KR20050105369A - Apparatus for attitude determination test of star-sensor and method for display of imaginary constellation - Google Patents
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Abstract
본 발명은 인공위성의 자세 결정을 시험하기 위한 시험장치에 관한 것으로, 관성 좌표계에서의 3축 위성자세를 결정할 수 있도록 데이터베이스에 등록된 천체의 정보와 측정된 별 좌표 값을 비교하여 위성의 위치를 결정하는 별센서의 자세결정 시험장치에 관한 것이다. The present invention relates to a test apparatus for testing the attitude determination of satellites, and to determine the position of the satellite by comparing the measured star coordinate value and the information of the celestial object registered in the database to determine the three-axis satellite posture in the inertial coordinate system It relates to an attitude test apparatus of a star sensor.
이를 위한 본 발명은, 외형을 형성하는 프레임과; 프레임의 상측에 슬라이드 이동가능하게 마련되며, 가상의 별자리를 나타내는 평면 디스플레이장치와; 평면 디스플레이장치의 하면에 마련되어 평면 디스플레이장치에 나타나는 별자리를 인식하는 CCD카메라와; CCD카메라가 고정됨과 동시에 CCD카메라에서 감지되는 평면디스플레이에 나타나는 가상의 별자리를 이용하여 3축의 자세정보를 연산하는 관성측정장치와; CCD카메라 및 관성측정장치를 3축의 방향으로 회전 및 회동시키는 3축베어링이 마련되는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, CCD 카메라에 맺힌 별 영상을 이미지 프로세싱을 통해서 각 별에 대한 각거리를 산출하는데 사용할 수 있으며, 별자리 데이터베이스을 활용하여 별의 패턴을 찾아내어 필터 구성과 자세결정 알고리즘 완성을 통하여 실제 IMU 보정을 위한 실험을 하며 최종적으로 별 센서를 이용하여 인공 위성의 정밀한 자세를 계산할 수 있는 효과가 있다. The present invention for this purpose, and a frame forming an outer shape; A flat display device provided to be slidably movable above the frame and representing a virtual constellation; A CCD camera provided on the bottom surface of the flat panel display and recognizing a constellation appearing on the flat panel display; An inertial measurement device for calculating three-axis attitude information by using a virtual constellation appearing on a plane display detected by the CCD camera while the CCD camera is fixed; It is characterized in that the three-axis bearing for rotating and rotating the CCD camera and the inertial measurement device in the direction of the three axes. Accordingly, the image of the star formed on the CCD camera can be used to calculate the angular distance for each star through image processing. In the end of the experiment, the star sensor is used to calculate the precise attitude of the satellite.
Description
본 발명은 인공위성의 자세 결정을 시험하기 위한 시험장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 관성 좌표계에서의 3축 위성자세를 결정할 수 있도록 데이터베이스에 등록된 천체의 정보와 측정된 별 좌표 값을 비교하여 위성의 위치를 결정하는 별센서 자세결정 시험장치 및 별센서 자세결정 시험장치의 가상 별자리 투영방법에 관한 것이다. The present invention relates to a test apparatus for testing the attitude determination of satellites, and more particularly, by comparing the information of the celestial object registered in the database with the measured star coordinate values to determine the three-axis satellite posture in the inertial coordinate system The present invention relates to a virtual star constellation projection method of a star sensor posture test apparatus and a star sensor posture test apparatus for determining the position of.
일반적으로 별센서의 장점은, 센서 하나로 정밀한 3축의 자세정보를 얻을 수 있다는 것이다. 보통은 태양 센서(sun sensor), 지평선 센서(horizon sensor) 등의 정보를 종합해야 3축의 정보를 얻을 수 있는데 이 경우 위성의 신뢰도를 높이기 위해 다수의 센서의 장착이 불가피하게 된다. 하지만 별센서의 경우 하나의 센서만으로도 3축의 정보를 얻을 수 있기 때문에 전체 시스템 설계 측면에서 볼 때, 별 센서를 한 개 이상 장착하는 경우가 더 위성이 간단해지고 또한 위성센서의 신뢰도도 높아진다는 것이다. 두 번째로 거의 모든 위성의 자세에 대해서 측정이 가능하다는 것이다. 예를 들어 태양 센서는 지구 그림자(eclipse)에 들어갈 경우는 사용할 수 없고, 지평선 센서는 지구 중심을 향하는 위성의 자세만을 측정할 수 있다. 따라서, 천체관측 위성과 같이 관측하고자 하는 방향이 지구의 국한되지 않은 위성에는 사용하기 힘든데, 이 경우에 별 센서가 적합하다. Generally, the advantage of the star sensor is that one sensor can obtain accurate three-axis attitude information. In general, three-axis information can be obtained by integrating information such as a sun sensor and a horizon sensor. In this case, mounting of a plurality of sensors is inevitable in order to increase satellite reliability. However, in the case of a star sensor, three axes of information can be obtained with only one sensor. Therefore, when one or more star sensors are installed, the satellite becomes simpler and the reliability of the satellite sensor is higher in terms of the overall system design. Second, almost all satellite attitudes can be measured. For example, the sun sensor cannot be used to get into the earth's shadow, while the horizon sensor can only measure the attitude of the satellite towards the earth's center. Therefore, it is difficult to use the satellites in which the direction to be observed, such as astronomical satellites, is not limited to the earth. In this case, a star sensor is suitable.
