Koncepcja systemu automatycznego opracowania fotograficznych obserwacji sztucznych satelitów Ziemi

PRACE INSTYTUTU GEODEZJI I KARTOGRAFII Тот XXIII, Zeszyt 2(53), 1976 KAZIMIERZ A. CZARNECKI 778.35:629.785 JERZY B. ROGOWSKI Koncepcja systemu automatycznego opracowania fotograficznych obserwacji sztucznych satelitów Ziemi Proces autom atycznego opracowania fotogramów satelitarnych jest n ajbardziej pracochłonnym ogniwem łańcucha technologicznego, zm ierzającego do geodezyjnego w ykorzystania fotograficznych obserwacji SSZ. Cały szereg czynności wchodzących w zakres tego procesu daje się łatwo zalgorytm izow ać w postaci odpowiedniej do opracow ania technikam i au to matycznego przetw arzania danych. Dotychczasowe prace w tym zakresie (np. [2], [3], [4]) zarówno krajowe, jak i zagraniczne, były bardzo ściśle wiązane z konkretnym i technologiam i obsferwacyjnymi (kam eram i, program am i obserwacji). Wobec rozw oju now ych technik obserw acji (laserowe, dopplerowskie) zainteresowanie obserwacjam i fotograficznym i znacznie zmalało. Niezależnie jednak od opracow ań w ykonyw anych nowymi technikami, pewna liczba obserwacji pozycyjnych (fotograficznych) będzie m usiała być nadal w ykonyw ana, ze w zględu na konieczność powiązania różnych system ów obserw acyjnych z fu ndam entalnym systemem astronom icznym. Istnieje więc już obecnie możliwość spojrzenia z pewnego dystansu na dotychczas stosowane technologie opracowania obserwacji fotograficznych i stw orzenia na podstaw ie dotychczasow ych doświadczeń program u kom pleksow ej autom atyzacji tego pracochłonnego procesu. Taki program pow inien być podsystem em w system ie geodezyjnego w ykorzystania obserw acji satelitarn y ch w ykonanych różnym i, stosow anym i obecnie tech n ik a mi. Podsystem, który proponujem y, będzie z konieczności dostosowany do techniki obserw acji SSZ, k tó rą stosujem y (kam era AFU-75), oraz do tech niki pom iaru fotogram ów satelitarn y ch (Ascorecord firm y C. Zeiss). S y stem ten będzie jed n ak system em o tw arty m w dwóch kierunkach: 1) będzie stw arzał możliwości łatw ej ad aptacji dla obserw acji w ykonanych innym i kam eram i sa te litarn y m i i pom iarów fotogram ów za pomocą innych koordynatom etrów, 2) będzie zapewniał kompleksową autom atyzację wszystkich etapów opracow ania, np. zautom atyzow any pom iar fotogram ów lub w pełni a u to

92 Kazimierz A. Czarnecki, Jerzy В. Rogowski m atyczną identyfikację obiektów odwzorowanych na fotogramie, poprzez zastosowanie katalogu gwiazd na kom puterow ych nośnikach inform acji. Zadaniem projektowanego systemu będzie dostarczenie wartości topocentrycznych w spółrzędnych rów nikow ych sa te lity w m omencie synchronicznym wykonania fotogramu. System będzie oznaczany symbolem CORSAT-System. 1. Założenia do System u CO RSA T-System 1.2. Podział system u Autom atyczne opracowanie fotograficznych obserwacji satelitarnych można rozdzielić na cztery procesy: 1) pom iary współrzędnych prostokątnych obiektów odwzorowanych na fotogram ie satelitarnym, 2) identyfikacja gwiazd oporowych, 3) wyznaczenie w spółrzędnych topocentrycznych satelity w oznaczonych m om entach (np. w momencie synchronicznym), 4) katalogow anie w yników obserw acji w ykonanych na różnych fo to gram ach (w różnych seansach), ew entualnie łącznie z obserw acjam i w ykonanym i innym i (niefotografieznym i) technikam i obserw acyjnym i. Sekwencja tych procesów jest taka, jak wyżej podano (patrz również schem at 1). 1.3. Zasilanie system u inform acjam i W yodrębnim y trzy potoki inform acji o różnym pochodzeniu. 1. Inform acje dotyczące opracow yw anego fotogram u, a m ianowicie: a) dane o fotogram ie: num er, data w ykonania, m om ent synchroniczny, liczba obiektów na fotogram ie, podlegających pom iarow i i opracowaniu, b) w yniki pom iarów w spółrzędnych prostokątnych obiektów odwzorow anych na fotogram ie, c) dane do identyfikacji gwiazd oporowych: w spółrzędne katalogowe przynajm niej trójki gwiazd (num ery katalogowe pary gwiazd w przypadku katalogu gwiazd na kom puterow ym nośniku in fo r macji). 2. W artości katalogowe współrzędnych gwiazd oporowych i ruchów własnych gwiazd na opracowanym fotogramie lub też zbiór (bank) danych system u w postaci katalogu gwiazd n a kom puterow ym nośniku in fo r macji.

