Тема. УПРАВЛЕНИЕ. Исследования в области динамики сложных механических систем, проектирования орбит и построения математических моделей планирования космических экспериментов.Научный руководитель д.т.н. Р.Р. Назиров

Был продолжен ретроспективный анализ эволюции орбит ИСЗ серии “Прогноз” под влиянием гравитационных возмущений со стороны внешних тел (Луны и Солнца). На первом этапе исследований использовался аппарат аналитических решений двукратно осредненной задачи Хилла, основываясь на концепции компланарности плоскостей орбиты Луны и эклиптики (напомним, что наклонение плоскости орбиты Луны к плоскости эклиптики составляет 5.5° , а прецессия орбиты Луны имеет периодом 19.5 лет). На основе аналитических решений был разработан геометрический метод анализа эволюции и выбора долгоживущих орбит ИСЗ.

Сопоставление аналитических решений с численными экспериментами, основанными на использовании численного интегрирования полной системы дифференциальных уравнений с учетом реальных гравитационных возмущений от Луны и Солнца, показали не только заметное количественное, но, во многих случаях, и качественное отличие в характере эволюции орбит и во времени их существования. Эти эксперименты показали существенную роль некомпланарности плоскостей орбиты Луны и эклиптики и подсказали направление дальнейших исследований.

Одним из наиболее существенных факторов, влияющих на развитие событий при наличии прецессии орбиты Луны, оказалась процессия орбиты самого ИСЗ, которая характеризуется эволюцией долготы, W , восходящего узла орбиты ИСЗ на плоскости эклиптики.

При учете прецессии орбиты Луны для классификации эволюционирующих орбит мы использовали следующие параметры:

На первом этапе рассматривалась эволюция орбит в рамках двукратно-осредненной задачи Хилла (без учета прецессии обиты Луны, в предположении компланарности плоскостей орбиты Луны и эклиптики).

На основании параметрического анализа аналитических решений двукратно осредненной задачи Хилла был разработан геометрический метод выбора начальных значений орбитальных элементов с учетом характера эволюции соответствующих орбит и времени их баллистического существования.

При учете прецессии орбиты Луны, весьма существенным становится начальное значение долготы восходящего узла орбиты спутника на эклиптике, W , и эволюция этого параметра.

Проведенные численные эксперименты подсказывают направление дальнейших, более подробных, исследований эволюции орбит под влиянием гравитационных возмущений Луны и Солнца с учетом прецессии орбиты Луны.

Результаты опубликованы в докладах на международных конференциях и в Препринтах ИКИ:

Доклад на международной конференции памяти Ю.И. Гальперина, Москва, 4- 7 февраля 2003.

Получена гидродинамическая аналогия интегральных кривых дважды осредненной проблемы Хилла и линий тока плоского движения идеальной, несжимаемой жидкости. Эта аналогия позволяет обнаружить и обосновать некоторые не лежащие на поверхности свойства решения проблемы Хилла.

Препринт ИКИ, Пр.- 2082, 28 с., 2003. Препринт ИКИ, Пр.- 2090, 21 с., 2003.

Научный руководитель: дтн, профессор Назиров Р.Р. Тел. 333-20-23 (сл.);

На базе разработанных автором ранее математических моделей собственных колебаний системы исследованы спектры гидроупругих, гравитационных и инерционных колебаний (волн Россби) в гидротермальных ячейках Томсона - Деланея.

Рассмотрены вынужденные приливные колебания и приливные параметрические колебания, обусловленные возмущающим воздействием ближайших к Европе Галилеевых спутников Юпитера.

Установлено, что конфигурация областей неустойчивости в плоскости характерных безразмерных параметров системы отличается от конфигурации областей Айнса – Стретта. Этот аспект проблемы будет предметом дальнейших исследований.

Получено обобщение решения Г. С. Нариманова задачи о “жидком гироскопе” с цилиндрической полостью, частично заполненной жидкостью, и вращающейся вокруг неподвижной точки на случай вращающегося КА. Это обобщение достигнуто по линии учета следующих новых факторов: возмущенное движение центра масс КА, наличие нескольких осесимметричных баков произвольной конфигурации (эллипсоид вращения, сфера, тор), вязкость жидкости, наличие внутрибаковых узких радиальных ребер, возможность отличия угловых скоростей вращения тела и жидкости и их изменения по времени, наличие систем одноосной ориентации и стабилизации КА.

