novtexmechМехатроника, автоматизация, управлениеMekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie1684-64272619-1253Commercial Publisher «New Technologies»10.17587/mau.20.52-58novtexmech-565Research ArticleДИНАМИКА, БАЛЛИСТИКА И УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВDYNAMICS, BALLISTICS AND CONTROL OF AIRCRAFTУправление конфигурацией космических аппаратов группового полета на основе обработки видеоинформацииSatellite Formation Flying Control Using Image ProcessingПалкинМ. В.PalkinM. V.

канд. техн. наук.

Ph.D.

mpalkin@vpk.npomash.ruАО "ВПК "НПО машиностроения".РоссияMIC "NPO mashinostroyenia".Russian Federation2019150120192015258Copyright © Commercial Publisher «New Technologies», 20192019Commercial Publisher «New Technologies»Commercial Publisher «New Technologies»https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://mech.novtex.ru/jour/article/view/565

Представлена прикладная задача управления группой автоматических космических аппаратов (КА). В качестве примера приведена концепция построения "многоточечного" спутникового построения (проект "Космическая реклама"). "Космическая реклама" реализуется посредством специализированных тросовых и свободнолетающих КА, а также их комбинаций. Представлен технический облик космических аппаратов, состав бортовой аппаратуры.

Предложены методы поддержания пространственной конфигурации космических аппаратов специального назначения (методы "постоянного" строя, "переменного" строя, "смешанный"), выданы рекомендации по их применению.

Рассмотрено управление конфигурацией на основе обработки видеоинформации, полученной от космического аппарата, оснащенного широкоугольным матричным приемником оптического излучения.

Приведены параметры оптических систем. Оценены параметры работы системы навигации КА по наблюдаемому изображению. Описан способ определения относительного положения КА в конфигурации на основе отслеживания перемещения впереди летящего КА, согласно которому при переднем по направлению полета визировании пространства широкоугольным матричным приемником строки матрицы размещают перпендикулярно, а столбцы — параллельно вертикальной оси орбитальной системы координат, угловое (по курсу) отклонение ведомого космического аппарата пропорционально перемещению геометрического "центра тяжести" изображения космического аппарата — ориентира по номерам столбцов матричного приемника. Отклонение по тангажу пропорционально перемещению по номерам строк матричного приемника.

Разработан и исследован алгоритм обработки видеоинформации. Алгоритм включает процедуры нахождения, сопровождения ориентира, определения угла отклонения. С учетом особенностей фоноцелевой обстановки алгоритм построен с использованием структурных методов, выделяющих в качестве ориентиров характерные яркие пятна (синтаксические признаки изображения). Исследованы статистика сбоев алгоритма в зависимости от размера ориентира, от контраста яркостей ориентира, фона и уровня флуктуационного шума матричного приемника.

Основными внешними условиями, ограничивающими работу алгоритма, являются: низкий контраст ориентира на фоне звезд, отсутствие освещения Солнцем, в ряде случаев — засветка Солнцем, незначительные наблюдаемые размеры ориентира вследствие его малости или удаленности. 

A problem of a formation flying control is observed. As an example a concept of a multysatellite configuration ("space commercial") is described. Space advertisement is realized by groups of specialized free flying and cable-connected satellites, and their combinations. Construction of a space commercial satellite and a set of a control system equipment is presented. Several methods for group configuration are presented: periodic impulse correction of each flying satellite position formation; method of a satellite positioning on nocoplanar orbits. Other methods include combinations of methods mentioned above. Configuration control using onboard video camera with a wide-angle image detector is presented. Characteristics of an optical system are shown. Navigation parameters of a using a received observed videoimage are estimated. A method of a relative position measurement is described. The method detects a video track of a moving ahead satellite on the matrix detector. According to the method lines of the matrix detector are positioned transversely and columns are positioned in parallel with vertical axis of the orbital coordinate system. Course of the slave satellite is proportional to the travel of the centre of the lider satellite mark on the matrix detector columns. Pitch of the slave satellite is proportional to the travel of the centre of the leader satellite mark on the matrix detector lines. A video-display processing algorithm is developed and researched. The algorithm contains procedures of a forming, localization of the leader satellite mark, deviation angle calculation. The algorithm uses structural method, detecting bright spots (image syntactic characteristics). Efficiency of the algorithm depends on the leader satellite mark brightness, size, light-striking, distance.

