RU2638402C1 - Способ определения отклонения продольной оси наноспутника класса CubeSat от местной вертикали и устройство для его осуществления (варианты) - Google Patents
Способ определения отклонения продольной оси наноспутника класса CubeSat от местной вертикали и устройство для его осуществления (варианты) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2638402C1 RU2638402C1 RU2016124085A RU2016124085A RU2638402C1 RU 2638402 C1 RU2638402 C1 RU 2638402C1 RU 2016124085 A RU2016124085 A RU 2016124085A RU 2016124085 A RU2016124085 A RU 2016124085A RU 2638402 C1 RU2638402 C1 RU 2638402C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nanosatellite
- photodetectors
- local vertical
- cubesat
- class
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 6
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
- B64G1/24—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
- B64G1/244—Spacecraft control systems
- B64G1/245—Attitude control algorithms for spacecraft attitude control
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
- B64G1/24—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
- B64G1/36—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control using sensors, e.g. sun-sensors, horizon sensors
- B64G1/365—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control using sensors, e.g. sun-sensors, horizon sensors using horizon or Earth sensors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Navigation (AREA)
Abstract
Группа изобретений относится к управлению ориентацией космических аппаратов, преимущественно пико- и наноспутников (класса CubeSat). Способ осуществляется устройством, включающим в себя оптическую систему с фотоприемниками каналов тангажа и рысканья, а также средство определения отклонения продольной оси наноспутника от местной вертикали. Это отклонение устанавливается по анализу изображений линии горизонта планеты (Земли) группой фотоприемников, размещенных на боковых гранях корпуса наноспутника. Техническим результатом является создание легкого малогабаритного построителя местной вертикали с низким энергопотреблением и точностью, сравнимой с инфракрасными построителями местной вертикали. 3 н.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к области навигации и управления ориентацией космического аппарата (КА).
Во время орбитального полета КА при совершении различных маневров требуется знание положения осей связанной системы координат (СК) в пространстве, в частности, при съемке подстилающей поверхности критически важным является направление оси визирования (ОВ), которая, как правило, должна совпадать с местной вертикалью (MB).
В качестве аналогов способа определения направления на местную вертикаль и устройства для его осуществления можно привести способы и устройства, использующие знание или построение MB, описанные в ряде патентов.
Известен способ, описанный в патенте РФ №2400406 (МПК B64G 1/24, опубл. 27.09.2010 г.), включающий анализ сигналов с фотоприемников. При этом определение направления на MB производится с использование ориентиров на подстилающей поверхности посредством сравнения их относительной скорости движения.
Недостатком данного способа является невозможность определения направления на местную вертикаль в условиях отсутствия наземных ориентиров, например при пролете над открытым океаном.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является система построения местной вертикали космического объекта при орбитальной ориентации, описанная в патенте РФ №2021173 (МПК B64G 1/24, опубл. 15.10.1994 г.), включающая оптическую систему с фотоприемниками каналов тангажа и крена, а также устройство определения направления на местную вертикаль
Недостатком данного устройства является невозможность определения направления на местную вертикаль в условиях засветки при попадании солнца в поле зрения фотоприемника, а также невозможность ориентации продольной оси аппарата по местной вертикали небесных тел, имеющих низкое инфракрасное излучение.
В основу изобретения поставлена задача создания легкого, малогабаритного построителя местной вертикали с низким энергопотреблением для наноспутника.
Технический результат достигается тем, что в способе определения отклонения продольной оси наноспутника класса CubeSat от местной вертикали, основанном на анализе сигналов с фотоприемников и определении направления на местную вертикаль, производится анализ выделенных на изображениях границ горизонта Земли, используя четыре фотоприемника, ортогонально расположенных по отношению к боковым граням наноспутника.
Технический результат также достигается тем, что в устройстве определения отклонения продольной оси наноспутника класса CubeSat от местной вертикали, включающем оптическую систему с фотоприемниками каналов тангажа и рысканья, а также устройство определения отклонения от местной вертикали, одновременно используются четыре фотоприемника, расположенных на боковых гранях наноспутника класса CubeSat с возможностью исключения одновременной засветки всех фотоприемников, при этом оси визирования фотоприемников принадлежат одной плоскости, ортогональной продольной оси наноспутника.
Также технический результат может быть достигнут тем, что в устройстве определения отклонения продольной оси наноспутника класса CubeSat от местной вертикали, включающем оптическую систему с фотоприемниками каналов тангажа и рысканья, а также устройство определения отклонения от местной вертикали, одновременно используются четыре фотоприемника, расположенных на боковых гранях наноспутника класса CubeSat с возможностью исключения одновременной засветки всех фотоприемников, при этом оси визирования фотоприемников не принадлежат одной плоскости.
