Отработка алгоритма автономного выбора места посадки КА «Фобос- Грунт» по телевизионным изображениям Б.С. Жуков, С.Б. Жуков Институт космических исследований. - презентация

1 Отработка алгоритма автономного выбора места посадки КА «Фобос- Грунт» по телевизионным изображениям Б.С. Жуков, С.Б. Жуков Институт космических исследований РАН

2 » Состав и основные характеристики камер Телевизионной системы навигации и наблюдения (ТСНН) на КА «Фобос-Грунт» Узкоугольная телевизионная камера ТСНН-УТК Широкоугольная телевизионная камера ТСНН-ШТК БОКЗ-МФ ТСНН Параметры ШТК УТК 32 1 : 1,7 панхром х : 2 0, х : 7 0, х Фокусное расстояние, мм Отн. отверстие Спектр. зона, мкм Размер элемента ПЗС, мкм Кол-во активных элементов Угл. разрешение, угл.сек Поле зрения, град. Мин. угол к Солнцу, град Число разрядов Масса, кг Энергопотребление, Вт Кол-во приборов УТК ТСНН ШТК ТСНН

3 Задачи, решаемые автономно при посадке на поверхность Фобоса: съемка с запоминанием изображений, передача сжатых изображений в реальном времени, ШТК: измерение расстояния до поверхности и бокового смещения (боковой скорости) КА (В.А.Гришин – доклады на данном семинаре в гг.) ШТК: построение карты неоднородности поверхности и автономный выбор места посадки – наиболее ровной площадки размером ~10 м. Измерения высоты и скорости КА и автономный выбор места посадки используются в резервном алгоритме посадки на Фобос (при отказе штатных средств – ЛВВ и ДИСД) на участке свободного падения от м до 50 м.

4 Недостаточная производительность процессора камер ТСНН и низкая скорость обмена данными по МКО исключают возможность построения детальной 3-мерной модели поверхности Фобоса в реальном времени. Вычислительно более простой подход основан на анализе фотометрической неоднородности поверхности Подход к решению задачи Постановка задачи Характеристика рельефа в районе посадки (400 х 800 м) и выбор для посадки наиболее ровной площадки размером ~10 м с высоты м.

5 к Солнцу от Солнца α, град. ρ 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Функция Хапке, описывающая коэффициент яркости ρ темного реголита как функцию фазового угла g и угла наклона нормали к поверхности α

6 Высота, м Разрешение изображения, cм - исходного - 4-кратно загрубленного - 8-кратно загрубленного - 20-кратно загрубленного Поле зрения, м Размер площадки, м Число ячеек в окне Перекрытие окон1/2 5/66/79/1017/18 Принципы построения карты неоднородности: Карта неоднородности строится по 4-кратно загрубленному изображению (250 х 250 пикс.), которое на высотах ниже 50 м дополнительно загрубляется в 2 раза, а на высотах ниже 25 м – в 5 раз. Изображение разбивается на 25 х 25 ячеек и в каждой ячейке рассчитывается среднее значение μ и относительная дисперсия d = σ 2 / μ 2. Изображение анализируется в движущемся окне, размер которого соответствует требуемому размеру площадки, с шагом, равным одной ячейке. Относительная дисперсия в окне D пересчитывается через значения μ и d входящих в окно ячеек

7 1. Байтовое кодирование карты неоднородности: map(i,j) = * D(i,j), если map(i,j) > 255, то map(i,j) = Дополнительный учет теней в пределах окна: если хотя бы для одной ячейки в пределах окна средняя яркость меньше 0.2 от максимальной, то map(i,j) = Учет близости сильных неоднородностей: map(i,j) =: 0.8*map(i,j) * max[map(i ± w, j ± w )], где w – размер окна в числе ячеек. 4. Выбор окна с минимальным значением map в качестве места посадки Исходное изображениеОтн. дисперсия ячеекКарта неоднородности

8 Бортовое программное обеспечение, реализующее данный алгоритм, написано на языках Си и Ассемблер. Время выполнения операций по построению карты неоднородности на процессоре ADSP ШТК с тактовой частотой 24 МГц составляет около 0.1 с. Карта неоднородности передается в БВК наряду с репортажным кадром и результатами измерения высоты и бокового смещения один раз в 6 с. Алгоритм отработан по реальным изображениям Фобоса, Луны и Марса высокого разрешения, а также по модельным изображениям шероховатых поверхностей.

9 Стенд моделирования изображений шероховатых поверхностей Пример стереопары, полученной на стенде моделирования

10 Построение карты неоднородности поверхности и выбор места посадки по полученному HRSC-SRC на КА Mars-Express изображению Фобоса: image24_ src-03-PhobosSeries_H1, разрешение 3.2 м ( изображение предостав- лено ESA/DLR/FU Berlin, G.Neukum )

11 Построение карты неоднородности поверхности и выбор места посадки по полученному HRSC-SRC на КА Mars-Express изображению Фобоса: Image21_ src-04-PhobosSeries_H1, разрешение 3.2 м ( изображение предостав- лено ESA/DLR/FU Berlin, G.Neukum )

12 Построение карты неоднородности поверхности и выбор места посадки по полученному HRSC-SRC на КА Mars-Express изображению Фобоса: Image26_ src-01-PhobosSeries_H1, разрешение 9 м / пиксел ( изображение предоставлено ESA/DLR/FU Berlin, G.Neukum )

13 Построение карты неоднородности поверхности и выбор места посадки в предполагаемом районе посадки КА «Фобос-Грунт». Использовано полученное HRSC- SRC на КА Mars-Express изображени: 5_h7915__Phobos_LandingSites_H, разрешение 4.4 м / пиксел ( изображение предоставлено ESA/DLR/FU Berlin, G.Neukum )

14 Стенд ТСНН

15 Результаты отработки режима «Посадка» на стенде ТСНН

16

17

18

19

20

21

22

23 Спасибо за внимание!

24 Дополнительные слайды

25 Научные задачи ТСНН: мелкомасштабная структура кратеров и борозд, пространственные вариации отражательных характеристик поверхности, характеристики грунта Фобоса, масса и положение центра масс Фобоса, его однородность, пылевые кольца Марса. Навигационные задачи ТСНН на орбитах ИСМ: навигационные съемки Марса и Фобоса с орбиты ИСМ, уточнение района посадки (~800 м, разрешение УТК с КСО до 0.4 м).