Koncepcja automatycznego opracowania fotogramów SSZ 93 3. Zbiory wyników obserwacji SSZ technikam i ndefotograficznymi lub też współpraca system u z system am i opracowania obserwacji laserowych i dopplerowskich, w ykonyw anych przez tę sam ą stację satelitarną. 1.4. W yniki pracy system u C O R SA T -System W wyniku opracowania fotograficznych obserwacji satelitarnych za pomocą projektowanego system u ma powstać katalog topocentrycznych współrzędnych Sztucznych Satelitów Ziemi obserwowanych przez daną stację. Katalog taki powinien zawierać: 1) w spółrzędne rów nikow e obserw ow anych położeń SSZ w m om entach synchronicznych, 2) w spółrzędne godzinne tych położeń, 3) w artości pochodnych w spółrzędnych rów nikow ych względem czasu, 4) błędy średnie w spółrzędnych rów nikow ych ii godzinnych. System pow inien um ożliw iać w yznaczanie i kontrolę zm ienności p a ra m etrów optycznych kam ery satelitarn ej. 2. Realizacja system u CORSAT-System na emc ODRA-1204 Kom puter ODRA-1204 i urządzenia z nim współpracujące stw arzają pewne ograniczenia w realizacji system u C O R SA T-System. Bez specjalnego przeznaczenia jakiegoś kom putera ODRA-1204 wyłącznie dla celów realizacji system u nie istnieje możliwość zgrom adzenia w pam ięci zew nętrznej kom putera informacji, która mogłaby stanowić katalog gwiazd. N ajpraw dopodobniej nie będzie też m ożna w system ie w ielozadaniowego w ykorzystania takiego kom putera poświęcić części pam ięci zew nętrznej na gromadzenie inform acji potrzebnych do okresowych emisji katalogu obserwacji SSZ. Nie byłoby więc większego sensu zastanawiać się w takiej sy tu acji nad katalogiem obserw acji SSZ w ykonanych różnymi technikam i i trzeba się ograniczyć do katalogu wyników obserwacji fotograficznych. W ogólnej koncepcji system u CORSAT-System nie w ystąpią powyższe niedogodności, poniew aż projektow any system kw alifikuje się do realizacji za pomocą kom putera wyposażonego w system szybkodostępnej masowej pamięci zew nętrznej (np. m inikom puter z serii Nova). W realizacji system u na kom puterze ODRA-1204 dane katalogow e dotyczące gwiazd oporowych będą m usiały być przygotow yw ane dla każdego fotogram u oddzielnie, proces zaś opracow ania obserw acji będzie m u siał być podzielony na dwa etapy wykonyw ane w różnym czasie. Po pierw szym etapie, m ającym na celu w stępne opracowanie w yników pom iarów na fotogram ie i identyfikację gwiazd oporowych, trzeba będzie przygoto-

Kazimierz A. Czarnecki, Jerzy В. Rogowski CORSAT-system" ideowy schemat blokowy Schemat 1

Koncepcja automatycznego opracowania fotogramów SSZ 95.CORSAT-system " realizacja na e.m.c. 0DRA-12CIA Schemat 2 Inform acje o fotogramie W spółrzędne х,у CC.^cr, 0,^# gwiazd identyfik.

