Управление конфигурацией космических аппаратов группового полета на основе обработки видеоинформации

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. 

1. Лавренов А. Н., Палкин М. В., Петухов Р. А. Технология космической рекламы. Реутов: АО "ВПК "НПО машиностроения", 2016, 124 с.

2. Дуда Р., Харт П. Распознавание образов и анализ сцен. М.: Мир, 1977. 361 с.

3. Палкин М. В. Некоторые аспекты формирования групп космических аппаратов и управления ими // Вестник Московского авиационного института. 2014. Т.21 № 3. С. 29—35.

4. Палкин М. В. Концептуальные вопросы создания и применения космических аппаратов группового полета // Наука и образование: электронное научно-техническое издание. 2015. № 08. С. 100—115.

5. Евстифеев В. В., Палкин М. В. Управление креном аэробаллистических летательных аппаратов // Вестник МГТУ. Приборостроение. 2007. № 2(48). С. 56—63.

6. 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.

7. Леонов А. Г., Палкин М. В., Лавренов А. Н. Способ группового орбитального движения искусственных спутников. Патент РФ № 2569236 / А. Г. Леонов [и др.]

8. 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.

9. 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.

10. Ranganath H. S. Feature extraction technique for fast digital image registration // Proc. IEEE SOUTHEASTCON. 1980. P. 225—228.

11. Палкин М. В., Лавренов А. Н. Приложения системного подхода при управлении группировками космических аппаратов // Полет. 2018. № 4. С. 51—57.