С.Трофимов (МФТИ) Д.Иванов (МФТИ, ИПМ им. Келдыша РАН) Д.Биндель (ZARM, Бремен) Алгоритм определения относительного положения и ориентации макетов наноспутников на лабораторном стенде в ZARM

Содержание доклада Введение Постановка задачи Описание стенда Описание алгоритма Результаты экспериментов Перспективы 2

Введение Групповые полеты (Formation Flying): расстояние между спутниками в группе много меньше характерной высоты орбиты; активное управление относительным положением и ориентацией спутников в группе. 3

Введение 4

Системы спутниковой навигации: во многих случаях не обеспечивают требуемую точность определения относительного расстояния остается открытым вопрос об ориентации спутников. Возможное средство решения проблемы – использование фотосъемки. 5

Постановка задачи разработать алгоритм определения относительного положения и ориентации на основе обработки снимков объекта с известными геометрическими параметрами; реализовать алгоритм на лабораторном стенде. 6

Описание стенда Название стенда: LUVEX (Luftkissen Vehicle Experiment) Разработчик: Центр прикладных космических технологий и микрогравитации (ZARM) при Бременском Университете (Германия) 7

Описание стенда Компоненты стенда: стеклянный стол; макет на воздушной подушке, снабженный шестью импульсными двигателями, бортовым компьютером и веб-камерой; укрепленные на макете баллоны со сжатым воздухом; центральный неподвижный объект; модель источника света – частично задрапированная лампа дневного света. Часть помещения, где установлен стол, отгорожена светонепроницаемой тканью. 8

Описание стенда 9

Описание алгоритма Основная идея: по размерам освещенной части тела с известными геометрическими параметрами вычисляется расстояние до него и угол между направлением на это тело и направлением на источник света. В целях упрощения расчетов и увеличения точности в качестве такого тела был выбран цилиндр. 10

Описание алгоритма Получение снимка веб-камерой Обработка снимка при помощи MATLAB на вспомогательном компьютере Передача результатов обработки на бортовой компьютер посредством беспроводного соединения Использование полученных при обработке изображения данных и данных с датчиков в алгоритме управления Генерация управляющих импульсов для поддержания выбранного типа движения макета 11

Описание алгоритма Принятые допущения: пучок света от источника – параллельный; калибровка камеры – нахождение множителей, связывающих линейные размеры вдоль каждой из двух осей некоторой выбранной (калибровочной) плоскости с расстоянием между пикселями на снимке. 12

Описание алгоритма 13

Описание алгоритма Данный метод позволяет также найти: отклонение направления на центр цилиндра от центра кадра; скорость движения аппарата (по сравнению двух последовательных снимков). 14

Описание алгоритма Проблемные области пространства Размер области (как интервал угла ang), град Причина проблемы Область засветки 180±15 Свет от источника попадает в объектив камеры Область неоднозначности ±5 Угловой размер освещенной области не меняется 15

Результаты экспериментов 16

Результаты экспериментов 17

Результаты экспериментов 18

Результаты экспериментов Основные трудности при проведении эксперимента: неточное расположение импульсных двигателей на макете; частый уход центрального тела из поля зрения камеры при подаче управляющих импульсов ; неидеальность реализации движения на воздушной подушке. 19

Перспективы Особенности модели: плоское движение объектов; фиксированная форма центрального тела. Возможная модификация: на ведущем спутнике – конфигурация излучателей в определенном частотном диапазоне, на дочернем спутнике – приемник излучения. 20

Спасибо за внимание! 21