96 Kazimierz A Czarnecki, Jerzy В. Rogowski wać dane katalogowe o gwiazdach oporowych, a następnie kontynuować dalsze opracowanie analityczne. Schemat 2 zawiera przepływ inform acji w w ersji system u dostosowanej do kom putera ODR A-l 204, z zaznaczeniem rodzaju inform acji d urządzenia W E-W Y (wejście, wyjście), na k tó rym dana inform acja wystąpi. 2.1. Zadania dla programów 2.1.1. Program IDENTAUT-L P rogram dotyczy opracow ania fotogram ów satelitów jasnych, obserw o w anych za pomocą kam ery AFU 75 i m ierzonych za pomocą koordynatom etru ASCORECORD (firmy C. Zeiss). W wypadku obserwacji tą kam erą satelitów słabych, z program em IDENTAUT-L powinien współpracować podprogram READARK. Podobnie w przypadku obserwacji inną kam erą lub stosowania innego koordynatom etru przew iduje się dobudowanie do system u CORSAT-System podprogramów zastępujących READARK, których zadanie będzie polegało na kontroli w yników obserw acji i w y ników pom iaru oraz przekształceniu wyników pom iaru w zbiory, które będą mogły być wykorzystane w części identyfikacyjnej program u IDENTAUT-L. Program IDENTAUT-L ma w pierwszym rzędzie zapewnić obliczanie średnich w artości i kontrolę w yników pom iarów w spółrzędnych prostok ątn y ch obiektów odwzorowanych na fotogram ie. W szystkie w y k ry te błędy pomiarów, przekraczające wartości graniczne (ustalone na podstawie precyzji koordynatom etru), powinny być przez program zasygnalizowane. N astępnym etapem kontroli powinno być spraw dzenie popraw ności ekspozycji i pom iarów znaczków czasowych w obrębie śladu sztucznego satelity. Program powinien zawierać algorytm decyzji, na podstawie którego pow inna nastąpić kw alifikacja fotogram u do: 1) dalszego opracowania, 2) popraw ienia wstępnego opracow ania, 3) pow tórzenia pom iarów na fotogram ie. W ażne jest, ze względu na ekonom ikę całego procesu, aby taka kw alifikacja m iała m iejsce w fazie w stępnej opracow ania analitycznego. W kolejności powinno nastąpić obliczenie m om entów ekspozycji śladów SSZ, ponieważ wszystkie dalsze czynności program u IDENTAUT-L będą dotyczyły zarów no jasnych, jak i słabych satelitów oraz będą w spólne dla różnych program ów obserw acji (kamer). N astępne i zasadnicze zadanie program u to identyfikacja gwiazd oporowych. Zadaniu tem u m usim y postawić szczególne wymagania, ponieważ program IDENTAUT-L pow inien zapew niać także w yznaczenie z dosta

Koncepcja automatycznego opracowania fotogramów SSZ 97 teczną dokładnością pew nych wielkości pom ocniczych w dalszej części procesu redukcji obserw acji, tj.: średniego czasu gwiazdowego m om entu ekspozycji, współczynników Bessela (C, D), eulerow skich kątów precesji, refrak cji astronom icznej i ab erracji rocznej w szystkich gwiazd oporowych. Podstawowym problem em będzie, w związku z tym, wyznaczenie w procesie identyfikacji, z w ystarczającą dokładnością, współrzędnych równikowych (a 8) gwiazd oporowych. Różnice współrzędnych i wartości katalogowych nie powinny być większe od kilkunastu sekund łuku. W tym celu w yniki pom iarów fotogram u pow inny być popraw ione o w artości wynikająlce z p aram etró w optycznych i m echanicznych kam ery satelitarnej, natom iast w procesie identyfikacji powinna być stosowana transform acja afiniczna lub też tran sfo rm acja przedstaw iona w pracy [1]. W szystkie te w yniki program u, k tóre będą w ykorzystyw ane w procesie wyznaczenia współrzędnych równikowych satelity, powinny być przez program IDENTAUT-L przekazane na kom puterow y nośnik inform acji. W spółrzędne gwiazd oporowych, uzyskane w w yniku identyfikacji, powinny zostać uprzednio uporządkow ane według w zrastających wartości rektascenzji, bowiem w takim porządku sporządzane są katalogi gwiazd. Tabulogram w yników identyfikacji pow inien zawierać: num er fotogram u, w yniki kontroli obserw acji, w yniki identyfikacji w postaci współrzędnych równikowych gwiazd oporowych. 2.2.2. Program READARK P rz y opracow aniu satelitów słabych podprogram ten zastępuje w pro gram ie IDENTAUT-L blok wczytywania i kontroli wyników pomiarów oraz opracow ania m om entów ekspozycji. Jego zadania pokryw ają się z zadaniam i wspom nianego bloku. 2.2.3. Program SATCOR P rogram SATCOR będzie program em w ielofunkcyjnym, którego główne zadanie polega na wyznaczeniu wartości współrzędnych topocentrycznych równikowych ekwinokcjalnych i godzinnych sztucznego satelity, w artości pochodnych w spółrzędnych względem czasu oraz błędów śre d nich w spółrzędnych. 7 Prace Instytutu Tom XXIII

