Шинтарь Д.Р.
СИСТЕМА УГЛОВОЙ ОРИЕНТАЦИИ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА НАНОКЛАССА НА ОСНОВЕ ОБРАБОТКИ ВИДЕОИЗОБРАЖЕНИЙ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ *
Аннотация:
в статье рассматриваются различные способы построения местной вертикали. Представлен анализ применения оптической системы с фотоприемниками для космических аппаратов нанокласса. Рассмотрено влияние количества видеокамер (расположении) на область охвата. Оценка точности системы КА на основе обработки видеоизображений.
Ключевые слова:
космический аппарат, наноспутник, система ориентации, построитель местной вертикали, фотоприемник
Перед тем как космический аппарат (КА) будет введен в эксплуатацию, он проходит такие этапы как проектирование, конструирование, испытание и производство. Космический объект представляет собой совокупность множества систем, которые обеспечивают его исправную работу. Одной из таких систем является система ориентации. Система ориентации – сложная автоматическая система, которая состоит из отдельных приборов, а объектом управления является космический аппарат. Она подразделяется на пассивную и активную. В состав активной системы ориентации входят датчики углов ориентации, датчики угловой скорости, бортовая цифровая вычислительная машина (БЦВМ) и исполнительные органы, а пассивная работает за счет взаимодействия космического аппарата с окружающей средой. В активной системе ориентации космической техники широко применяются оптические построители местной вертикали (ПМВ). Их работа основана на «визировании» видимого горизонта планеты как минимум в трех его различных точках. Функционирование автоматических ПМВ основано на тепловом контрасте между поверхностью планеты и «холодным» космическим пространством – инфракрасные ПМВ или ИК-вертикаль. Инфракрасный датчик вертикали может работать в дневное и ночное время независимо от метеорологических условий. В качестве приемников излучения используют полупроводниковые и металлические болометры. Поле зрения чувствительного элемента ограничено, поэтому индикация горизонта осуществляется методом кругового сканирования, который основан на вращении зеркал с некоторой угловой скоростью и объектива, пропускающего инфракрасные лучи. Такие ПМВ подходят только для тяжелых КА с достаточным энергетическим обеспечением. Но в нынешнее время все чаще применяют малые космические аппараты (МКА), а в частности наноспутники, так как их небольшие габариты, возможность запуска нескольких аппаратов, позволяет снижать затраты на производство. Энергетика такого спутника ограничена и применение инфракрасной камеры с вращающими зеркалами нерациональна. Для наноспутника целесообразнее использовать легкую оптическую систему с низким энергопотреблением, например систему построения местной вертикали по анализу изображения Земли – видеовертикаль. Предлагаемая система позволяет значительно упростить и удешевить аппаратуру, но при этом сможет обеспечить определение ориентации МКА с заданной точностью и в широком диапазоне начальных углов ориентации, угловых скоростей и высот.Линия, проходящая через центр Земли О1 и центр масс космического аппарата О, называется местной вертикалью (МВ), рис.1. /Рисунок 1. Орбитальная система координат.Для определения направления на МВ предлагается использовать систему, состоящую из двух фотоприемников, расположенных на гранях наноспутника так, что оси визирования взаимно перпендикулярны (рис.2). /Рисунок 2. Схема расположения фотоприемников:1 – фотоприемники, 2 – ось визирования, 3 – продольная ось.Для определения отклонения продольной оси космического аппарата нанокласса от местной вертикали по изображению на фотоприемной матрице выделяется линия горизонта Земли с помощью детектора границ Кенни. Затем на полученном изображении определяются радиус кривизны и центр дуги, являющейся линией горизонта Земли. Вектор, соединяющий крайние точки дуги (рис.3), перпендикулярен плоскости, проходящей через центр Земли и центр масс наноспутника. Аналогичные вычисления производятся и для последующего изображения, полученного с помощью второй камеры. Векторное произведение двух полученных векторов дает вектор направления на центр Земля в связанной с наноспутником системе координат. /Рисунок 3. Результаты обработки и анализа изображений.Данная система построения местной вертикали КА на основе обработки видеоизображений имеет точность, сопоставимую с точностью инфракрасных построителей местной вертикали, так как с двух фотоприемников область видимости представлена пересечением двух подобных областей, а вторая на 90? по часовой стрелке относительно начала координат.
Номер журнала Вестник науки №12 (69) том 3
Ссылка для цитирования:
Шинтарь Д.Р. СИСТЕМА УГЛОВОЙ ОРИЕНТАЦИИ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА НАНОКЛАССА НА ОСНОВЕ ОБРАБОТКИ ВИДЕОИЗОБРАЖЕНИЙ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ // Вестник науки №12 (69) том 3. С. 1034 - 1038. 2023 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/11753 (дата обращения: 19.05.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2023. 16+