Проведено сравнение полученных моделей с математической моделью вращающегося КА с упругими элементами типа штыревых антенн.

Автор с.н.с. Суханов А.А., к.ф.-м.н.

Рассматривается возможность эффективного численного решения задачи робастного оценивания с линейными ограничениями на оцениваемые параметры. Показывается, что при наличии ограничений проблематично получить решение из двойственной задачи квадратичного программирования. Предлагаются и сравниваются два метода.

Первый метод сводится к последовательному применению взвешенного метода наименьших квадратов с ограничениями. При этом веса вычисляются на каждой итерации по конечным формулам.

Второй метод основан на сведении упомянутой задачи квадратичного программирования к многопараметрической задаче линейного программирования, трудоемкость решения которой слабо зависит от числа ограничений на оцениваемые параметры и коэффициента "загрязнения" нормального распределения в модели измерений. Решение последней задачи эффективно осуществляется методом генерации столбцов. При этом на каждом шаге имеется оценка для оптимума, а двойственный вектор оптимального решения дает искомый вектор оценок.

Результаты представлены в журнале

Известия РАН ТиСУ № 4, 2003

Научный руководитель в.н.с. Бахшиян Б.Ц., д.ф.-м.н.

Рассматривается задача оптимального гарантирующего оценивания для динамических систем с запаздыванием. Возмущения в системе и шумы измерений предполагаются комбинированными. Это означает, что они представляют собой сумму неопределенных ограниченных сигналов и процессов типа белого шума. Решение этой проблемы сводится к сложной негладкой экстремальной задаче. Для ее приближенного решения негладкая проблема заменяется на некоторую гладкую. В предположении, что запаздывание мало по сравнению со временем наблюдения из анализа гладкой задачи получены субоптимальные конструктивные алгоритмы оценивания. Для этих алгоритмов построены явно вычисляемые оценки их неоптимальности. Численные расчеты показывают высокую эффективность предложенного подхода. Задача окончательно решена, и результаты представлены журнале:

Руководитель работы в.н.с. Матасов А.И., д.ф.-м.н.

При движении объекта в пространстве некоторые возмущения не могут быть известны точно. В зависимости от степени неопределенности их задания могут быть найдены гарантирующие характеристики точности оценивания. Рассмотрены случай, когда для случайных составляющих возмущения ограничены элементы ковариационной матрицы, а детерминированные составляющие ограничены по модулю.

Получены гарантирующие характеристики точности оценивания параметров и подготовлены материалы для препринта.

Были продолжены исследования управляемых систем, описываемых линейными разностными уравнениями. Управляющие воздействия считаются ограниченными одновременно по величине (геометрически) и по импульсу (интегрально). Изучается множество состояний фазового пространства, в которые возможно приведение системы из начала координат, а также множество состояний, из которых возможно приведение системы в начало координат. Результаты изложены в журнале: Автоматика и Телемеханика, 2003, №11

Были изучены задачи синтеза управления нелинейными неавтономными скалярными системами с дискретным временем под действием случайных аддитивных независимых возмущений. Целью управления является достижение неслучайного фиксированного состояния с вероятностью 1 за конечное число шагов или асимптотически. Впервые получены соответствующие необходимые условия разрешимости таких задач, определяющие ограничения, накладываемые на класс распределений случайных возмущений.

Результаты изложены в журнале: Известия РАН. Теория и системы управления, 2003, №3, с. 17 – 29.

Исследовались задачи управляемости и 0-управляемости однородных и неоднородных билинейных систем с дискретным временем и ограниченным управлением. Изучены некоторые задачи управления системами с треугольными (одновременно верхними или нижними) матрицами. К такому виду, очевидно, могут быть преобразованы системы с матрицами, которые одновременно приводимы к треугольному виду. Получены необходимые и достаточные условия 0-управляемости. Показано, что рассмотренные системы 0-управляемы в том и только в том случае, когда минимальное время достижения 0 равномерно ограничено и задача 0-управляемости имеет инвариантное относительно начального положения допустимое решение.