이와 같은 별센서의 가장 중요한 요체는 CCD를 이용하여 별 영상을 얻고, 그 영상으로부터 인공위성의 자세를 계산한다는 것이다. 이에 대한 자세한 부분은 또 많은 기술 분야로 나눠지게 되는데, 그 중 크게는 희미한 별 사진을 찍기 위해 필요한 회로 기술과 별 영상으로부터 최대한 빨리, 정확하게 인공위성의 자세를 계산하는 소프트웨어 알고리즘으로 나눠볼 수 있다.The most important element of such a star sensor is to obtain a star image using a CCD and calculate the attitude of the satellite from the image. The details are further divided into many technical fields, which can be largely divided into circuit techniques needed to take faint star photos and software algorithms that calculate satellite poses as quickly and accurately as possible from star images.
이에 따라, 지상에서 인공위성의 자세 결정을 시험하기 위한 하드웨어(Hardware: H/W) 장치 및 자세 결정용 H/W 시험 장치 설계 및 검증, 그리고 설계된 H/W 시험 장치에 인공위성 자세 결정용 알고리즘의 필요가 절실하였다. Accordingly, the design and verification of hardware (H / W) devices and H / W test devices for attitude determination, and the need for satellite attitude determination algorithms in the designed H / W test devices Was desperate.
본 발명은 상술한 바와 같은 별센서의 자세 결정을 시험하기 위한 장치로, 실제 천구상의 별자리를 나타내는 평면 디스플레이부와, 별시뮬레이터에 나타난 별자리 형상을 인식하는 CCD 카메라와, 인식된 별자리를 이용하여 3축의 자세정보를 연산하는 관성측정장치와, 상기 CCD카메라 및 상기 관성측정장치를 3축의 방향으로 회전 및 회동시키는 3축베어링이 마련되어, 관성 센서 보정실험 및 별 인식 알고리즘을 수행하기 위한 별센서 자세결정 시험장치 및 별센서 자세결정 시험장치의 가상 별자리 투영방법을 제공함에 그 목적이 있다. The present invention is a device for testing the attitude determination of the star sensor as described above, using a flat-panel display unit showing the actual constellation on the celestial sphere, a CCD camera for recognizing the constellation shape shown in the star simulator, and using the recognized constellation 3 An inertial measuring device for calculating the attitude information of the axis, and a three-axis bearing for rotating and rotating the CCD camera and the inertial measuring device in the directions of three axes are provided, and star sensor attitude determination for performing inertial sensor correction experiments and star recognition algorithms An object of the present invention is to provide a virtual constellation projection method of a test device and a star sensor attitude test device.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 별센서 자세결정 시험장치 및 별센서 자세결정 시험장치의 가상 별자리 투영방법은, 외형을 형성하는 프레임과; 상기 프레임의 상측에 상, 하측으로 슬라이드 이동 가능하게 마련되며, 가상의 별자리를 나타내는 평면 디스플레이장치와; 상기 평면 디스플레이장치의 하면에 마련되어 상기 평면 디스플레이장치에 나타나는 별자리를 인식하는 별센서가 장착된 피측정체가 안착되는 테이블과; 상기 테이블을 지지하며, 상기 베이스를 3축의 방향으로 회전 및 회동 가능하도록 지지하는 3축베어링이 마련되는 것을 특징으로 한다. The virtual constellation projection method of the star sensor attitude determination test apparatus and the star sensor attitude determination test apparatus according to the present invention for achieving the above object comprises a frame forming an appearance; A flat display device provided on the upper side of the frame to be slidably moved upward and downward, the flat display device representing a virtual constellation; A table provided on a lower surface of the flat display device, on which a target object mounted with a star sensor for recognizing a constellation appearing on the flat display device is mounted; It is characterized in that for supporting the table, a three-axis bearing is provided to support the base so as to rotate and rotate in the direction of three axes.