98 Kazimierz A. Czarnecki, Jerzy В. Rogowski Główną część inform acji zasilających omawiany program dostarczy program IDENTAUT-L. Program SATCOR będzie w ym agał ponadto przy gotow ania na taśm ie perforow anej końcówek w artości (w jednostkach i ułam kach sekund) w spółrzędnych gwiazd oporowych oraz w artości r u chów własnych gwiazd. Dane te powinny być wnoszone na tabulogram wyników identyfikacji, a następnie przenoszone na taśmę perforowaną. W stępnym zadaniem program u SATCOR będzie kom pilacja danych z tych dwu źródeł, a w tym popraw ienie w spółrzędnych gwiazd ze w zględu na refrakcję i aberrację roczną. Następnie program SATCOR ma zapewnić wyznaczenie transform acji w edług m etody proponow anej przez autorów w pracy [1], a rów nież w y znaczenie aktualnych w artości param etrów optycznych kam ery sa te lita r nej. Program ma ponadto wykonywać kontrolę poprawności identyfikacji gwiazd oporowych i eliminację z procesu opracowania gwiazd błędnie zidentyfikow anych. P rogram powinien być wyposażony w algorytm decyzji w yboru stopnia transform acji oraz w yboru m iędzy w artościam i param etrów optycznych kam ery z okresowych wyznaczeń lub wartościami pochodzącymi z wyznaczenia na podstawie gwiazd oporowych aktualnie opracowywanego fotogramu. Powinna być jednak pozostawiona możliwość ingerencji operatora w ostateczną decyzję. Ten ostatni w arunek wiąże się z w ielofunkcyjnością program u, który może rów nież służyć do w yznaczenia wartości param etrów optycznych kam ery satelitarnej na podstawie okresow ych badań. P rogram SATCOR pow inien mieć możliwość aproksym ow ania to ru satelity zarówno wielomianem drugiego, jak i trzeciego stopnia. Należy przew idyw ać, że w większości przypadków dostateczna okaże się aproksym acja wielom ianem drugiego stopnia. Potrzebę zwiększenia stopnia w ielomianu należy przewidywać tylko wtedy, gdy liczba gwiazd oporowych jest niewielka, a aktualne param etry optyczne kam ery nie mogły być wyznaczone w procesie transform acji. Decyzję o stopniu wielomianu aproksym ującego program pow inien w zasadzie podejm ow ać autom atycznie. Jeżeli wśród inform acji wejściowych do procesu opracow ania fotogram u nie w ystąpiła w artość wysokości satelity, to program SATCOR pow inien obliczać w spółrzędne satelity nie popraw ione o w artości refrakcji i ab erracji satelitarnej. Program SATCOR ma produkować wyniki obliczeń na dwu wyjściach: perforatorze taśm y papierowej i drukarce. Inform acje wyjściowe mają zawierać: inform acje o fotogram ie, wartości topocentrycznych współrzędnych równikowych satelity w m om entach synchronicznych,

