Создание карт Венеры являлось главной целью эксперимента. Первоначально предполагалось, что карты: будут нарисованы на основе полос радиолокационных изображений, построенных в результате обработки отраженных сигналов. Однако объем снятого материала показал нереальность выполнения этой работы в приемлемые сроки: при рисовании карт вручную с отмывкой рельефа потребовалось бы не менее 10 лет. Поэтому в ИРЭ АН СССР при участии Центрального научно-исследовательского института геодезии, аэросъемки и картографии (ЦНИИГАиК) ГУГК была разработана методика построения карт полностью цифровыми методами, реализованная на ЭВМ СМ-4 Центра, созданного для обработки информации космических аппаратов «Венера- 15» и «Венера-16».

Впервые все операции по созданию карты, включая синтез радиолокационных изображений и профилей высот поверхности Венеры по отраженному сигналу, перестроение их в определенную картографическую проекцию, устранение перспективных искажений, нанесение координатной сетки, горизонталей и надписей целиком выполнены цифровыми методами. Это обеспечило математическую точность карт и оперативность их получения.

Выбор картографической проекции. В масштабе 1 : 5000000 общая площадь карты на всю снятую территорию Венеры должна составлять 4,6 м2. Для работы удобнее серия карт меньшего формата, объединенных в атлас. Кроме того, при проецировании большой части сферы на плоскость возникают сильные искажения. По этой причине вся снятая территория была разделена на фрагменты, для каждого из которых создавалась своя карта. Это деление, предложенное Ю. С. Тюфлиным в ЦНИИГАиК, показано на рис. 21.

Рис. 21. Разбиение снятой территории Венеры на отдельные фрагменты для построения карт

Рис. 21. Разбиение снятой территории Венеры на отдельные фрагменты для построения карт

Как известно, сферу невозможно развернуть на плоскость. Поэтому для большей части территории изображение проецировалось на коническую поверхность, которая уже развертывалась на плоскости. Ее вершина расположена над северным полюсом планеты. Коническая поверхность сечет сферу по двум параллелям, носящим название стандартных. Стандартные параллели выбирались таким образом, чтобы проекционные искажения в поясе, в котором строилась карта, были минимальными.

Вся площадь фрагмента разбивалась на точки, расстояние между которыми на поверхности Венеры составляет 0,8 км. Для одного фрагмента их получается около 10 000 000. Чтобы определить яркость каждой точки фрагмента, вычисляли ее координаты на поверхности планеты, а затем находили ее положение на той полосе съемки, которая прошла в данном месте. Ближе к полюсу, где трассы космического аппарата сближаются, точка фрагмента попадает на несколько полос, что повышает достоверность определения яркости. Чтобы устранить полосчатость изображения, возникающую при наложении полос, полученное значение приводится к среднему значению яркости, определенному сглаживанием яркости вдоль полос. Построенное этим методом сплошное изображение в определенной проекции, или фотоплан, и является основой для построения карты.

Топографическая коррекция перспективных искажений. На рис. 22, а изображен космический аппарат S, движущийся перпендикулярно картинной плоскости относительно центра масс планеты Р. Для построения радиолокационного изображения каждая точка истинной поверхности планеты, показанная сплошной линией, должна быть спроецирована на некоторую сферу (пунктир). Например, точка В отображается на этой сфере точкой О, и ее положению соответствует центральный угол Ф, характеризующий расстояние точки В относительно плоскости орбиты космического аппарата.

Рис. 22. Отображение (а), точек истинной поверхности (сплошная линия) на некоторой сфере (пунктир) и смещение точек радиолокационного изображения при неучете вариаций местного радиуса планеты в случае возвышенности (б) и в случае низменности (в)

Рис. 22. Отображение (а), точек истинной поверхности (сплошная линия) на некоторой сфере (пунктир) и смещение точек радиолокационного изображения при неучете вариаций местного радиуса планеты в случае возвышенности (б) и в случае низменности (в)

Величину угла Ф можно найти, решая треугольник, вершинами которого являются космический аппарат S, центр масс планеты Р и точка В. Расстояние аппарата от центра масс планеты Р определяется элементами его орбиты. Расстояние точки В относительно аппарата (наклонная дальность r) определяется радиолокационным методом при обработке отраженного сигнала. Чтобы найти угол Ф, характеризующий расстояние точки В относительно плоскости орбиты, надо знать еще радиус планеты в данной точке R.