또한, 상기 피측정체는 상기 별센서와 연계되어 상기 피측정체의 자세를 제어하는 자세결정모듈과, 자세결정모듈에 연결되는 관성측정장치가 마련되는 것이 바람직하다. In addition, it is preferable that the object to be measured is provided with an attitude determination module for controlling the attitude of the object to be measured in connection with the star sensor and an inertial measurement device connected to the attitude determination module.
그리고, 상기 평면 디스플레이장치에 BSC 데이터베이스의 별자리를 나타내기 위한 방법에 있어서, BSC 데이터베이스의 별들은 하기의 식을 이용하여 관성 직교좌표계의 방향벡터로 전환하는 단계; 관성 직교좌표계의 방향벡터로 전환된 상기 별들은 별센서의 시야각에 해당하는 별을 선택하는 단계; 선택된 상기 별들을 천구의 각거리와 동일한 각거리로 상기 평면 디스플레이장치에 투영하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the method for displaying the constellation of the BSC database on the flat panel display device, the method comprising: converting the stars of the BSC database into a direction vector of the inertial Cartesian coordinate system using the following equation; Selecting the stars corresponding to the viewing angles of the star sensors by the stars converted to the direction vectors of the inertial coordinate system; Projecting the selected stars to the flat panel display at the same angular distance as the angular distance of the celestial sphere.
본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니 될 것이다.In the description of the present invention, terms defined are defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of a person skilled in the art, and thus, limit the technical components of the present invention. It should not be understood as.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 별센서 자세결정 시험장치를 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the star sensor attitude determination test apparatus according to the present invention.
도 1은 별의 방향벡터의 정의를 나타낸 간략도이고, 도 2는 별센서 방향벡터와 주변의 별과의 관계를 나타낸 간략도이다. 도 3은 본 발명에 따른 별센서 자세결정 시험장치를 나타낸 간략도, 도 4는 본 발명에 따른 별센서 자세결정 시험장치의 좌표계를 나타낸 간략도이다. 1 is a simplified diagram illustrating the definition of a direction vector of a star, and FIG. 2 is a simplified diagram illustrating a relationship between a star sensor direction vector and a surrounding star. Figure 3 is a simplified diagram showing the star sensor attitude test apparatus according to the present invention, Figure 4 is a simplified diagram showing the coordinate system of the star sensor attitude test apparatus according to the present invention.
본 발명에 따른 별센서 자세결정 시험장치(1)는, 외형을 형성하는 프레임(10)과, 상기 프레임(10)의 상측에 마련되는 별 시뮬레이터(20)와, 상기 별 시뮬레이터(20)의 하측에 마련되는 3축베어링(30)과, 상기 3축베어링(30)의 상단에 안착되는 피시험체(40)가 마련된다. The star sensor attitude test apparatus 1 according to the present invention includes a frame 10 forming an outer shape, a star simulator 20 provided on an upper side of the frame 10, and a lower side of the star simulator 20. The three-axis bearing 30 is provided in, and the test object 40 which is seated on the upper end of the three-axis bearing (30) is provided.
여기서, 상기 프레임(10)은 내측에 공간부가 형성되도록 형성되며, 상측에는 상기 별 시뮬레이터(20)의 평면 디스플레이부(22)가 상,하측으로 이동가능하게 결합되는 이송부(12)가 마련된다. Here, the frame 10 is formed to be formed inside the space, the upper side is provided with a conveying unit 12 to which the flat display unit 22 of the star simulator 20 is movably coupled upward and downward.
그리고, 별 시뮬레이터(20)는, 가상의 별자리를 나타내는 평면 디스플레이부(22)와, 상기 평면 디스플레이(22)에 실제의 천구상의 별자리를 평면상의 가상 별자리로 전환하여 나타내는 시뮬레이터(미도시)가 마련된다.The star simulator 20 includes a flat display unit 22 representing a virtual constellation, and a simulator (not shown) that converts the actual celestial constellation into a flat virtual constellation on the flat display 22. do.