Изобретение иллюстрируется следующими чертежами:
на фиг. 1 представлена схема построения местной вертикали;
на фиг. 2 представлен первый вариант устройства;
на фиг. 3 представлен второй вариант устройства.
При этом параметры фотоприемной матрицы, объектива и угол установки выбираются исходя из параметров орбиты и требований по точности определения отклонения продольной оси от местной вертикали.
Для определения отклонения продольной оси наноспутника класса CubeSat от местной вертикали из изображения на фотоприемной ПЗС матрице выделяется линия горизонта Земли. Выделение линии горизонта Земли на изображении производится путем применения детектора границ Канни. После выделения линии горизонта Земли на полученном изображении определяется радиус кривизны и центр дуги, являющейся линией горизонта Земли. Крайние точки дуги являются точками начала и конца вектора. Данный вектор V1 является перпендикуляром к плоскости, проходящей через центр Земли и центр масс наноспутника класса CubeSat. Аналогичные вычисления производятся и на втором изображении (вычисляется вектор V2). Векторное произведение двух векторов V1 и V2 дает вектор направления на центр Земля в связанной с наноспутником системе координат.
Устройство определения отклонения продольной оси наноспутника класса CubeSat от местной вертикали по анализу изображений Земли может быть реализовано в двух вариантах.
Первый вариант представляет собой устройство, состоящее из фотоприемников канала тангажа 1, фотоприемников канала рысканья 2 и бортового вычислительного устройства. Фотоприемники расположены таким образом, что их оси визирования 3 перпендикулярны между собой и лежат в одной плоскости, ортогональной продольной оси наноспутника 4.
Второй вариант представляет собой устройство, состоящее из фотоприемников канала тангажа 1, фотоприемников канала рысканья 2 и бортового вычислительного устройства. Фотоприемники расположены таким образом, что их оси визирования 3 не перпендикулярны между собой и не лежат в одной плоскости. Оси визирования фотоприемников устанавливаются таким образом, что составляют определенный угол α с продольной осью наноспутника 4.
Предлагаемый способ и устройства определения отклонения продольной оси наноспутника класса CubeSat от местной вертикали по анализу изображений группы специально размещенных фотоприемников, по сравнению с известными техническими решениями, расширяют функционально-эксплуатационные возможности наноспутников класса CubeSat в области систем управления движением, а также предоставляют возможность попутного наблюдения за Земной поверхностью.
Claims (3)
1. Способ определения отклонения продольной оси наноспутника класса CubeSat от местной вертикали, основанный на анализе сигналов с фотоприемников и определении направления на местную вертикаль, отличающийся тем, что производят анализ выделенных на изображениях границ горизонта Земли, используя четыре фотоприемника, ортогонально расположенных по отношению к боковым граням наноспутника.
2. Устройство определения отклонения продольной оси наноспутника класса CubeSat от местной вертикали, включающее оптическую систему с фотоприемниками каналов тангажа и рысканья, а также устройство определения отклонения от местной вертикали, отличающееся тем, что в устройстве одновременно используются четыре фотоприемника, расположенных на боковых гранях наноспутника класса CubeSat с возможностью исключения одновременной засветки всех фотоприемников, при этом оси визирования фотоприемников принадлежат одной плоскости, ортогональной продольной оси наноспутника.
