Анализ влияния динамики космического аппарата на характеристики алгоритмов обработки изображений системы технического зрения проекта Фобос-Грунт Гришин В. А. Институт космических исследований РАН марта 2010 Техническое зрение в системах управления мобильными объектами-2010 Таруса - ИКИ

Общее описание проекта Задачи проекта: 1.Полет до Марса. 2.Детальная съемка поверхности Фобоса. 3.Уточнение места посадки. 4.Выполнение посадки. 5.Взятие проб с поверхности. 6.Проведение ряда исследований. 7.Старт и возвращение проб на Землю марта 2010 Техническое зрение в системах управления мобильными объектами-2010 Таруса - ИКИ 1

Телевизионная система навигации и наблюдения (ТСНН) Состав ТСНН. 1.Две узкоугольные телевизионные камеры (f=500 mm) 2.Две широкоугольные телевизионные камеры (f=18 mm) Функции ТСНН. 1. Проведение съемки Марса и Фобоса. 2. Ведение съемки в процессе посадки. Съемка высокого разрешения ( ). Репортажная съемка ( ). 3. Информационная поддержка процесса посадки. Выбор места посадки. Измерение высоты. Измерение относительной скорости марта 2010 Техническое зрение в системах управления мобильными объектами-2010 Таруса - ИКИ 2

Влияние динамики КА на процесс измерений марта 2010 Техническое зрение в системах управления мобильными объектами-2010 Таруса - ИКИ 3

Исходные данные для моделирования марта 2010 Техническое зрение в системах управления мобильными объектами-2010 Таруса - ИКИ Баллистическая информация. 1.Вариант схода с КСО с упреждением прохождения траверза точки посадки (ttp-h.txt ) - ИПМ им. М. В. Келдыша; 2.Вариант схода с КСО при прохождении траверза точки посадки (ttp-v.txt ) - ИПМ им. М. В. Келдыша; 3.Сценарий посадки НПО им. С. А. Лавочкина (быстрый вариант). Координаты точки посадки: 5 с.ш., 235 долготы. Модели поверхности Фобоса: 1. Трехосный эллипсоид с осями 13.0, 11.4 и 9.2 км. 2. Модель ГЕОХИ поверхности Фобоса с шагом 2 на 2. Для моделирования использовались алгоритмы, заложенные в ТСНН. 4

Сценарии ИПМ им. М. В. Келдыша марта 2010 Техническое зрение в системах управления мобильными объектами-2010 Таруса - ИКИ 1.Сход с КСО 2.Перелет с КСО в точку, расположенную над районом посадки (прицельную точку). h10 км. t 30 мин. 3.Вертикальный спуск на большой скорости. 4.Прецизионное торможение h1000 м. V верт1.5-2 м/с, V бок 1 м/с. Особенность: В процессе посадки происходит совмещение средней нормали к поверхности с осью X аппарата, что порождает интенсивные угловые колебания КА с большими угловыми скоростями. Возмущение канала измерения дальности за счет вариаций наклонной дальности и особенно – возмущение монокулярного канала измерений. 5

Сценарий НПО им. С. А. Лавочкина импульс схода с КСО прикладывается на высоте23.2 км продолжительность снижения от момента завершения импульса схода с КСО до номинального момента включения тормозного импульса 32.4 мин продолжительность тормозного импульса71.5 сек высота на момент начала торможения691 м вертикальная скорость на момент начала торможения13.8 м/сек боковая скорость на момент начала торможения2.2 м/сек высота на момент завершения торможения200 м продолжительность падения КА от момента завершения тормозного импульса до контакта с поверхностью 272 сек вертикальная скорость на момент контакта с поверхностью1.44 м/сек боковая скорость на момент контакта с поверхностью0.34 м/сек марта 2010 Техническое зрение в системах управления мобильными объектами-2010 Таруса - ИКИ Особенность: Процесс посадки выполняется в инерциальном пространстве, что исключает интенсивные угловые колебания КА. Создаются благоприятные условия для работы СТЗ. 6

Системы координат Фобоса марта 2010 Техническое зрение в системах управления мобильными объектами-2010 Таруса - ИКИ 7

Расположение камер на КА марта 2010 Техническое зрение в системах управления мобильными объектами-2010 Таруса - ИКИ

Стереорежим марта 2010 Техническое зрение в системах управления мобильными объектами-2010 Таруса - ИКИ 9 Высота и её оценки Coarse и Precise Диспарантность на изображении 250*250 Вертикальная скорость и ее оценка на последних 48.6 метрах.