또한, 3축베어링(30)은 상기 피시험체(40)를 3축의 방향으로 회전 및 회동 가능하게 지지하는 베이스(32)가 마련되며, 비교적 마찰이 적은 에어베어링(미도시)으로 마련되는 것이 바람직하다. In addition, the three-axis bearing 30 is provided with a base 32 for supporting the test object 40 to rotate and rotate in the direction of the three axis, it is preferable that the air bearing (not shown) with a relatively low friction. Do.
그리고, 피시험체(40)는, 인공위성 등의 우주발사체 또는 장거리 항공기의 등에 사용되는 별센서(42)와, 상기 별센서(42)에서 익식하는 별자리 정보를 연산하여 3출의 자세정보를 획득하는 자세결정 모듈(46)이 마련된다. The test object 40 obtains three posture information by calculating the star sensor 42 used in a space launch vehicle such as a satellite or a long-range aircraft, and the constellation information learned by the star sensor 42. The attitude determination module 46 is provided.
여기서, 별센서(42)는 평면 디스플레이부(22)에 나타나는 별자리 형상을 중앙에 있는 CCD 카메라(44)를 통해 별을 인식하고 자세를 결정해 3축 자세 정보를 얻어낼 수 있다.Here, the star sensor 42 may recognize the star through the CCD camera 44 at the center of the constellation shape appearing on the flat panel display unit 22 and determine the posture to obtain triaxial posture information.
또한, 자세결정 모듈(46)은 이미지 처리 보드(미도시)와 관성 센서인 IMU(미도시)와 연결되며, 이미지 처리 보드는 별센서(42)의 CCD 카메라(44)로부터 획득한 영상데이터를 처리하게 된다.In addition, the posture determination module 46 is connected to an image processing board (not shown) and an IMU (not shown) which is an inertial sensor, and the image processing board receives image data obtained from the CCD camera 44 of the star sensor 42. Will be processed.
여기서, 지상에서 별센서(42)에 의한 자세 결정 H/W 시험 장치를 설계하는데 있어서, 인공적으로 우주에서와 같이 별들이 존재하는 환경을 제공해주어야 한다.Here, in designing the attitude determination H / W test apparatus by the star sensor 42 on the ground, it is necessary to artificially provide an environment where stars exist as in space.
이를 위한 장치가 시뮬레이터인데, 이것을 개발하기 위해서는 먼저 천체의 별에 대한 정보가 있어야 하며, 이후, 별에 대한 정확한 위치를 파악하고 별 센서가 인식할 수 있도록 가상의 별자리를 구성하여야 한다.The device for this is a simulator. In order to develop this, first, information about a star of a celestial body must be provided, and then a virtual constellation must be configured so that a precise position of the star can be recognized and recognized by a star sensor.
별자리의 구성은 가상의 천구에 별이 위치한다고 가정하고 그에 따른 적위와 적경만으로 나타내어진다. 이를 평면 디스플레이부(22)에 나타내기 위해서는 실제로 보이는 천구를 평면으로 나타내어줄 수 있는 좌표변환이 필요하다.The constellation configuration assumes that the star is located in the virtual celestial sphere and is represented only by declination and right ascension. In order to display this on the flat panel display unit 22, a coordinate transformation capable of displaying the actual celestial sphere in a plane is necessary.
마지막으로 별 센서가 피시험체(40)가 가지는 궤도상에서 어떤 위치에 어떤 자세로 있는지에 따라서 그 상황에 해당하는 별의 이미지를 평면 디스플레이부(22) 상에 나타내기 위한 S/W를 개발함으로써 전체적으로 시뮬레이터될 수 있다. Finally, according to the position and position of the star sensor on the track of the test object 40, the S / W for displaying the image of the star corresponding to the situation on the flat display unit 22 is developed as a whole. It can be simulatored.
여기서, 별 시뮬레이터(20)는 천구의 모든 별을 동시에 화면에 나타내는 것이 아니며, 피시험체(40)의 운용에 따른 궤도상의 좌표에 따라, 피시험체(40)의 동체 좌표에 따라, CCD 카메라(44) 좌표계에 따라 해당하는 별자리가 존재하게 되는데, 특히 CCD 카메라(44)의 시야에 따라서 실제로 별센서(42)가 인식하는 별자리가 정해지게 된다.Here, the star simulator 20 does not display all the stars of the celestial sphere simultaneously on the screen, and according to the coordinates of the body 40 of the test subject 40 according to the coordinates of the track according to the operation of the test subject 40, the CCD camera 44. According to the coordinate system, there is a corresponding constellation. In particular, the constellation recognized by the star sensor 42 is determined according to the field of view of the CCD camera 44.