Koncepcja automatycznego opracowania fotogramów SSZ 99 r wartości topo cen t г у с znyc h kątów godzinnych satelity, odniesionych do południka G reenwich, wartości pochodnych a, ô względem czasu, w artości błędów średnich w spółrzędnych a, ó. Ponadto program pow inien sygnalizować na drukarce błędy w id en ty fikacji gwiazd oporowych. 2.2.4. Program KATALOG Zadaniem program u jest opracow anie katalogu obserw acji sa te lita r nych. Program korzysta z inform acji powstających w wyniku działania program u SATCOR lub ew entualnie także ze zbioru wyników obserwacji SSZ, pow stających technikam i niefotograficznym i, k tó ry jest w prow adzany do kom putera każdorazow o dla pracy program u KATALOG. P rogram pow inien mieć możliwość em isji następujących w ersji k a ta logu w yników obserw acji: 1) katalog wyników obserwacji wykonanych w trakcie jednego seansu obserwacyjnego, w form ie zalecanej w instrukcji [4], 2) katalog w szystkich obserw acji w ykonanych przez daną stację obserwacyjną, 3) katalog obserw acji o zadanych param etrach: dokładnościowych (błędy średnie), geometrycznych (położeń satelitów obserwowanych w przedziałach zadanych w artości w spółrzędnych godzinnych). Każdy rodzaj katalogu pow inien zaw ierać oznaczenia stacji satelitarnych. Pow inna istnieć możliwość em isji poszczególnych w ersji katalogu zarówno na drukarce, jak i perforatorze taśmy, ze względu na różnorodne w ykorzystania wyników (np. jako zespół danych dla celów konstrukcji sieci triangulacji satelitarnej). LITERATURA [1] Czarnecki K., Rogowski J.B.: M etoda transform acji, jaką należy stosow ać w procesie opracowania fotogram ów satelitarnych, Prace IGiK, Tom X X III, Zeszyt 2/53/,1976. [2] Domaradzki S.: W yznaczenie topocentrycznych w spółrzędnych sferycznych sztucznych satelitów Ziem i na podstaw ie obserw acji fotograficznych, Geodezja i Kartografia, Tom XVIII, Zeszyt 4, 1969. [3] M ietody W yczislienija Topocentriczeskich K oordinat Iskusstw iennych Sputników Z iem li po ich Fotograficzeskich N abludienijach, Interkosm os, M oskwa 1969. [4] T iechniczeskije ukazanija po w yczislieniju i uraw niw aniju koordinat punktów po riezultatam nabludienij passiw nych ISZ fotoustanow koj AFU-75. Recenzował doc. dr hab. Zdzisław Adamczewski Rękopis złożono w Redakcji w styczniu 1976 r.

К А ЗИ М Е Ж А. ЧАРНЕЦКИ ЕЖ И Б. РОГОВСКИ КОНЦЕПЦИЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ ФОТОГРАФИЧЕСКИХ НАБЛЮ ДЕНИЙ ИСКУССТВЕННЫХ СПУТНИКОВ ЗЕМ ЛИ Резюме Представлена концепция информатической системы C O R SAT-System. Р а бота становит основу для рациональной алгоритмизации астрономических процессов обработки спутниковых фотограмм. Выделено четыре процесса: 1) измерений прямоугольных координат объектов воспроизведенных на спутниковой фотограмме, 2) отождествление опорных звезд, 3) определение топоцентрических координат спутника (редукция), 4) каталогизация результатов наблюдений. Информатический ацализ этих процессов приводит к выводу, что три последние процессы можно реализировать автоматической техникой обработки инф ормации, соединяя их в однородную систему информатики. Зато в первом процессе создаются основные информации снабжающ ие эту систему. Деление системы CO R SAT-System на процессы является делением натуральным и несмотря на то, что время выполнения процессов должно быть тож е самое, ввиду на одно направление прилива информации, но однако каж ды й процесс м ож ет быть выполнен в другом месте. В проектированной системе предвидены возможности развития и простой адаптации для разны х систем наблюдений и измерений фотограмм путем смены первого модуля системы. Реализация системы предвидится в форме трех или двух программ в зависимости от характеристики компьютера примененного для реализации. Компьютер, оснащенный в быстродоступную систему массовой памяти, дает возможность объединения процессов отождествления и редукции в одну программу. В таком случае предвидится сотрудничество системы с программой экстраполяции орбит, благодаря чему сущ ествует возможность значительного ограничения количества состава исходны х данных. Другая часть работы содерж ит концепцию реализации системы на компьютере ODRA-1204. Дана подробная организационная схема такой версии системы, а такж е задачи отдельных программ: отождествления (IDENTAUT-L с подпрограммой READARK для обработки фотограмм слабых спутников), определения топоцентрических координат спутника и параметров спутниковой камеры (SATCOR), а также каталогизации результатов наблюдений в разны х формах, зависимых от дальнейшего способа использования результатов (KATALOG).