Стереорежим марта 2010 Техническое зрение в системах управления мобильными объектами-2010 Таруса - ИКИ 10 Прогнозируемые границы диспарантностей (смещены относительно текущей диспарантности) Расширенные границы области поиска соответствия.

Стереорежим. Влияние разброса диспарантности марта 2010 Техническое зрение в системах управления мобильными объектами-2010 Таруса - ИКИ 11 Сценарий НПО им. С. А. Лавочкина Высота и её оценки Coarse и Precise Вертикальная скорость и ее оценка на последних 48.6 метрах. Прогнозируемые границы диспарантностей (смещены относительно текущей диспарантности)

Стереорежим. Влияние разброса диспарантности марта 2010 Техническое зрение в системах управления мобильными объектами-2010 Таруса - ИКИ 12 Высота и её оценки Coarse и Precise Вертикальная скорость и ее оценка на последних 48.6 метрах. Прогнозируемые границы диспарантностей (смещены относительно текущей диспарантности)

Стереорежим марта 2010 Техническое зрение в системах управления мобильными объектами-2010 Таруса - ИКИ Допустим, диспарантность равна 25 пикселям. H=48.6 м. Разброс по диспарантности 0.05 дает разброс по дальности м. на площадке размером м. Разброс по диспарантности 0.1 разброс по дальности м. на площадке размером м. Оптимизация параметров алгоритмов: 1.Прогноз области поиска соответствия в режиме слежения 2.Прогноз области поиска соответствия в режиме сбоя Учет: Текущие оценки, дисперсию измерений дальности, дискретность измерения диспарантности, флюктуации оценок скорости, коррекцию приращений на малых дальностях 13

Монокулярный режим марта 2010 Техническое зрение в системах управления мобильными объектами-2010 Таруса - ИКИ 14 Высота и расстояния до поверхности Изменения координат и расстояния до поверхности за цикл обработки Изменения углов ориентации и коэффициента масштабирования изображения

Монокулярный режим марта 2010 Техническое зрение в системах управления мобильными объектами-2010 Таруса - ИКИ 15 Величина ошибки прогноза вектора перемещения точки в поле зрения и график режимов работы алгоритма Компоненты векторов перемещения точки поле зрения (на изображении 62*62).

Прогноз марта 2010 Техническое зрение в системах управления мобильными объектами-2010 Таруса - ИКИ Простейший рекурсивный фильтр. Ошибка прогноза нарастающим итогом (55 измерений). По сценарию НПО им. С. А. Лавочкина ошибка прогноза в 203 раза меньше (при 87 измерениях) Зависимость оптимальных параметров алгоритмов от сценария посадки Сценарий ttp-h.txtСценарий ttp-v.txt. w0w0w1w1Суммарная ошибка прогноза w0w0w1w

Выводы марта 2010 Техническое зрение в системах управления мобильными объектами-2010 Таруса - ИКИ 1.Динамика КА влияет самым непосредственным образом на ошибки измерений (динамические и случайные - нормальные). 2.Динамика КА влияет опосредованно на ошибки измерений через профиль визируемой поверхности. 3.Динамика КА оказывает определяющее влияние на алгоритмы прогноза, используемые для формирования областей поиска соответствия; от этого зависит интенсивность потока аномальных ошибок. 4.Алгоритмы обработки информации должны учитывать динамику КА для повышения точности и устойчивости измерений. 5.Особенно это важно в случае, когда нет запасов по вычислительной мощности процессоров, используемых для обработки видеоинформации. 16