이러한 조건은 별 시뮬레이터(20)를 개발하는데 있어서 불필요한 별의 이미지 생성하는데 시간을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 3차원으로 구성될 S/W의 속도를 향해당하는 부분에 대해서 주어진 시야에 따른 별의 이미지를 생성한다. This condition not only reduces the time required to generate an image of a star that is unnecessary in developing the star simulator 20, but also provides an image of a star according to a given field of view with respect to the portion of the S / W to be configured in three dimensions. Create
이와 같은 방식을 도입하여 불필요한 별을 생성하지 않고 CCD 카메라(44)의 좌표계에 해당하는 부분에 대해서 주어진 시야에 따른 별의 이미지를 생성한다. In this way, an image of a star according to a given field of view is generated for a portion corresponding to the coordinate system of the CCD camera 44 without generating unnecessary stars.
여기서, 불필요한 별을 생성하지 않고 CCD 카메라(44)의 좌표계에 해당하는 부분에 대해서 주어진 시야에 따른 별의 이미지를 생성하기 위해서는, 다음과 같은 방법으로 원하는 별만 선택하게 된다. BSC(Bright Star Catalog) 데이터베이스는 적위(Declination)와 적경(Right ascension)으로 정의되는 좌표계로 구성되어있다.Here, in order to generate an image of a star according to a given field of view for a portion corresponding to the coordinate system of the CCD camera 44 without generating an unnecessary star, only a desired star is selected in the following manner. The Bright Star Catalog (BSC) database consists of a coordinate system defined by declination and right ascension.
먼저, 위의 BSC 데이터베이스에 해당하는 별들을 모두 관성 직교 좌표계의 방향벡터로 변환한다. 즉, 다음과 같은 수학식 1로부터 방향벡터를 관성좌표계의 각축으로 나타낼 수 있다.First, all the stars corresponding to the above BSC database are converted to the direction vectors of the inertial Cartesian coordinate system. That is, the direction vector can be represented by the angular axis of the inertial coordinate system from Equation 1 as follows.
[수학식 1][Equation 1]
그리고 별 센서의 방향벡터가 관성좌표계상에서는 좌표변환 식에 의해서 다음의 수학식 2처럼 나타난다. In addition, the direction vector of the star sensor is represented by Equation 2 below by the coordinate transformation equation on the inertial coordinate system.
[수학식 2][Equation 2]
별 센서의 시야가 라고 하면 별 센서를 자극하기 위해서는 별 센서의 방향벡터에 해당하고 에 존재하는 별의 이미지를 생성하여야 한다.Star sensor field of view In order to stimulate the star sensor, it corresponds to the direction vector of the star sensor. You must create an image of the star that exists in.
그리고 약간의 여유를 두어서 실제로는 에 해당하는 별을 생성한다.And leave a little bit of room Create a star that corresponds to
여기서 은 카메라의 시야에 대한 최소한의 여유이며, 카메라의 방향벡터의 주변의 시야가 안에 존재하는 카달로그에 해당하는 별은 다음의 수학식 3과 같은 내적에 의해서 구할 수 있다.here Is the minimum margin to the camera's field of view, and the field of view around the camera's direction vector The star corresponding to the catalog existing inside can be found by the inner product as shown in Equation 3 below.
[수학식 3][Equation 3]
여기서 벡터는 카달로그상의 i 번째 별이다. 그리고 는 별센서의 방향벡터와 i 번째 별의 방향벡터 사이의 각도이다. 즉, 다음의 수학식 4와 같이 두 벡터사이의 각도를 구할 수 있다.here The vector is the i th star in the catalog. And Is the angle between the direction vector of the star sensor and the direction vector of the ith star. That is, the angle between two vectors can be obtained as shown in Equation 4 below.
[수학식 4][Equation 4]
수학식 5와 같이 별의 카달로그에 해당하는 모든 별과 별 센서의 카메라의 방향벡터사이의 각을 구할 수 있다. 그리고 앞서 설명한 바와 같이 불필요한 별의 이미지 생성하는데 시간을 줄이고, 3차원으로 구성될 S/W의 속도를 향상시키기 위해서 각각의 별들에 대하여 다음과 같은 조건을 만족시키는 별만 선택하여 별 시뮬레이터를 구성하게 된다. As shown in Equation 5, the angle between all the stars corresponding to the star catalog and the direction vector of the camera of the star sensor can be obtained. As described above, in order to reduce the time required to generate an unnecessary star image and to improve the speed of S / W to be configured in three dimensions, the star simulator is configured by selecting only stars satisfying the following conditions for each star. .