Результаты изложены в журнале: Известия РАН. Теория и системы управления, 2003, №1, с. 5 – 9. Автор в.н.с. Сиротин А.Н., д.ф.-м.н.

Проведены исследования по возможностям запуска аппаратов в коллинеарные солнечно-земные точки либрации и их окрестности с промежуточных высокоэллиптических орбит типа орбиты Молнии или Ока в режиме попутного запуска при небольших дополнительных импульсах. Показана реализуемость таких методов практически в течение всего года. Работа выполнялась в рамках подготовки предложений по новому проекту по исследованию проблем космической погоды.

В зависимости от рассматриваемых задач исполнительными органами управления могут быть реактивные двигатели, водометные двигатели и др.

Для экспериментальной отработки предложенного подхода была изготовлена и испытана действующая модель универсальной управляемой платформы, предназначенной для автономной высокоточной установки грузов при строительно-монтажных работах..

Проведенные экспериментальные исследования показали, что при наличии суммарной тяги реактивных двигателей (рабочее тело – сжатый воздух) установленных на платформе порядка 0,5% от веса груза можно достичь точности установки не хуже 5 мм.

Следующим этапом отработки указанной методики было создание действующей модели подводного автоматического аппарата, предназначенного для поиска заданных целей и выполнения высокоточных посадок в условиях гидроневесомости на площадки установленные под произвольным углом к свободной поверхности волы.

Проведенные эксперименты показали возможность достижения высокой точности наведения и посадки аппарата даже при наличии существенных помех, обусловленных турбулентностью в экспериментальном наливном бассейне.

Предложенные методики и разработанные высокоточные оптические координатные датчики могут быть использованы при создании средств автоматизации строительно-монтажных работ – управляемой свободно летающей платформой, способной выполнять транспортные операции в окрестности орбитальной космической станции или подводного спасательного аппарата.

По результатам НИР (Ларри) Управлением кораблестроения МО на 2004 г. Планируется открытие ОКР по созданию средств наведения и стаковки глубоководного спасательного аппарата “Бестер”.

Руководители: к.т.н. О.М.Клишев 333-23-56, д.ф-м.н. И.М.Сидоров.

Публикации по данной работе:

Сидоров И.М. Предложения о построении группировки космических объектов, предназначенной для решения транспортных и энергетических задач. Принят к печати //Космические исследования. 2004 № 1.

Клишев О.П., Сидоров И.М., Фролов В.А., Чурилов Г.А. Автоматическое управление движением объектов в водной среде. Принят к печати // Микроэлектронные системы.

Н.Н. Иванов, И.М. Сидоров, Е.В. Емельянова. Исследование динамики управления орбитальной тросовой системы при ее развертывании. Подготовлен к печати в //Космические исследования.

Для функционирования автоматической системы управления стыковкой необходимо сформировать оценки пространственного и углового положения спасательного аппарата относительно специального посадочного знака, размещенного на стыковочном устройстве подводной лодки.

Система технического зрения, решающая эту задачу, работает в достаточно специфических условиях, обусловленных значительным поглощением светового излучения в водной среде и значительным обратным рассеиванием. Это резко ограничивает дальность действия системы технического зрения и предъявляет очень жесткие требования к линейности телевизионного датчика и к качеству систем автоматического регулирования экспозиции. Кроме того, в водной среде могут присутствовать взвешенные частицы, которые затрудняют распознавание стыковочного знака.

Для исследования возможностей реализации системы технического зрения, решающей указанную выше задачу, разработана моделирующая программа. Программа учитывает характер распространения светового излучения в водной среде, эффекты поглощения и обратного рассеивания и наличие взвешенных частиц. Для упрощения моделирования предполагается, что световое излучение претерпевает однократное обратное рассеивание в каждом бесконечно тонком слое воды (рис. 1). Программа учитывает неидеальность функции рассеивания точки.

