Разработка алгоритмического обеспечения многоколлиматорного поворотного стенда для тестирования датчиков звездной ориентации - Магистерская работа

2.1.3 Устройство и работа 2.1.4 Описание и работа составных частей 2.1.5 Описание и работа ИЗНП 3.1.5 Программа для получения координат локализованных объектов 3.1.6 Программа для создания бортового каталога прибора4.1 Анализ четкости получаемых изображений звезд 4.1.1 Изображения и особенности звезд ИЗНП 4.2 Определение точностных характеристик стенда СМПСначала в космос был запущен первый искусственный спутник, а затем полвека назад Юрий Алексеевич Гагарин стал первым человеком, совершившим полет в космическое пространство. По данным спутникового каталога NORAD сейчас на орбите нашей планеты находится ~16000 объектов размером более 10 сантиметров, две трети из которых составляют части разрушенных спутников, отработанные ступени ракет и предметы, потерянные во время работ в открытом космосе, и ~600000 объектов размером более 1 сантиметра. В конце 80-х годов прошлого века для ориентации космических аппаратов стали применяться широкопольные звездные датчики на базе ПЗС-матриц, определяющие ориентацию путем сравнения изображения наблюдаемого участка звездного неба с хранящимся в памяти бортового компьютера звездным каталогом. Впервые SEID 12 был установлен и запущен в космос в 1989 году на советском спутнике "Гранат" и отработал на орбите десять лет до закрытия проекта. Таким образом, в данное время активно развиваются два направления датчиков, предназначенных для ориентации в космосе космических аппаратов: солнечные датчики, которые позволяют определять направление на центр видимого диска Солнца относительно строительных осей космического аппарата, и, собственно, звездные датчики, также называемые астродатчиками.Использование таких имитаторов на стадии наземной отработки приборов позволяет проверить различные режимы функционирования приборов, устранить возникающие неполадки в их работе, отладить программно-алгоритмическое обеспечение.Первый имитатор звезд (ИЗ), позволяющий спроецировать в поле зрения звездного прибора изображения точечных объектов, был разработан в ИКИ РАН в конце 90-х гг. прошлого века. Внутри имитатора располагались металлическая пластина с пятью отверстиями в форме креста и светодиоды за каждым отверстием. При подаче питания светодиоды загорались, и в поле зрения прибора проецировалось пять точечных объектов. С учетом того, что положение имитатора относительно поля зрения прибора было точно известно и не менялось во времени, с помощью имитатора проверялась правильность работы оптико-электронного тракта прибора в режиме регистрации точечных объектов, их локализации и определения энергетических центров яркостей. Слайд представлял собой изображение участка небесной сферы, угловой размер которого соответствовал угловому полю зрения прибора.В отличие от статических имитаторов звезд, на так называемом динамическом стенде реализована возможность моделирования движения точечных объектов в поле зрения прибора. Тестируемый прибор жестко закрепляется при установке на стенд, и моделирование перемещения его поля зрения по небесной сфере в процессе орбитального движения космического аппарата осуществляется за счет изменения изображений участков звездного неба, выводимых на экран монитора. Вывод изображений звезд на экран монитора реализуется с помощью специального программного обеспечения, которое использует данные каталога звезд, охватывающего всю небесную сферу. При моделировании на стенде звездного неба происходит пересчет сферических координат звезд на небесной сфере в прямоугольные координаты проекций звезд на плоскость экрана монитора, формирование графического изображения и его вывод на экран монитора. Для воспроизведения визуальной обстановки космического пространства на стенде реализуется оптическое удаление изображения небесной сферы от прибора в бесконечность с применением коллиматора, расположенного на оптической скамье между монитором и прибором так, что монитор находится в его фокальной плоскости.С развитием и миниатюризацией средств отображения информации и вычислительных систем появилась возможность создать динамический имитатор звезд, обладающий массово-габаритными характеристиками, сопоставимыми с аналогичными характеристиками звездных датчиков. Первая модификация такого имитатора была разработана на базе мини-ноутбука Sony VAIO VGN UX-180P, представленного на рисунке 6. Несмотря на скромные размеры, мини-ноутбук является достаточно производительным и может быть использован для моделирования движения участков небесной сферы и отображения их на собственном экране. При использовании коллиматора (устройство для получения параллельных пучков лучей света или частиц) с фокусным расстоянием около 100 мм имитатор не превышает по размерам и массе звездный датчик, для тестирования которого он предназначен. Конструкция имитатора, объединяющая мини-ноутбук и коллиматор, имеет посадочные места, позволяющие устанавливать ее непосредственно на бленду тестируемого прибора.Фактически, стенд представляет собой переносную двухосную поворотную платформу, выставляемую на крыше здания ИКИ РАН, и

Оглавление

Введение

Глава 1. Общие положения

1.1 Датчик звездной ориентации

1.1.1 История развития датчиков звездной ориентации

1.1.2 Что такое звездный датчик?

1.2 Наземная отработка датчиков звездной ориентации

1.2.1 Аппаратура для наземной отработки датчиков звездной ориентации

1.2.2 Статические имитаторы звезд

1.2.3 Стенд динамических испытаний

1.2.4 Мобильная модификация динамического стенда

1.2.5 Стенд испытаний датчиков звездной ориентации на реальном небе

1.2.6 Постановка задачи

Глава 2. Описание и работа многоколлиматорного поворотного стенда

2.1 Общие сведения о стенде СМП и его компонентах

2.1.1 Назначение многоколлиматорного поворотного птенда

Введение

За последние пятьдесят лет человечество сильно продвинулось в вопросах изучения окружающего мира. В частности, большие прорывы произошли в области космонавтики. Выход за пределы атмосферы повлек за собой и появление новых проблем, задач, которые необходимо решать. Одной из таких задач стала ориентация космических аппаратов в безвоздушном пространстве. Вопрос определения положения объекта в космосе является гораздо более сложным, чем аналогичный для объекта на поверхности земли, так как здесь имеет место ориентация в трех осях координат, а сами ориентиры сложнее интерпретировать изза наличия помех.

Основным решением этой проблемы является установка на космические аппараты специальных приборов - звездных датчиков ориентации. Они анализируют приходящий с объектива кадр звездного неба и сравнивают его с хранящимся в памяти звездным каталогом, устанавливая таким образом ориентацию космического аппарата относительно других космических объектов. Помимо звездных датчиков в сфере ориентации космических аппаратов также применяются их "младшие братья" - солнечные датчики. Как видно из названия, они позволяют определить положение космического аппарата относительно Солнца. Но по сравнению со звездными датчиками у них есть ряд ограничений, например, с помощью солнечных датчиков невозможно определение ориентации, если Земля заслоняет Солнце.

Перед вводом в эксплуатацию звездного датчика тот должен пройти через комплекс тестов и испытаний, которые определят его работоспособность. Фактически, тесты, проводимые с прибором, можно разделить на две группы: собственно, сами испытания и стендовые проверки корректности работы прибора после испытаний. Но эксплуатируемые на данный момент в ИКИ РАН стенды для проверки точности работы приборов имеют определенные ограничения на эксплуатацию. Для устранения этих ограничений по наземной отработке датчиков звездной ориентации было решено создать новый стенд, в основу функционирования которого положены другие принципы, что позволит устранить такие ограничения при наземной отработке приборов, как ограниченный угол поворота прибора вокруг своей оси и практическую сложность реализации отработки прибора по дневному небу (с имитацией засветки).