[수학식 5][Equation 5]
즉, 수학식 5와 같은 조건에 해당하는 별을 선택하여 이미지를 생성하게 된다. That is, an image is generated by selecting a star corresponding to a condition as shown in Equation 5 below.
그리고 별 시뮬레이터의 구실을 하기 위한 또 하나의 조건은, 별의 이미지를3차원 천구의 별을 2차원의 평면 디스플레이부 상에 구현을 하여야 한다.In addition, another condition for serving as a star simulator is to implement an image of a star on a two-dimensional flat panel display of a three-dimensional star.
즉, 천구의 별을 같은 각거리에 해당하는 평면으로 투영하기 위한 좌표를 구하는 것이다. 즉, 북극성 에 대하여 고려해 보면, 중심점에 있는 CCD 카메라에서 측정이 되는 천구의 북극성은 평면 디스플레이부 상에서는에 위치를 하여야 천구상의 적위, 적경에 해당하는 빛의 소스가 CCD 카메라에 맺히게 된다.In other words, the coordinates for projecting the celestial star to the plane corresponding to the same angular distance are obtained. That is, Polaris Considering, the center point Polaris of the celestial sphere measured by the CCD camera in the The position of the light source corresponding to the celestial declination and the right ascension forms on the CCD camera.
도 4에서 원점는 천구의 중심인 카메라가 위치하는 곳이다. 그리고 A 는 광학계가 천구를 향하고 있는 방향을 나타낸다. 는 근처에 있는 특정한 별의 위치를 가리킨다. 그리고 는 별 가 평면 디스플레이부 평면상에 투영된 위치이다. 여기서 우리는 평면상에 나타나게 될 별에 좌표값을 획득함으로써 평면 디스플레이부 상에 구현할 수 있다.Origin in Figure 4 Is where the camera, the center of the celestial sphere, is located. And A represents the direction in which the optical system is facing the celestial sphere. Is Point to the location of a particular star nearby. And The stars Is the position projected on the flat display unit plane. Here we have a star that will appear on the plane Coordinate value It can be implemented on the flat panel display unit by obtaining.
위의 기하학적인 형상에 의해서 다음과 수학식 6과 같은 관계식을 얻을 수 있다.By the geometric shape above, the following equation (6) can be obtained.
[수학식 6][Equation 6]
또한, 위의 수학식으로부터 다음과 같은 관계식을 얻을 수 있다. In addition, the following relation can be obtained from the above equation.
[수학식 7][Equation 7]
여기서, 는 천구의 반경인데, 이 를 위 식에 대한 기본 단위라고 하면 구하고자 하는 천구의 별의 평면상에서의 좌표값은 다음과 같이 나타내어진다.here, Is the radius of the celestial sphere, Is the basic unit for the above equation, The coordinates of the plane of Is represented as follows.
[수학식 8][Equation 8]
위 수학식8에서 좌표을 Standard Coordinates 이라고 부른다.Coordinates in Equation 8 above Is called Standard Coordinates.
천체 시뮬레이터의 구조는 초기값에 BSC 데이터베이스에 있는 별에 대한 정보를 읽게 된다. 이것을 바탕으로 별에 대한 크기와 밝기 그리고 위치값에 대하여 계산하게 되고, 이 정보를 이용하여 3차원의 천구를 구성하게 된다.The structure of the astronomical simulator will initially read information about the stars in the BSC database. Based on this, the size, brightness and position of the star are calculated, and this information is used to construct a three-dimensional sphere.
즉, 먼저 별의 정보를 가지고 있는 BSC 데이터베이스와 별 센서가 가리키는 방향벡터로부터 별의 기하학적인 2차원에 해당하는 정보를 획득하게 된다.That is, first, information about the geometric two-dimensional shape of the star is obtained from the BSC database having the star information and the direction vector indicated by the star sensor.