В программе моделируется движение спасательного аппарата (и, соответственно, телевизионной камеры). Движение является суммой детерминированной составляющей и случайных возмущений по линейным и угловым координатам.

Получены оценки затрат времени на поиск, обнаружение и распознавание стыковочного знака, а также на слежение за стыковочным знаком, получение оценок координат и на фильтрацию этих оценок. Показано, что в режиме слежения обработка информации может осуществляться в реальном времени.

Руководители: к.т.н. О.М.Клишев 333-23-56, к.т.н. В.А.Гришин

Публикации по данной работе: В.А.Гришин “ТВ датчик системы управления движением”. Представлено в качестве доклада на 11-ю Всероссийскую конференцию “Математические методы распознавания образов”, 2003 г.

Тема ВЕКТОР – УС. Исследования, разработка и моделирование аппаратно-программных решений задачи высокоточных астроопределений, проводимых для управления ориентацией космических объектов.

Научный руководитель д.т.н. Г.А. Аванесов, тел.333-30-89, dry@wildcat.iki.rssi.ru

За отчетный период предложены и разработаны технические предложения по аппаратно-программному комплексу звездного координатора, решающего без гироинерционных датчиков две навигационные задачи:

– определение инерциальной ориентации при повышенных угловых скоростях,

– определение вектора угловой скорости изменения инерциальной ориентации.

Предполагается, что обработка видеоинформации в перспективном звезд
ном координаторе будет выполняться в двух независимых каналах, выполняющих самостоятельные задачи:

Цель двухканальной обработки заключается в следующем. Канал определения параметров ориентации может выполнять свои функции, когда регистрируется более 4-х звезд, угловые расстояния, между которыми строго зафиксированы. Условия строгой фиксации угловых расстояний между звездами могут быть выполнены в двух случаях, когда их изображения получены в одном кадре (малые скорости углового движения) и когда изображения звезд получены в нескольких последовательных кадрах, взаимное расположение которых точно измерено.

Канал определения угловой скорости может работать, имея изображение только 2-х звезд. По изображениям 2-х звезд, полученным в некоторой последовательности кадров можно определить значение относительного движения звезд от кадра к кадру. Используя эту информацию можно реализовать две схемы последующей обработки видеоинформации:

При условии уменьшения фокусного расстояния объектива с 60 мм до 40 мм при относительном отверстии 1,5 прибор сможет определять параметры 3-х осной ориентации и угловую скорость при угловом движении КА со скоростью до 1,5–2° /сек.

Переход к коротким временам накопления параллельно решает еще две задачи немаловажные для звездных координаторов:

Использование цифрового накопления расширяет динамический диапазон прибора в число раз, равное числу шагов накопления.

Укрупненная схема обработки видеоинформации в перспективном звездном координаторе показана на рис.2.

Как уже упоминалось, канал определения параметров инерциальной ориентации
(К2) получает видеоинформацию после цифрового накопления в ФПУ. Устройство цифрового накопления после приема заданного числа кадров переходит под управление от процессора, входящего в состав канала определения параметров инерциальной ориентации, и используется им до завершения процедуры вычисления. При этом ПЗС-матрица и видеопроцессор продолжают формировать видеоинформацию в заданном темпе, которая поступает на обработку в канал определения параметров относительного углового движения (К1) КА.

Канал К2 выполняет обработку, содержание которой повторяет те же операции, которые делает процессор прибора БОКЗ-М.

Канал К1 должен выполнить полный цикл обработки за 100-125 мсек. Его главная задача определить величину приращения движения за каждый межкадровый промежуток. Эта задача решается путем измерения величины смещения звезд в последующем кадре по отношению к предыдущему. Чтобы сделать возможной обработку кадра изображения за столь короткое время предполагается использовать на этапе предварительной обработки устройство типа “Фрагментатор”, хорошо зарекомендовавшее себя в приборах БОКЗ и БОКЗ-У. “Фрагментатор” представляет собой аппаратно-программное устройство, выполняющее функции амплитудного селектора. Каждому значению яркости, превысившему заданную величину порога, приписываются его координаты в системе координат ПЗС-матрицы. Поскольку ПЗС-матрица работает в режиме малых времен накопления, число регистрируемых звезд не должно превышать 2-4. При появлении большего числа звезд, оно может быть уменьшено путем повышения порога отсечки. Считая, что размеры каждой звезды не превышают 25 элементов изображения, получим, что в каждом кадре в обработку будет поступать не более 100 элементов и дополнительная информация об их координатах. Ожидается, что обработка такого объема информации окажется посильной для процессора, используемого в БОКЗ-М.

