ВИЗУАЛЬНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ЮСТИРОВКИ ОПТИКО- ЭЛЕКТРОННОГО КОМПЛЕКСА КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА Д.В. Лебедев, А.И. Ткаченко Международный научно-учебный центр информационных технологий и систем НАН и МОНМС Украины Семинар «Образный компьютер» г. Киев, 31 января 2012 г.
План выступления 1. Введение 2. Варианты схемы решения задачи 3. Алгоритмы оценки взаимной ориентации трехгранников 4. Сценарии и результаты моделирования 5. Заключение 2/20
O RMRM Z r y y П S m m M z x YMYM F ZMZM XMXM x X Y Рисунок 1 – Формирование отображения точки М на плоскости П (r, C) (1) В системе координат XYZ (I) В системе координат xyz (Е) 3/20
I – опорная система координат (СК); E – СК, жестко связанная с КА; E – СК, связанная с оптической системой КА (камерой) (2) (3) C C E EI Ө 4/20
(4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) 5/20
(11) (12) 6/20 Алгоритм 1 (13)
,5 12,1 6,9 9,6 13,7 17,1 19,7 21,7 23,3 24,4 131,7 82,4 41,0 17,8 7,6 4,5 4,8 6,6 9,0 11,2 26,9 12,6 13,7 20,8 14,8 22,7 37,1 21,9 6,5 38,1 109,3 92,8 94,2 64,8 110,8 22,6 23,9 11,6 48,3 18,7 36,0 110,3 114,8 134,4 129,0 67,5 171,1 116,0 72,4 166,8 44,0 147,8 140,8 551,7 149,7 156,9 78,7 73,7 219,0 293,6 7/20
(14) (15) – координаты n-го наземного ориентира в системе координат ; – координаты центра масс КА в СК (от GPS); – элементы матрицы направляющих косинусов между I и E (от астросистемы); – координаты отображения n-го наземного ориентира, представленные в СК E. X, Y, Z Алгоритм 2 8/20
(17) (18) (16) 9/20
Алгоритм 3 – координаты отображения n-го наземного ориентира, представленные в СК E. – координаты отображения n-го наземного ориентира на плоскость изображений П оптической системы; F – фокусное расстояние системы; (19) (20) (21) (22) 10/20
Система возмущений Оптическая система (камера) Звездный датчик GPS Наземные ориентиры 11/20
.., 12/20
K С OE C EE* С IG СTКСTК I T O E G С GT С E*K С IO E*E* При решении задачи юстировки искомой является матрица, при моделировании – матрица. Последняя вычисляется по формуле в которой первая строка отвечает случаю, когда используется информация от камеры (при ), вторая – при использовании информации от звездного датчика. Принимается аппроксимация матрицы вида. 13/20 (24) (23)
где u – аргумент широты, i – наклонение орбиты, Ω – долгота восходящего узла орбиты; ( – текущее значение угла между направлением на точку весны и Гринвичским меридианом). Орты и радиусов-векторов центра масс КА и вершины трехгранника Т соответственно в проекциях на оси инерциальной системы координат I находятся по формулам 14/20 (25) (26) Из равенства, которое выполняется в момент прохождения траектории КА через точку надира, при известных значениях углов вычислим значения углов и. Тогда в момент времени τ, отсчитанным от точки надира, справедливы равенства
15/20 (27)
, 16/20 Характеристики круговой орбиты: высота – 680 км; наклонение орбиты – 98 град. фокусное расстояние – 2,2 м; угол зрения – 3,4 град. (28)
O M - неизвестный малый вектор углового рассогласования камеры и звездного датчика; - отклонения модельной плоскости снимка от ее фактического положения, - фиктивный поворот изображения в плоскости снимка. 17/20 z x Оптическая ось камеры y Плоскость снимка Центр проекции
– вектор направления на ориентир в базисе камеры; где – координаты отображения -го ориентира на чувствительной площадке камеры, – фокусное расстояние камеры; – орт направления на ориентир в базисе камеры. OM – вектор направления на ориентир (находится по заданным координатам ориентира и информации GPS о местонахождении объекта); – орт направления на ориентир в инерциальном базисе; – преобразование координат из инерциального базиса к осям звездного датчика (по показаниям последнего) – фактическое преобразование из базиса звездного датчика в базис камеры; – неточно заданное значение., (i=1, 2,…,n). 20 км 18/20 (29) (30) (31) (32)
Начальная неопределенность распределена по нормальному закону, среднеквадратическое отклонение 10 угл. секунд. Среднеквадратические отклонения ошибок юстировки Число снимков, угл. с, угл. с, угл. с Примечание Уточн. разреш. 19/20
Максимальные абсолютные значения ошибок юстировки Число снимков, угл. с, угл. c, угл. с Примечание Уточн. разреш. 20/20