그리고 별 센서의 방향벡터는 인공위성의 궤도역학과 자세동력학을 적분함으로 해서 얻을 수 있다. 실제 이미지를 생성하기 위한 3차원 렌더링(Rendering)작업은 천구상에 보여지는 방향과 시야, 그리고 그에 해당하는 별자리 정보가 필요하다. 여기서 별 센서로부터 시야와 자세 정보를 얻을 수 있다. 그리고 그에 따른 별자리의 정보는 2차원으로 생성된 Star Geometry Production으로부터 얻을 수 있다. The direction vector of the star sensor can be obtained by integrating the orbital dynamics and attitude dynamics of the satellite. In order to generate a real image, 3D rendering requires the direction and view shown on the celestial sphere and corresponding constellation information. Here, the vision and attitude information can be obtained from the star sensor. And the constellation information can be obtained from the two-dimensionally generated Star Geometry Production.
최종적인 천구상의 별의 형상이 평면 디스플레이부 상에 나타나게 된다. 이와 같이 개발된 천체 모사기는 앞으로 별 센서를 자극하게 하는 중요한 역할을 수행하게 된다. 현재 정적인 화면으로 이루어진 천체 모사기는 향후 위성체의 궤도운동에 따른 동적인 움직임을 모사할 수 있는 기능을 포함하고 있다.The shape of the star on the final celestial sphere will appear on the flat panel display. The developed astronomical simulator plays an important role in stimulating the star sensor in the future. Currently, the astronomical simulator, which consists of static images, includes a function that can simulate the dynamic movement of the satellite orbit in the future.
즉, 위성체의 궤도 요소 및 별 센서의 FOV등의 정보가 주어지면 천체의 형상이 연속적으로 움직이게 되어 실제 궤도운동을 구현할 수 있게 된다. 이러한 천체 모사기의 장점은 PC만을 이용하여 간단하지만 효율적인 모사기를 구현할 수 있다는데 있다. That is, given the information such as the orbital elements of the satellite body and the FOV of the star sensor, the shape of the celestial body is continuously moved to realize the actual orbital motion. The advantage of this astronomical simulator is that it can implement a simple but efficient simulator using only a PC.
위에서 보여진 별 이미지 소프트웨어는 평면 디스플레이부를 통해 뿌려지게 된다. 평면 디스플레이부는 일반적인 디스플레이부에 비해서 완전 평면이기 때문에 별의 이미지를 CCD 카메라에 전달되는 초기단계에서의 왜곡을 줄일 수 있으며, 평면 디스플레이부는 별센서와 평행한 위치에 있어야 한다. The star image software shown above is sprayed through the flat panel display. Since the flat panel display unit is completely flat compared to the general display unit, the flat display unit can reduce distortion at an early stage when the star image is transmitted to the CCD camera, and the flat display unit must be parallel to the star sensor.
본 발명에서 사용된 각속도 센서 보정하기 위해 칼만 필터 알고리즘을 적용하였다. 실험장치 즉 위성의 자세각과 자이로의 얼라인먼트 오차 및 스케일 계수를 포함하는 상태 방정식은 수학식 9와 같다.The Kalman filter algorithm is applied to calibrate the angular velocity sensor used in the present invention. A state equation including an experimental device, that is, the attitude angle of the satellite, the alignment error of the gyro, and the scale factor is expressed by Equation 9.
[수학식 9][Equation 9]
여기서 , 는 쿼터니언 오차의 벡터부분, 바이어스 추정오차를 나타낸다. 는 기준 좌표계에 대한 3개 자이로의 스케일 계수와 얼라인먼트 오차에 관계된 변수로써 다음 수학식 10와 같이 나타내어진다.here , Denotes the vector part of quaternion error, bias estimation error. Is a variable related to scale coefficients and alignment errors of three gyros with respect to a reference coordinate system, and is represented by Equation 10 below.
[수학식 10][Equation 10]
[수학식 11][Equation 11]
은 위와 같이 정의 되고 자이로 보정식은 다음 수학식 12와 같다. Is defined as above, and the gyro correction equation is as follows.
[수학식 12][Equation 12]
는 다음과 같이 정의된다. Is defined as
[수학식 13][Equation 13]
는 자이로 좌표계에서 기준 좌표계까지의 변환행렬이다. 는 각각의 변수에 대한 프로세스 노이즈로써 백색잡음으로 가정한다. 측정 모델은 다음과 같다. 는 별센서의 측정 잡음이다. Is the transformation matrix from the gyro coordinate system to the reference coordinate system. Assumes white noise as the process noise for each variable. The measurement model is as follows. Is the measured noise of the star sensor.