Вычисление значения приращения углового движения за межкадровый промежуток по каждой координате суммируется с очередным значением инерциальной ориентации, чем заполнится интервал времени, отделяющий один цикл определения инерциальной ориентации от другого.

В приборах БОКЗ-М продолжительность одного цикла выполнения параметров инерциальной ориентации КА составляет 3сек, что диктуется требованиями по периодичности обновления информации об ориентации. Ограничение по времени заставляет отказываться от некоторых процедур обработки, которые, в случае их использования, могли бы повысить вероятность и точность астроопределений.

В случае использования канала К1, позволяющего формировать информацию об изменениях параметров ориентации ограничения по времени обработки данных в канале К2 будут сняты, либор заметно смягчены.

Фактически, канал К1 по своей сути является оптическим измерителем вектора угловой скорости, т.е. может выполнять некоторые функции гироскопических приборов, имея при этом то преимущество, что не требует коррекции масштабных коэффициентов.

Вычисление значения текущего приращения углового движения могут в перспективе быть использованы для управления процессом цифрового накопления. Решение этой непростой задачи позволит улучшить условия накопления при больших скоростях углового движения КА, т.е. расширить функциональные возможности звездного координатора.

Введение цифрового накопления, используемого в канале К2, создаст некоторые дополнительные возможности в организации его работы. В отличие от ПЗС-матрицы, допускающей лишь последовательный поэлементный съем информации, цифровая память имеет координатный доступ. Это позволяет после определения начальной ориентации перейти к слежению за перемещением распознанных в каталоге звезд, обращаясь только к соответствующим участкам цифровой памяти, что ведет к уменьшению объема информации, обрабатываемой в канале К2.

Суммируя все вышеизложенное, отметим, что использование современной
ПЗС-матрицы, введение цифрового накопления и дополнительного канала определения параметров относительного движения КА (канал К1) позволят в перспективе улучшить ряд параметров звездных координаторов по отношению к БОКЗ-М:

Все перечисленное свидетельствует о целесообразности создания следующего поколения звездных координаторов на основе изложенной концепции.

Перспективному звездному прибору присвоено условное название ВКЦН (Видеокамера с цифровым накоплением). Его основные ожидаемые характеристики приведены в табл.1.

Таблица 1

• кватерниона ориентации;
• матрицы направляющих косинусов;
• трех углов взаимной ориентации

Ожидается, что максимальная допустимая скорость углового движения КА по отношению к небесной сфере будет доведена до 2° ¤ с.

Финансирование по теме в 2003 году составило 1,67 млн.руб. вместо запланированных 7 млн.руб., что не позволило осуществить натурное моделирование решения задачи.

Тема ВСКИ. Исследование проблемы прецизионного координатно-временного обеспечения (КВО) видеоспектрометрических космических исследова-ний Земли и других небесных тел, реализуемого по данным бортовых навигационных измерений. Разработка и моделирование аппаратно-программных решений задачи КВО.

Научный руководитель д.т.н. Г.А. Аванесов, тел.333-30-89, E-mail: dry @ wildcat.iki.rssi.ru

За отчетный год разработаны предложения по методике и комплексу технических средств прецизионного определения орбитальной ориентации космического аппарата и координатной привязки проведенных с него съемок земной поверхности.

Тема ВСКИ предусматривает решение проблемы координатно-временного обеспечения съемок из космоса Земли и других небесных тел.