K A Z I M I E R Z A. C Z A R N E C K I J E R Z Y В. R O G O W S K I CONCEPTION OF AN AUTOMATIC SYSTEM FOR THE ELABORATION OF ARTIFICIAL EARTH SATELLITES OF PH OTO GRAPH IC OBSERVATIONS Summary C onception of com p u ter sy stem called C O R S A T -S y stem is d iscu ssed in th is paper. W ork is regard ed as a b a sis for th e rea so n a b le a lg o rith m izatio n of th e astrom etric elab oration p rocesses of sa te llite ph otogram m s. T he fo llo w in g four p rocesses are enum erated: 1) m easu rem en t of th e recta n g u la r coord in a tes of th e objects p rojected on a sa tellite photogram ; 2) id en tificatio n of the referen ce stars; 3) d eterm ination o f sa te llite top ocen tric coordinates; 4) m akeing catalog u e o f the ob serv atio n results. C om puter a n a ly sis of th e se p rocesses led to th e co n clu sio n th a t th e th ree la st- -m en tio n ed p rocesses can be now p erform ed through a u to m a tic data p ro cessin g by u n itin g th em in to a u n ifo rm com p u ter system. In th e fir st-m e n tio n e d process the basic data feed in g su ch a sy stem are form ed. T he d iv isio n o f C O R S A T -S y stem in to th ese p rocesses is n a tu ra l and in sp ite o f the fa c t th a t th e tim e seq u en ce to p erform th e p rocesses sh ould be the sa m e as m en tioned above, b ecause o f o n e-d irectio n data tra n sm issio n, b u t each o f th is p rocesses can be conclu d ed in a d iffe re n t place. In th e range o f th e su g g ested sy stem th ere are fo r ese e n p o ssib ilities o f d e v e lo p m en t and sim p le adap ta tio n to v a rio u s o b serv a tio n sy stem s and to p h o to g ra m m es m easu rem en t b y th e e x ch a n g e of th e sy s te m s first m odule. T he sy stem w ill be rea lized in th e fo rm o f th ree or tw o p rogram m es d ep en d in g on th e ch aracteristics o f th e com puter used in th e cou rse of th e proced u re. A com p u ter eq u ip p ed w ith a disc m em ory en a b les u n ify in g th e id en tific a tio n and red u ctio n p rocesses in to one program m e. O peration of th e sy stem w ith the orbit ex tra p o la tio n p rogram m e is fo reseen, d u e to w h ich th ere are p o ssib ilities o f con sid erable red u c tion of the inp ut data. In the second p a rt o f the p ap er a concep tion o f th e sy stem rea liza tio n on the O D R A -1204 com p u ter is introduced. It in clu d es a d eta iled operatio n sch em e o f such a system v e rsio n and th e fo llo w in g ta sk s for each program m e: id en tifica tio n (ID E N T A U T -L w ith th e su bp rogram m e R E D A R K, for th e p h o to g ra m s elab oration o f fa in t sa te llites), d eterm in a tio n of sa te llite topocen tric coord in ates and o f sa te llite cam era p a ram eters (SA TCOR), and for ca ta lo g u e of o b servatio n resu lts in d iffe ren t form s depend ed on the fu tu re u tiliza tion of th e resu lts (K ATALO G ).