. //Вестник Самарского гос. технического университета. Выпуск 22. Серия "Технические науки", 2005, c. 150-157.
5. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника /В.И. Тихонов.-М.: Советское радио, 1966, 677 с.