космический аппарат"космическая реклама"групповой полетоптическая система навигацииобработка изображенияsatellite"space commercial"formation flyingoptical navigation systemimage processingReferencesЛавренов А. Н., Палкин М. В., Петухов Р. А. Технология космической рекламы. Реутов: АО "ВПК "НПО машиностроения", 2016, 124 с.Lavrenov A. N., Palkin M. V., Petukhov R. A. Tekhnologiya kosmicheskoi reklamy (The Technology of Space Advertising), Reutov, JSC "MIC "NPO Mashinostroyenia", 2016, 124 p. (in Russian).Дуда Р., Харт П. Распознавание образов и анализ сцен. М.: Мир, 1977. 361 с.Dudа R., Hart P. Raspoznavanie obravov I analiz stsen (Pattern Recognition and Scene Analysis), Мoscow, MIR, 1977, 361 p. (in Russian).Палкин М. В. Некоторые аспекты формирования групп космических аппаратов и управления ими // Вестник Московского авиационного института. 2014. Т.21 № 3. С. 29—35.Palkin M. V. Nekotorye aspekty formirovaniya grupp kosmicheskikh apparatov i upravleniya imi (Questions of satellite formation flying design and control), Vestnik Moskovskogo Aviatsionnogo Instituta, 2014, vol. 21, no. 3, pp. 29—35 (in Russian).Палкин М. В. Концептуальные вопросы создания и применения космических аппаратов группового полета // Наука и образование: электронное научно-техническое издание. 2015. № 08. С. 100—115.Palkin M. V. Kontseptual’nye voprosy sozdaniya i primeneniya kosmicheskikh apparatov gruppovogo poleta (Conceptual problems of development and application of space vehicles for group flight), Science and Education, 2015, no. 08, pp. 100—115 (in Russian).Евстифеев В. В., Палкин М. В. Управление креном аэробаллистических летательных аппаратов // Вестник МГТУ. Приборостроение. 2007. № 2(48). С. 56—63.Evstifeev V. V., Palkin М. V. Upravlenie krenom aeroballistichexskih lelatelnih apparatov (Aeroballistic aircraft roll control), Vestnik MSTU. Priborostroyenie, 2007, no. 2(48), pp. 56—63 (in Russian).Палкин М. В. Способ ориентирования по крену летательного аппарата с оптической головкой самонаведения: Патент 2280590 РФ / М. В. Палкин [и др.] Опубл. 2006. Бюлл. № 8.Palkin М. V. Sposob prientirovania po krenu letatelnogo apparata s opticheskoi golovkoy samonavedeniya: Patent 2280590 RU/ М. V. Palkin and others (in Russian).Леонов А. Г., Палкин М. В., Лавренов А. Н. Способ группового орбитального движения искусственных спутников. Патент РФ № 2569236 / А. Г. Леонов [и др.]Leonov A. G., Palkin М. V., Lavrenov А. N. and others. Sposob gruppovogo orbitalnogo dvigenia iskusstvennih sputnikov, Patent № 2569236 (RU) (in Russian).Воронов Е. М., Карпунин А. А., Палкин М. В. и др. Формирование конфигурации группы спутников и многокритериальное управление по конфигурационной точности и расходу // Труды XXXVIII академических чтений по космонавтике. М.: Комиссия РАН по разработке научного наследия пионеров освоения космического пространства, 2014. С. 418.Voronov E. M., Karpunin A. A., Palkin M. V. Formation flying configuration design and multycriteria control, Proceedings of the XXXVIII academic conference on Cosmonautics, 2014, pp. 418 (in Russian)Maessen D., Gill E. Relative State Estimation and Observability Analysis for Formation Flying Satellites // Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 2012. Vol. 35, N. 1. P. 321—326.Maessen D., Gill E. Relative State Estimation and Observability Analysis for Formation Flying Satellites, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2012, vol. 35, no. 1, pp. 321—326.Ranganath H. S. Feature extraction technique for fast digital image registration // Proc. IEEE SOUTHEASTCON. 1980. P. 225—228.Ranganath H. S. Feature extraction technique for fast digi tal image registration, Proc. IEEE SOUTHEASTCON, 1980, pp. 225—228 (in Russian).Палкин М. В., Лавренов А. Н. Приложения системного подхода при управлении группировками космических аппаратов // Полет. 2018. № 4. С. 51—57.Palkin М. V., Lavrenov А. N. Examples of a system approach for a satellite formation flying control, Polyot, 2018, no. 4, pp. 51—57 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.