При построении полос радиолокационного изображения поверхность Венеры считалась правильной сферой с радиусом R0 = 6051 км, принятым Международным астрономическим союзом в качестве среднего радиуса планеты. Неучет вариаций местного радиуса имел следствием перспективные искажения. В случае возвышенности (точка В лежит выше точки О; рис. 22; б) наклонная дальность уменьшается, и засечка радиусом r дает на средней поверхности точку О′ вместо О. Точка О′ расположена ближе к плоскости орбиты, чем точка О, и центральный угол Ф′ меньшеФ. В случае низменности (точка В лежит ниже точки О; рис. 22, в) наклонная дальность увеличивается, и засечка дает на средней поверхности точку О″ вместо О. Точка О″ расположена дальше от плоскости орбиты, чем точка О, и центральный угол Ф″ больше Ф.

Можно показать, что смещение точки изображения прямо пропорционально отклонению фактического радиуса R относительно среднего R0 (пропорционально высоте точки относительно уровня средней сферы) и обратно пропорционально sin α, где α – угол между направлением на данную точку и плоскостью орбиты (см. рис. 22, а). Для радиолокационной съемки с помощью космических аппаратов «Венера-15» и «Венера-16» величина этого угла, определяемая ориентацией антенны радиолокационной станции с синтезированной апертурой, составляла в среднем 10°. Поэтому смещение точки изображения на средней сфере примерно в 6 раз больше отклонения фактического радиуса. Смещение точек изображения особенно значительно в горных районах. В районе Гор Максвелла Венеры, где высоты превышают 10 км, смещение достигает 60 км и сильно искажает форму кратера (см. последнюю страницу обложки). При построении фотопланов положение точек корректировалось по данным измерений радиовысотомера.

Уточнение орбиты космического аппарата. Надо было уточнить орбиту космического аппарата, которая служит базой при построении фотоплана. В период съемки, когда велось построение полос радиолокационного изображения и профилей высот, высота космического аппарата над поверхностью Венеры могла быть вычислена с погрешностью до нескольких километров, что было совершенно недостаточно для совмещения соседних полос на фотоплане. Впоследствии в Институте прикладной математики АН СССР под руководством Э. Л. Акима была разработана методика, позволившая повысить точность определения орбит примерно в 10 раз.

Это уточнение решающим образом повлияло на возможность построения фотопланов, поскольку практически не стало заметным двоение изображений в местах перекрытия соседних полос. Следует отметить ту особенность методики уточнения орбит, что она выявляла и устраняла сравнительно небольшие искажения формы орбит, возникавшие в период съемки вследствие работы двигателей системы астроориентации космического аппарата. При построении фотопланов старые параметры орбит заменялись уточненными, а средний радиус планеты – фактическим, найденным по измерениям радиовысотомера. Большим достоинством методики было то, что не надо было заново строить полосы изображений.

Интерполяция измерений высоты. Измерения высоты могли быть получены только в точках, расположенных на трассах космических аппаратов. Пересекаясь вблизи полюса, они расходятся на 130 – 140 км на широте 30°, где оканчивалась съемка. При построении карты высот и нанесении горизонталей на фотоплан для точек, расположенных непосредственно на трассах (например, точка А на рис. 23), брались сами измерения.

Рис. 23. Интерполяция данных между трассами полета при построении карты высот (топографической карты)

Рис. 23. Интерполяция данных между трассами полета при построении карты высот (топографической карты)

Чтобы распространить данные на область между трассами, применена интерполяция. Для некоторой точки В, расположенной между трассами 1 и 2, данные берутся с весовым множителем, величина которого обратно пропорциональна расстоянию точки В от трасс. Естественно считать, что на большом расстоянии на рельеф в данном месте могут влиять лишь крупные детали поверхности, а влияние мелких ограничено малым радиусом. В связи с этим данные измерений усредняются на некотором участке (E1F1, E2F2), длина которого тем больше, чем дальше от трассы находится точка.

comments powered by HyperComments