ISSN 2070-7401 (Print), ISSN 2411-0280 (Online)
Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса
физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений
и объектов

  

Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 2. С. 61-76

Возможности навигационных измерений по лимбу Земли в видимом и ближнем ИК диапазоне

Б.С. Жуков1 , С.Б. Жуков1 , А.А. Форш1 
1 Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
Датчики горизонта помимо определения ориентации космического аппарата (КА) могут использоваться также для оценки его положения относительно наблюдаемого тела. Автономная навигация КА по горизонту может резервировать измерения с помощью навигационных систем ГЛОНАСС/GPS на орбитах вокруг Земли и заменять их на орбитах вокруг других тел Солнечной системы. Существующие космические датчики горизонта работают, в основном, в тепловом ИК диапазоне. Переход в видимый и ближний ИК диапазон (0,4–1 мкм) позволит создавать более простые и дешевые приборы. Поскольку в этом диапазоне горизонт Земли из космоса не виден из-за большой оптической толщины атмосферы, стоит задача определения условного горизонта на лимбе Земли, образующемся при рассеянии солнечного света в атмосфере. В результате расчетов переноса излучения в атмосфере с помощью программы MODTRAN и обработки изображений, полученных с геостационарного ИСЗ GOES-East, наиболее устойчивым оказалось определение высоты условного горизонта по половине максимальной яркости лимба. Хотя вариации высоты условного горизонта минимальны в синем участке спектра, может быть целесообразно использование более длинноволновых участков видимого и ближнего ИК диапазона, в которых возможна одновременная навигация по ориентирам на земной поверхности. Ключевым параметром космических датчиков горизонта, который наиболее сильно влияет на точность оценки положения КА, является их поле зрения, которое должно выбираться максимально большим, даже за счет ухудшения разрешения, и в идеале захватывать всю Землю. Средняя высота условного горизонта в диапазоне 0,5–0,7 мкм составила ~19 км, ошибка (1σ) определения его высоты, а также координат КА на низких орбитах с высотой до 1000 км – 2–3 км при разрешении на лимбе от 1 до 10 км. На геостационарной орбите ошибка оценки высоты КА увеличивается до 20 км. Ошибки определения орбиты могут быть значительно уменьшены при накоплении измерений вдоль орбиты.
Ключевые слова: автономная космическая навигация, навигация по горизонту, датчики горизонта, лимб Земли, условный горизонт
Полный текст

Список литературы:

  1. Егошкин Н.А., Еремеев В.В., Козлов Е.П., Москатиньев И.В., Москвитин А.Э. Геодезическая привязка изображений от геостационарных спутников по контуру диска Земли и электронным картам // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2009. Вып. 6. Т. 1. С. 132–138.
  2. Тучин М.С., Захаров А.И., Прохоров М.Е. Определение геовертикали по наблюдению лимба Земли // Вторая Всероссийская научно-техническая конференция «Современные проблемы ориентации и навигации космических аппаратов», Россия, Таруса, 13–16 сентября 2010 г. М.: ИКИ РАН. 2011. С. 330–337.
  3. Chernov N. Circular and Linear Regression. Fitting Circles and Lines by Least Squares. Monographs on Statistics and Applied Probability 117. CRC Press. 2011.
  4. Kaiser J.W., von Savigny C., Eichmann K.-U., Noël S., Bovensmann H., Burrows J.P. Satellite-pointing retrieval from atmospheric limb-scattering of solar UV-B radiation // Can. J. Phys. 2004. Vol.82. P. 1041–1052.