Эта проблема включает в себя разработку комплекса бортовых и наземных аппаратных средств и программных продуктов, обеспечивающих решение следующих задач:

1) определение параметров орбиты и местоположения на ней КА;

2) определение инерциальной, орбитальной и других видов ориентации КА;

3) формирование системы бортового и единого (Гринвичского) времени;

В реальном времени на борту КА планируется решать задачи 1,2 и 3, задача 4 будет пока решаться на Земле.

Аппаратный комплекс координатно-временного обеспечения (ККВО), решающий на борту задачи 1,2 и 3, а также формирующий для передачи на землю данных об элементах внешнего ориентирования материалов съемок включает три автономные системы – навигационную систему, звездный координатор и процессор координатной привязки.

В навигационную систему входит приемник Аппаратуры спутниковой навигации – АСН. С выхода АСН с дискретностью в 1 сек в реальном времени будут поступать следующие данные:

– звездное Гринвичское время,

– скорости изменения географических координат

Звездный координатор (ЗК) включает два блока определения координат звезд БОКЗ-М и основание, на котором они установлены. Оба БОКЗ-М работают синхронно и позволяют определять с дискретностью в ~ 3 сек трехосную ориентацию ЗК в инерциальной системе координат, реализуемой бортовым звездным каталогом. В штатном режиме такая ориентация определяется, примерно, с равной точностью по всем трем осям.

Процессор координатной привязки (ПКП) обеспечивает решение нижеперечисленных задач.

1. Управление работой комплекса.

3. Расчет в заданные моменты времени инерциальной ориентации ЗК.

Последние вместе с данными от датчиков угловых скоростей позволят в реальном времени управлять ориентацией и стабилизацией КА.

Блок-схема алгоритма определения орбитальной ориентации КА приведена
на рис.1.

При съемке земной поверхности, в зависимости от области применения, географическая координатная привязка изображений предусматривает решение одной из трех нижеперечисленных задач:

Алгоритмы решения каждой из перечисленных задач координатной привязки видеоданных, получаемых строчными сканирующими системами, представлены
на рис.2-4.

Наиболее простым является алгоритм решения первой задачи, включенный с незначительными вариациями в состав остальных алгоритмов.

Исходной информацией для данного алгоритма служат координаты выбранной точки на исходном изображении.

Отсутствие точных измерений местоположения и ориентации КА на момент съемки каждой строки изображения вызывает необходимость оценки этих параметров путем интерполяции по нескольким соседним измерениям. Интерполяция осуществляется с использованием моделей орбитального и углового движения КА. Полученные оценки координат КА принимаются в качестве линейных элементов внешнего ориентирования.

Блок-схема алгоритма определения орбитальной ориентации КА

Рис.1.

Условные обозначения :

СК-система координат; СК ЗК - система координат звездного координатора (внутренняя); ИСК – инерциальная система координат; ГСК – геоцентрическая система координат; ОСК – орбитальная система координат; КА – космический аппарат.

Искомые географические координаты изобразившейся точки земной поверхности вычисляются путем поиска точки пересечения линии визирования и эллипсоида, принятого в качестве приближенной модели Земли.

На последнем этапе алгоритма производится уточнение географических координат изобразившейся точки с учетом цифровой модели местности.

При нанесении координатной сетки расчет географических координат производится для центров всех элементов исходного изображения. Результатом обработки является исходное изображение, отдельные элементы которого, попадающие на линии меридианов и параллелей, окрашиваются заданным цветом.

Алгоритм трансформирования изображения в заданные проекцию и масштаб является наиболее сложным и трудоемким.

Рассмотренные алгоритмы позволяют достаточно оперативно и с высокой точностью решать задачи географической координатной привязки видеоданных ДЗЗ, получаемых космическими строчными телевизионными системами и сопровождаемых дополнительной информацией об элементах внешнего ориентирования, рассчитываемых по данным навигационных измерений.

Финансирование по теме в 2003 году составило 0,77 млн.руб. вместо запланированных 4 млн.руб., что не позволило осуществить натурное моделирование решения задачи.

Тема ИНТЕЛЛЕКТ. Разработка телекоммуникационных технологий и информационное обеспечение космических экспериментов. Научный руководитель д.т.н. Р.Р. Назиров

Предложена масштабируемая функциональная схема подсистемы сбора и обработки первичных статистических данных сетевого трафика.