[수학식 14][Equation 14]
[수학식 15] [Equation 15]
위의 시스템 모델과 측정모델을 사용하여 일반적인 칼만 필터 알고리즘에 적용하면 사용된 IMU 센서를 보정할 수 있으며 정확한 실험 장치 즉 위성의 자세각 정보를 구할 수 있다.Using the above system model and measurement model, it can be applied to the general Kalman filter algorithm to calibrate the used IMU sensor and obtain accurate experimental device, that is, satellite attitude information.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.Although described in detail with respect to preferred embodiments of the present invention as described above, those of ordinary skill in the art, without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims Various modifications may be made to the invention. Therefore, changes in the future embodiments of the present invention will not be able to escape the technology of the present invention.
이상에서 살펴본 바와 같이, 별센서 자세결정 시험장치 및 별센서 자세결정 시험장치의 가상 별자리 투영방법은, CCD 카메라에 맺힌 별 영상을 이미지 프로세싱을 통해서 각 별에 대한 각거리를 산출하는데 사용할 수 있으며, 별자리 데이터베이스을 활용하여 별의 패턴을 찾아내어 필터 구성과 자세결정 알고리즘 완성을 통하여 실제 IMU 보정을 위한 실험을 하며 최종적으로 별 센서를 이용하여 인공 위성의 정밀한 자세를 계산할 수 있는 효과가 있다. As described above, the virtual constellation projection method of the star sensor attitude test device and the star sensor attitude test device can be used to calculate the angular distance for each star through image processing of the star image formed on the CCD camera. Using the database, we find out the star's pattern, complete the filter configuration and complete the attitude determination algorithm to perform the actual IMU calibration. Finally, we can calculate the precise attitude of the satellite using the star sensor.
도 1은 별의 방향벡터의 정의를 나타낸 간략도.1 is a simplified diagram showing the definition of a direction vector of a star.
도 2는 별센서 방향벡터와 주변의 별과의 관계를 나타낸 간략도.Figure 2 is a simplified diagram showing the relationship between the star sensor direction vector and the surrounding stars.
도 3은 본 발명에 따른 별센서 자세결정 시험장치를 나타낸 간략도.Figure 3 is a simplified view showing the star sensor attitude determination test apparatus according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 별센서 자세결정 시험장치의 좌표계를 나타낸 간략도.Figure 4 is a simplified diagram showing the coordinate system of the star sensor attitude test apparatus according to the present invention.
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|---|---|---|---|---|
| KR100780464B1 (en) * | 2006-12-22 | 2007-11-28 | 한국항공우주연구원 | Adaptive star centroiding method in star sensor based |
| KR100809588B1 (en) * | 2006-12-05 | 2008-03-04 | 한국항공우주연구원 | Method and apparatus for micro-satellite separation test |
| KR100828584B1 (en) * | 2006-12-15 | 2008-05-09 | 한국항공우주연구원 | Apparatus and alignment method for ground test of closed-loop attitude control using star tracker |
| KR101033444B1 (en) * | 2009-11-04 | 2011-05-09 | 한국과학기술원 | Method of star pattern identification and star sensor device for spacecraft attitude determination |
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Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100809588B1 (en) * | 2006-12-05 | 2008-03-04 | 한국항공우주연구원 | Method and apparatus for micro-satellite separation test |
| KR100828584B1 (en) * | 2006-12-15 | 2008-05-09 | 한국항공우주연구원 | Apparatus and alignment method for ground test of closed-loop attitude control using star tracker |
| KR100780464B1 (en) * | 2006-12-22 | 2007-11-28 | 한국항공우주연구원 | Adaptive star centroiding method in star sensor based |
| KR101033444B1 (en) * | 2009-11-04 | 2011-05-09 | 한국과학기술원 | Method of star pattern identification and star sensor device for spacecraft attitude determination |
| WO2011055906A2 (en) * | 2009-11-04 | 2011-05-12 | 한국과학기술원 | Star pattern recognition method, and star sensor apparatus for determining spacecraft attitude |
| WO2011055906A3 (en) * | 2009-11-04 | 2011-07-14 | 한국과학기술원 | Star pattern recognition method, and star sensor apparatus for determining spacecraft attitude |
| FR3006674A1 (en) * | 2013-06-10 | 2014-12-12 | Centre Nat Etd Spatiales | TEST BENCH FOR STELLAR SENSOR, AND TESTING METHOD |
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