Принцип работы астрокоординаторов семейства БОКЗ И И нерциальная ориентация КА определяется на основе геометрического анализа изображений произвольного. - презентация

1 Принцип работы астрокоординаторов семейства БОКЗ И И нерциальная ориентация КА определяется на основе геометрического анализа изображений произвольного участка звездного неба, регистрируемых и обрабатываемых в реальном времени. С С ъемка осуществляется специализированной камерой на основе ПЗС с мощным сигнальным процессором, содержащим звездный каталог и программное обеспечение обработки информации. П П роцедура обработки получаемых изображений на основе помехозащищенного алгоритма включает: выделение звезд на фоне помех; определение энергетических центров зарегистрированных звезд; распознавание звезд в бортовом звездном каталоге; определение ориентации КА с учетом параметров собственного движения звезд и нутации. О О бработка информации выполняется в реальном времени. Д Д инамический испытательный стенд разработан для: отработки и калибровки звездных приборов с различными оптическими системами и приемниками изображения; моделирования участка звездного неба с использованием встроенного звездного каталога на всю небесную сферу; симуляции орбитального полета космических аппаратов в различных динамических режимах и движения КА вокруг центра масс. С С тенд может использоваться также для моделирования съемки с КА поверхности Земли и других небесных тел. И И сходные данные для моделирования динамических режимов наблюдения небесной сферы: поле зрения звездного прибора, элементы выставки звездного прибора на КА, наклонение и долгота восходящего узла орбиты, период обращения и эксцентриситет орбиты, режим и параметры ориентации КА. С С пециально разработанное программное обеспечение позволяет: формировать испытательные миры для измерения геометрических и светоэлектрических характеристик исследуемого прибора, выводить на экран изображения участков звездного неба, соответствующих полю зрения звездного прибора, задавать яркости звезд в соответствии с их звездным величинам, создавать светооптические помехи в виде точечных светящихся объектов и неравномерностей по полю зрения звездного прибора, моделировать динамические режимы перемещения поля зрения звездных приборов по небесной сфере. Динамический испытательный стенд Отличительные особенности автономность моноблок определение ориентации при отсутствии априорной информации (алгоритм «lost in space») помехозащищенность прибора БОКЗ-М на конструктивном и программном уровне позволяет исключить влияние светооптических помех и протонных событий на определение параметров ориентации Звездные приборы могут работать на околоземных, геостационарных, высокоапогейных и межпланетных орбитах благодаря радиационной стойкости компонентов и материалов. Работа на геостационарной орбите гарантирована в течение 15 лет. Габариты374х235х236 мм Масса4,15 кг Входное напряжение23–32 В Энергопотребление11,2 Вт Температура посадочного места-15° – +45°С Срок эксплуатации в космосе15 лет Количество циклов включения/выключения Основные характеристики Бленда Блок питания Основание объектива с тестовым источником питания Защитная крышка Объектив ПЗС-матрица Основание прибора Электроника видеотракта Модуль процессора с памятью Конструктивная схема Основные элементы прибора Объектив Фокусное расстояние60 мм Диаметр входного зрачка24 мм Поле зрения 8° Коэффициент светорассеяния 0,5% Mатрица ПЗС Число элементов512х512 Размер элемента16 µм х16 µм Минимальный цикл обновления информации3 сек Спектральная область0,4–1,0 µм АЦП Число разрядов8 Максимальная регистрируемая звездная величина+ 8.5 Коэффициент ослабления боковой солнечной засветки системой объектив+бленда 8х10 9 Минимальный допустимый угол между оптической осью датчика и направлением на Солнце, Землю, Луну и освещенные Солнцем элементы конструкции КА 30° Процессор 32-разрядный сигнальный процессор с плавающей арифметикой и тактовой частотой 16 МГц Реализован на вентильной матрице объемом 5000 gates. Интерфейс MIL STD 1553B /дублированный/ Объем памяти: программ640 кБ данных512 кБ Ресурсы процессора позволяют использовать его для решения других задач в фоновом режиме Общее число звезд в каталоге8 500 Максимальная звездная величина+7,5 Время первоначального определения ориентации без априорной информации 30 сек Звездный каталог Прибор БОКЗ-М Блок определения координат звезд (БОКЗ) Семейство звездных приборов класса автономных астродатчиков Исторический экскурс Первые летные испытания системы определения ориентации космических аппаратов по изображениям звезд прошли в 1971 году – с орбитальной станции «Салют» были выполнены синхронные фотосъемки участков земной поверхности и звездного неба. Впоследствии во всех созданных приборах определения ориентации - астрокоординаторах – в качестве фотоприемников использовались матричные приборы зарядовой связи. 2 модификации 2 модификации работают в контуре управления ориентацией КА на различных орбитах околоземного пространства 3 модификации 3 модификации находятся на завершающей стадии разработки Сегодня Сегодня в космосе функционируют 9 приборов семейства БОКЗ: на телекоммуникационных КА «Ямал-100»с 1999 г. КА «Ямал-200 » с 2003 г. на Международной космической станциис 2000 г. Планируется Планируется выпуск еще 50 приборов в 2004–2008 гг. Прибор БОКЗ Пример изображения, получаемого приборами семейства БОКЗ На приведенном снимке совмещены три изображения звездного неба, полученные с интервалами в 32 сек. Трехцветные идентичные конфигурации изображений источников света подтверждают, что это изображения звезд, показывают какова реальная чувствительность приборов и как изменилась инерциальная ориентация КА за эти 64 сек. Точности подтверждены натурными съемками звезд в наземных условиях и работой в космосе Точность определения ориентации Точность определения инерциальной ориентации (угловая скорость 0.36 угл.сек/сек) Точность определения направления оптической оси датчика x,y 3 Точность определения ориентации вокруг оптической оси датчика z 15 Точность определения орбитальной ориентации (угловая скорость 300 угл.сек/сек) Точность определения направления оптической оси датчика x,y 6 Точность определения ориентации вокруг оптической оси датчика z 30 Алгоритм определения ориентации Экспонирование очередного кадра Чтение матрицы, построение гистограммы, вычисление пороговой яркости Локализация кластеров (заполнение видеобуфера) и вычисление координат их энергетических центров Отбраковка дефектов Распознавание зарегистрированных звезд и приведение их на видимые места Определение параметров ориентации КА (инерциальной, орбитальной) и элементов внутреннего ориентирования НетКонец сеанса?Да Выключение прибора NЈ3NЈ3 N=?N>3 Таблица дефектов Элементы внутреннего ориентирования и параметры дисторсии Бортовой звездный каталог Априорная информация об ориентации Матрица ориентации ТВ камеры в системе КА Истинное гринвичское звездное время и векторы положения и скорости КА в геоцентрической системе координат