3. Устройство определения отклонения продольной оси наноспутника класса CubeSat от местной вертикали, включающее оптическую систему с фотоприемниками каналов тангажа и рысканья, а также устройство определения отклонения от местной вертикали, отличающееся тем, что в устройстве одновременно используются четыре фотоприемника, расположенных на боковых гранях наноспутника класса CubeSat с возможностью исключения одновременной засветки всех фотоприемников, при этом оси визирования фотоприемников не принадлежат одной плоскости.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016124085A RU2638402C1 (ru) | 2016-06-16 | 2016-06-16 | Способ определения отклонения продольной оси наноспутника класса CubeSat от местной вертикали и устройство для его осуществления (варианты) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016124085A RU2638402C1 (ru) | 2016-06-16 | 2016-06-16 | Способ определения отклонения продольной оси наноспутника класса CubeSat от местной вертикали и устройство для его осуществления (варианты) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2638402C1 true RU2638402C1 (ru) | 2017-12-13 |
Family
ID=60718817
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016124085A RU2638402C1 (ru) | 2016-06-16 | 2016-06-16 | Способ определения отклонения продольной оси наноспутника класса CubeSat от местной вертикали и устройство для его осуществления (варианты) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2638402C1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4084772A (en) * | 1976-01-28 | 1978-04-18 | Rca Corporation | Roll/yaw body steering for momentum biased spacecraft |
| RU2021173C1 (ru) * | 1991-07-22 | 1994-10-15 | Головное конструкторское бюро научно-производственного объединения "Энергия" им.С.П.Королева | Способ ориентации космического аппарата на планету |
| RU2131586C1 (ru) * | 1997-08-21 | 1999-06-10 | Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева | Устройство для измерения угловых координат астроисточника, преимущественно земли и/или солнца |
| RU2400406C1 (ru) * | 2009-07-02 | 2010-09-27 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Система построения местной вертикали космического объекта при орбитальной ориентации |
| RU2505844C2 (ru) * | 2012-03-30 | 2014-01-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт телевидения" | Способ формирования изображения различных полей зрения |
| RU2550241C1 (ru) * | 2014-01-23 | 2015-05-10 | Закрытое акционерное общество "Технологии ГЕОСКАН" | Пикоспутник |
-
2016
- 2016-06-16 RU RU2016124085A patent/RU2638402C1/ru active IP Right Revival
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4084772A (en) * | 1976-01-28 | 1978-04-18 | Rca Corporation | Roll/yaw body steering for momentum biased spacecraft |
| RU2021173C1 (ru) * | 1991-07-22 | 1994-10-15 | Головное конструкторское бюро научно-производственного объединения "Энергия" им.С.П.Королева | Способ ориентации космического аппарата на планету |
| RU2131586C1 (ru) * | 1997-08-21 | 1999-06-10 | Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева | Устройство для измерения угловых координат астроисточника, преимущественно земли и/или солнца |
| RU2400406C1 (ru) * | 2009-07-02 | 2010-09-27 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Система построения местной вертикали космического объекта при орбитальной ориентации |
| RU2505844C2 (ru) * | 2012-03-30 | 2014-01-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт телевидения" | Способ формирования изображения различных полей зрения |
| RU2550241C1 (ru) * | 2014-01-23 | 2015-05-10 | Закрытое акционерное общество "Технологии ГЕОСКАН" | Пикоспутник |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8294073B1 (en) | High angular rate imaging system and related techniques | |
| US9544488B2 (en) | Star tracker with steerable field-of-view baffle coupled to wide field-of-view camera | |
| US5072396A (en) | Navigation systems | |
| CN101825475A (zh) | 空间光学遥感传感器的像移补偿方法 | |
| CN104698849B (zh) | 敏捷卫星同轨条带无缝拼接姿态配准与成像匹配方法 | |
| US11131549B2 (en) | Navigation system with monocentric lens and curved focal plane sensor | |
| CN105160125B (zh) | 一种星敏感器四元数的仿真分析方法 | |
| RU2517800C1 (ru) | Способ обзора небесной сферы с космического аппарата для наблюдения небесных объектов и космическая система обзора небесной сферы для наблюдения небесных объектов и обнаружения тел солнечной системы, реализующая указанный способ | |
| CN103076005A (zh) | 一种立体测绘与宽幅成像一体化的光学成像方法 | |
| CN103604433B (zh) | 一种复合光学敏感器及其实现方法 | |
| Hill et al. | Ground-to-air flow visualization using Solar Calcium-K line Background-Oriented Schlieren | |
| Yang et al. | Algorithm design and experimental verification of a heading measurement system based on polarized light/inertial combination | |
| RU2597024C1 (ru) | Способ оперативного определения угловых элементов внешнего ориентирования космического сканерного снимка | |
| CN106289156A (zh) | 一种卫星以任意姿态成像时获取摄影点太阳高度角的方法 | |
| RU2638402C1 (ru) | Способ определения отклонения продольной оси наноспутника класса CubeSat от местной вертикали и устройство для его осуществления (варианты) | |
| RU2400406C1 (ru) | Система построения местной вертикали космического объекта при орбитальной ориентации | |
| Fasano et al. | A stereo-vision based system for autonomous navigation of an in-orbit servicing platform | |
| Naasz et al. | The HST SM4 relative navigation sensor system: overview and preliminary testing results from the flight robotics lab | |
| CN113781885B (zh) | 一种三自由度动态两维环扫空间成像的模拟装置 | |
| Ivanov et al. | Satellite relative motion determination during separation using image processing | |
| CN110906925B (zh) | 一种恒星与地球紫外临边的探测装置及探测方法 | |
| Guo et al. | Calibration of installation angle for high accuracy shipboard star sensor | |
| Ding et al. | A fast algorithm for sea surface target retrieval based on spatial location information | |
| Kuwahara et al. | System integration of a star sensor for the small earth observation satellite RISING-2 | |
| RU2767449C1 (ru) | Способ астрономической коррекции навигационных параметров летательного аппарата |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190617 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20210615 |