Определение направления на местную вертикаль для наноспутника класса CubeSat по анализу изображений Земли

Инженерный журнал: наука и инновации

# 8·2016 1

УДК 629.7.05 DOI 10.18698/2308-6033-2016-08-1520

Определение направления на местную вертикаль

для наноспутника класса CubeSat

по анализу изображений Земли

СНИУ им. академика С.П. Королёва, Самара, 443086, Россия

Рассмотрено применение видеоизображений для определения местной вертикали

наноспутника. Разработаны алгоритмы решения поставленных задач. Представ-

лены основные формулы, результат численного эксперимента. Приведены выводы

об области применения систем.

Ключевые слова:

наноспутник, местная вертикаль, видеонавигация, модель дви-

жения, ориентация.

Введение.

Видеонавигацию начали применять с конца 1960-х го-

дов. Наибольшее распространение получили оптические построители

местной вертикали (ПМВ), работа которых основана на «визирова-

нии» видимого горизонта планеты как минимум в трех его различных

точках при наличии теплового контраста между поверхностью планеты

и «холодным» космическим пространством. Поэтому их также называ-

ют инфракрасными (ИК) ПМВ или ИК-вертикалями (ИКВ) [1].

Возможны различные варианты реализации просмотра ИК-

горизонта планеты. В основном просмотр осуществляется путем кру-

гового сканирования края горизонта планеты угловым полем постро-

ителя. При работе такой ИКВ ее оптическая ось за счет вращения

зеркала с некоторой угловой скоростью описывает коническую по-

верхность, ось которой совпадает с осью космического аппарата

(КА). Тем самым обеспечивается круговой просмотр ИК-горизонта

планеты, а воспринимаемое прибором излучение содержит информа-

цию об отклонении ориентируемой оси КА от направления МВ.

Такие ПМВ используются на тяжелых КА с достаточной энерге-

тикой. Если рассматривать малые космические аппараты (МКА), в

частности наноспутник, то применение в нем ИК-камеры и тем более

вращающего зеркала не рационально, так как энергетика такого

спутника чрезвычайно ограничена. При вращении зеркала создается

возмущающий момент, который будет вращать МКА. Масса и габа-

риты такой системы достаточно велики.

Если легкая оптическая система с малыми габаритами и энерго-

потреблением, не имеющая подвижных частей, сможет обеспечить

определение ориентации МКА с заданной точностью и в широком

диапазоне начальных углов ориентации, угловых скоростей и высот,