علوم و فناوری فضایی

علوم و فناوری فضایی

(یادداشت فنی) طراحی و ساخت بستر سخت افزاری حسگر ستاره مبتنی بر الگوریتم های ردیابی ستاره به منظور تعیین وضعیت ماهواره

نوع مقاله : مقالة‌ پژوهشی‌

نویسندگان
دانشکدة مهندسی برق، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
چکیده
تعیین وضعیت یکی از مسائل مهم و حیاتی در مأموریت‌های فضایی ماهواره‌هاست. در این تحقیق، روش جدیدی برای تعیین وضعیت ماهواره‌ها توضیح داده شده است که براساس آن، فضای جستجو خیلی محدودتر شده و بنابراین، دقت و سرعت روش پیشنهادی در تعیین وضعیت ماهواره افزایش یافته است. در این روش، ابتدا الگوریتم‌های یک ردیاب ستاره برای تعیین وضعیت ماهواره،  پیاده‌سازی و تست می‌شود و  سپس، الگوریتم‌هایی مانند الگوریتم مرکزیابی، شناسایی الگو و در نهایت، تعیین وضعیت بررسی و اجرا خواهد شد. برای اجرای این الگوریتم‌ها به تصاویر با کیفیت بالا از ستارگان نیاز است که باید توسط دوربین ردیاب ستاره تهیه شود. با  این تصاویر برای پردازش‌های لازم به پردازنده منتقل می‌شود و پردازنده براساس الگوریتم‌های طراحی‌شده، وضعیت دوربین و بعد از آن ماهواره را در راستای هر سه محور تعیین می‌کند. به این صورت که ابتدا ویژگی‌هایی برای ردیاب ستاره در نظر گرفته می‌شود و بر اساس آنها فرایند طراحی آغاز می‌شود. یکی از این ویژگی‌ها، محدودۀ دقت تعیین وضعیت حسگر است. در مقالۀ حاضر، این محدوده برای وضعیت در دو محور یاو و پیچ کمتر از 20 ثانیه در مقیاس درجه و برای محور رول کمتر از 100 ثانیه در مقیاس درجه در نظر گرفته شده است. همان‌طور که از نتایج مشخص است، دقتی خیلی بهتر و کمتر از فرضیات اولیه حاصل شده است. همچنین، با اجرای یک االگوریتم مرکزیابی تطبیقی،  دقت حسگر افزایش داده شده است طوری که تنها ستارگان روشن‌تر تصویر، مرکزیابی و براساس آنها تعیین وضعیت می‌شود. زیرا براساس تحقیقات انجام‌شده، مرکز ستارگان روشن‌تر،  دقیق‌تر محاسبه می‌شود. ویژگی مهم دیگر، سرعت اجرای الگوریتم شناسایی است که با پردازنده‌ای با سرعت GHz  1 و اصلاح الگوریتم شناسایی هرمی، زمان کمتر از 15 میلی‌ثانیه حاصل شده است. با توجه به این مدت زمان، نرخ بروزرسانی مطلوب خواهد بود. دانستن مختصات دقیق نقطۀ برخورد بردار فاصلۀ کانونی لنز با آشکارساز تصویر، پارامتر مهم دیگری است که روی دقت تعیین وضعیت اثرگذار است و با انجام کالیبراسیون زمینی برای دوربین می‌توان با دقت خوبی، این پارامتر را تخمین زد.
کلیدواژه‌ها

[1] R. Shankararaman and M. Lourde, “An Attitude Control of a 3-Axis Stabilized Satellite UsingAdaptive Control Algorithm,” Proc. Int. Conf. on System of Systems Engineering. Los Angeles, pp. 282-287, 2013.
[2] Wertz, J.R. Spacecraft Attitude Determination and Control, Kluwer Academic Publishers, pp. 156-309, 1978.
[3] Segert, T. and Engelen, S., “Development of the Pico Star Tracker ST-200 Design Challenges and Road Ahead,”  25th Annual AIAA/USU, conference on small satellite. pp. 1-6,  2012.
[4] McBryde, C.R. and Lightsey, E. G., “A Star Tracker Design  for CubeSats,” IEEE Trans. Small Satellite, Vol. 55, No. 1, pp. 1-14, 2012.
[5] Xinguo, W., “Exposure Time Optimization for Highly Dynamic Star Trackers,” Int. Journal of Sensors, Vol. 14, No. 3, pp. 4914-4931, 2014
[6] Kolomenkin, M. and Shimshoni, I., “Geometric Voting AlgorithmforStarTrackers,” IEEE Trans. Aerospace and Electronicsystems,” Vol. 44, No. 2, 2008.
[7] Chen, B. and Geng, Y. “High Precision Attitude Estimation Algorithm Using Three Star Trackers,” Proc. Int. Conf. onIntelligent Control and Automation, Beijing, China, 2012.
[8] Rehman, M.U., Jiancheng, F., Saffih, F. and Wei, Q., “Single Star Identification and Attitude Determination in Tracking Mode,” Int. Conf. on Control, Automation and Systems, Seoul, Korea, 2008.
[9] Yang, J., Liang, B., Zhang, T., Song, J. and Song, L., “Laboratory Test System Design for Star Sensor,” Int. Journal of Computers, Vol. 7, No. 4, pp. 1056-1063, 2012.
[10]             Tappe, J., Kim, J.J., Jordan, A. and Agrawal, B., “Star Tracker Attitude Estimation for an Indoor GroundBased Spacecraft Simulator,” AIAA Conference on Modeling and Simulation Technologies, Portland, Oregon, 2011.
[11]             Yang, J., Liang, B., Zhang, T., Song, J. and Song, L., “Laboratory Test System Design for Star Sensor,” International Journal of Computers, Vol. 7, No. 4, April. 2012.

  • تاریخ دریافت 02 آذر 1393
  • تاریخ بازنگری 02 مرداد 1395
  • تاریخ پذیرش 06 بهمن 1395
  • تاریخ اولین انتشار 06 بهمن 1395