Работа проводилась при частичной поддержке РФФИ, грант 02-07-90390.

Для проведения детального учета система связана с базами данных административных подразделений, а для информирования научной общественности об основных работах Института имеет выход в Интернет.

Проводился анализ существующих проектно-ориентированных систем поддержки космических экспериментов. Определена структура базы данных и форматы представления данных, а также достаточный ряд генерируемых параметров. Выработан алгоритм добавления различных данных при возможной адаптации системы к конкретному космическому проекту.

Следует отметить, что использование результатов перечисленных работ позволило не только упростить (и, соответственно, удешевить) процесс создания информационных систем для фундаментальных исследований, но и, за счет стандартизации информационных интерфейсов, позволило использовать в этих системах целый спектр программных компонент и комплексов, предназначенных для взаимного анализа данных. Так, для поиска “нечетких” зависимостей между разнородными данными была создана система на основе методов искусственного интеллекта. Результаты, полученные с её помощью, были подтверждены “классическими” методами. В настоящее время ведутся работы по усовершенствованию этой системы.

Алгоритм работы информационной системы и ее архитектура представлены на рисунке.

Природные циклы вещества и энергии (углеродный, гидрологический, геохимический, радиационный баланс Земли) в последние столетия становятся все менее замкнутыми, что связано с антропогенным воздействием на окружающую среду. Это грозит возникновением глобальной экологической катастрофы на Земле. Для обеспечения их замкнутости предлагается подключить к ним цикл мониторинга и управления, основанный на использовании информационных систем аэрокосмического дистанционного зондирования и применении полученных данных о состоянии биосферы для управления последней и природными циклами. С этой целью разработана имитационная модель информационного цикла мониторинга и управления “Геодиалог” (см. рисунок).

Продуктом разработки будет информационная система обработки данных экологического мониторинга состояния воздушного бассейна в городах (ИСОДЭМ), предназначенная для оценки риска здоровью населения, связанного с загрязнением воздуха.

ИСОДЭМ состоит из последовательно расположенных модулей, по одному для каждого типа данных (см. рисунок).

Базовый, идущий по умолчанию процесс обработки данных состоит в обмене информацией между модулями. Обычно данные проходят через модули последовательно (например, от выброса к концентрациям загрязняющего вещества через модель дисперсии; от концентраций к риску через модель экспозиции, и т.д.). Внутри модуля модельные вычисления согласовываются с реальными измерениями из баз данных, связанных с модулем, и затем результаты передаются далее. В полном варианте ИСОДЭМ этот процесс доходит до модуля выбора мер управления выбросами и затем начинается с новыми выбросами. Таким образом, цикл замыкается и повторяется до тех пор, пока не достигнуто устойчивое состояние плана управления и соответствующего ему развития управляемой опасности.

Архив данных завершенных проектов в настоящее время состоит из более чем 4500 сеансов данных 8 проектов, имеет объем данных более 25 GВ и обеспечивает открытый доступ к архивным данным пользователям локальной сети ИКИ, а также удаленным пользователям по сети Internet. Удаленный доступ обеспечивается использованием интерфейса WWW.

Данные проекта переписываются со старых магнитных лент ЕС на современные носители, расшифровываются с устранением сбоев, перерабатываются в форматы, необходимые для архивирования и передаются в архив. Из 137 сеансов, переписанных со старых лент, передано в архив 97 сеансов.

При создании форматов данных для архива были выявлены следующие проблемы:

- пропуски в данных из-за ошибок при считывании магнитных лент;

- наличие шумов и структурных сбоев, а для Венеры – 13, 14 повторы данных, связанные с перемоткой бортового запоминающего устройства во время сеанса воспроизведения. Это потребовало отыскать отсутствующие участки данных и “закрыть” пропуски, осуществить очистку информации от сбоев, восстановить структуру данных, организовать повторные считывания плохих магнитных лент, применяя новые алгоритмы обработки данных в буфере ввода, а для Венеры – 13,14 локализовать повторы и “вырезать” их.

