Информационно-измерительная система определения параметров коррекции движения для низкоорбитальных космических аппаратов

• Автор: Сафронов, Сергей Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.11.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 168 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

1. Состояние проблемы и обоснование направления исследований

1.1 Обзор методов измерений для решения задач коррекции движения объектов при навигации, наведении и самонаведении
1.1.1 Методы получения параметров коррекции движения от спутниковых навигационных систем
1.1.2 Методы измерения параметров коррекции движения с использованием астронавигации

1.1.3 Обзорно-сравнительные методы измерения параметров коррекции движения,

средства и системы на основе использования эталонных карт местности

Выводы

1.2 Цели и задачи исследований

2. Математическое обеспечение метода определения параметров коррекции движения
2.1 Анализ физических условий наблюдения
2.2 Математическая модель движения изображения
2.2.1 Схема формирования и движения изображения
2.2.2 Установление связи координат точки изображения, формируемого приёмником,
с координатами точки подстилающей поверхности и координатами носителя
2.2.3 Вывод уравнения связи параметров движения изображения, формируемого
приёмником, и параметров движения носителя относительно подстилающей поверхности
Основные результаты и выводы
3. Реализация метода определения параметров коррекции движения
3.1 Алгоритм определения параметров коррекции
3.1.1 Анализ и выбор процедур предобработки
3.1.2 Анализ, выбор критериальной функции и способа поиска экстремума критериальной функции
3.1.3 Анализ и формирование требований, предъявляемых к эталонной информации
3.2. ИИС определения параметров коррекции движения КА
3.2.1 Принцип действия и структура ИИС
3.2.2 Функционирование ИИС в режимах обнаружения, наведения и стабилизации
Основные результаты и выводы
4. Исследование метрологических характеристик ИИС
4.1 Исследование погрешности измерений ИИС
4.1.1 Оценка энергетических характеристик

4.1.2 Оценка динамических характеристик
4.1.3 Учёт и оценка погрешностей
4.2 Моделирование и экспериментальные исследования
4.2.1 Цель, задачи и средства экспериментальных исследований
4.2.2. Методика экспериментальных исследований
Основные результаты и выводы
Заключение
Список литературы
Приложение 1. Акт внедрения результатов работы в ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс»
Приложение 2. Акт внедрения результатов работы в ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс»
Приложение 3. Акт внедрения результатов работы в ФГБОУ ВПО «СамГТУ»

ВВЕДЕНИЕ
В областях науки (авиация, космонавтика, астрономия, робототехника, исследование природных ресурсов; исследование оптических, тепловых, радиографических изображений) реализовано значительное количество информационно-измерительных систем (ИИС), обеспечивающих решение задачи определения параметров пространственного положения подвижного объекта, и связанной с ней задачи стабилизации изображения, формируемого приёмником с борта самого носителя [24,25,57,61,66,70,84,85,87,91,93,117,148,179,180,184].
В отраслях промышленности, связанных с разработкой ИИС, предназначенных для решения целевых задач наведения и навигации, одной из основных проблем является определение параметров коррекции движения управляемого объекта Подобные измерительные задачи решаются при создании систем наведения и сопровождения объектов с помощью оптикоэлектронных систем, размещаемых на борту подвижных объектов (ПО), при производстве автоматических средств навигации и определения ориентации летательных аппаратов, а также при обеспечении точности движения автономных промышленных транспортных роботов [17,19,27,45,95,116,120,238]. Похожие проблемы существуют в отраслях промышленности, занимающихся производством аэро-фото-видеоаппаратуры; визуальных, астрономических и медицинских приборов; систем военного назначения [3,42,53,55,57,67,96,124,167,198,239(243,244].
Анализ открытых источников показывает, что существующие методы определения параметров коррекции движения подвижных объектов имеют технологические и эксплуатационные ограничения, сужающие возможность выполнения целевых задач в условиях внешних эксплуатационных воздействий. В системах, устанавливаемых на борту подвижных объектов, используются методы инерциальной, спутниковой навигации, астронавигации и методы навигации по эталонным картам местности. По отдельности каждая из систем не в состоянии решать все задачи, при этом точность результата достигается применением громоздких вычислительных процедур и дорогостоящих технологических решений.
В аэрокосмических системах наблюдения достигнутый уровень точности ориентации носителя и отсутствие технической возможности реализации не позволяют обеспечить стабилизацию линии визирования на период проведения съёмки заданных объектов [248]. Существует проблема создания бортовых автономных систем сигнатурного зондирования космических аппаратов (КА), имеющих в составе специализированную ИИС, способную определять изменения состояния объектов и других элементов наблюдаемой сцены в реальном масштабе времени и обладающую свойствами самонастройки и самокоррекции [16]. Часть задач может решаться с помощью интегрированной системы, обеспечивающей автоматическое формирование параметров коррекции движения КА в режиме реального времени. Создание такой системы на основе современных достижений в области обработки изображений, новых

Функция яркости наблюдаемого объекта зависит от множества параметров: L = L(k,T,£,,Q,($>,i,(p0,...),

где X - длина волны; Т - температура поверхности; £ - влажность; 0,ф - координаты приёмника; /,<р0 - координаты Солнца и т.д.
Существующие модели яркости поверхности или элемента ФЦО представляются в виде суммы двух составляющих - яркостей собственного и отраженного излучений (5). На Рисунке 7 изображен объект ФЦО в виде плоского элемента площадью р (фасеты), яркость которого описывается уравнением [181]:
где Lp- спектральная яркость элемента поверхности р (см. Рисунок 7); 0 - зенитный угол направления излучения, отраженного от р к ОЭС; ф - азимутальный угол того же направления; X - длина волны излучения; ер - спектральный коэффициент направленного излучения элемента
поверхности р, учитывающий излучение в узкой области спектра; М(Тр,Х) - функция Планка
для черного тела с температурой Тр поверхности р; r(i,ф0,9,фД) - спектральный коэффициент
направленного отражения элемента поверхности р; Ц (/, ф0, X) - спектральная яркость
падающего на элемент р излучения по направлению /; Q.p - телесный угол с вершиной на
элементе р и основанием — площадью входного зрачка ОЭС.
Углы i и фо - зенитный и азимутальный углы направления г от центра элемента s к источнику солнечного облучения. Вклад составляющей собственного излучения уравнения (9) учитывается только для ОЭС с рабочими диапазонами >1мкм. Следовательно, второе слагаемое уравнения (9) - интеграл по всем направлениям углов падения i солнечного излучения
Lp(Q,.)!,(/,ф0Д)(/Ор , определяет яркость объекта для выбранных условий

наблюдения. В общем случае спектральный коэффициент отражения (СКО) непрозрачной поверхности по двум угловым координатам является функцией пяти параметров и при заданных условиях «освещения» объекта, в направлении (0,ф) и интервале длин волн АХ = Хтж-Xmin определяется отношением [117]: г (г, ф0,0, ф, X) = /,(/, ф0,0, ф, X)/L0 (/, ф0, X), где Х(/,фо,0,ф,А) - спектральная яркость в направлении (0,ф) на длине волны X, L0(i,%,X) -спектральная яркость ортотропной, полностью отражающей поверхности. Спектральный коэффициент яркости (СКЯ) объекта - поток, излучаемый в данном направлении в единичном телесном угле с единицы площади проекции источника р в этом направлении, и зависящий от