По проекту Вега выполнено 70% работы по созданию архива, по проекту Венера –13,14 50%.Ввод оставшейся информации со старых магнитных лент будет осуществлен до конца 2003 года

Для эксперимента ИМНП-ЗМ, измеряющего магнитное поле на Авроральном Зонде (АЗ), были выполнены следующие работы:

Для эксперимента ИЕСП-2, измеряющего электрические и магнитные поля и их флуктуации на Авроральном Зонде, были выполнены следующие работы:

Для устройств управления наведением, использующих системы “технического зрения” на ПЗС – матрицах для целей распознавания “объектов наблюдения” на фоне разнообразных по своей природе помех (в заатмосферной астрономии – выделение малых движущихся объектов на фоне “неподвижных” звезд, в наземной инфракрасной астрономии – выделение “теплых” объектов на фоне шумов атмосферы, в подводных наблюдениях – выделение специальных маркеров на фоне мути и взвесей) разработаны:

Макет программного обеспечения подсистемы предварительной обработки информации, поступающей от ТВ- датчика.

Были проведены работы по исследованию алгоритмов фильтрации видеоизображений. Основными требованиями к алгоритму фильтрации были:

• возможность фильтрации видеоизображений от нестационарных шумов;
• возможность легкого изменения времени выборки (количества кадров) фильтрации;
• высокая скорость обработки изображений;
• простота аппаратной реализации фильтра.

В связи с этим за основу фильтра был принят алгоритм арифметического сложения / усреднения.

Для проверки применимости предложенного алгоритма были написаны программы обработки видеоизображений под операционные системы MS Windows и GNU/Linux. Программы написаны для работы с видеокартами захвата изображения основанных на чипах bt848 и bt878. Использование подобных видеокарт позволяет использовать в качестве источников видеосигнала как телевизионные программы так и сигнал с реальной ПЗС - матрицы.

Исследования показали, что применение алгоритма арифметического сложения/усреднения уменьшает цветной шум изображения с одновременным увеличением контрастности статического изображения как для ТВ - сигнала, так и для сигнала ПЗС - матрицы.

Макет аппаратной обработки (усреднения) информации, поступающей от ТВ-датчика.

Разрабатываемые специализированные методики сжатия изображений без потерь (lossless) и с ограниченными потерями (near lossless), когда ошибка восстановления гарантированно не превышает заданной величины, позволяют получить относительно большие степени сжатия изображений при весьма низкой ресурсоёмкости, обеспечивая высокую скорость работы соответствующих программных реализаций, что делает возможным их применение в бортовой аппаратуре.

При обработке спектрозональных изображений полученные достижения можно суммировать следующим образом: была разработана схема кодирования, основанная на адаптивных принципах наблюдения статистики, ориентированная на реализацию на простейшем DSP или на аппаратную реализацию в заказном чипе.

Изображения сжимались в режимах без потерь (столбец lossless), с ограниченными потерями, не превышающими по абсолютной величине 1 (error=1) и с потерями, не превышающими по абсолютной величине 2 (error=2).

Публикации по данной работе:

В.Ф.Бабкин, И.М.Книжный, К.Е.Хрекин. “Сжатие без потерь и с малыми потерями полутоновых изображений”. Представлено в качестве доклада на 11-ю Всероссийскую конференцию “Математические методы распознавания образов”, 2003 г.

В.Ф.Бабкин, И.М.Книжный, К.Е.Хрекин. “Сжатие без потерь и с малыми потерями многоспектральных изображений”. Представлено в качестве доклада на Всероссийскую конференцию “Современные проблемы дистанционного зондирования

Тема КОСМОС. Модернизация и развитие научной космической сети “КОСМОС” на базе технологии Gigabit Ethernet. Научный руководитель д.т.н. Р.Р. Назиров

Произведена смена дизайна и русификация WWW сервера ИКИ.

Проводились работы по тестированию и установке программ-фильтров нежелательной электронной почты (спама) на почтовом сервере института и в почтовых программах-клиентах.

Проводились работы по обеспечению безопасности функционирования системного программного обеспечения серверов и клиентов архива данных, серверов телематических служб института и локальной сети отдела.