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. 2018. Т. 15. № 6. С. 154-168

Моделирование оптических навигационных измерений на траектории подлёта к районам посадки на Луну

Б.С. Жуков 1 , В.А. Гришин 1 , С.Б. Жуков 1 , Т.В. Кондратьева 1 , А.Г. Тучин 2 , В.С. Ярошевский 2 
1 Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
2 Институт прикладной математики им. М. В. Келдыша РАН , Москва, Россия
Одобрена к печати: 02.11.2018
DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-6-154-168
Автономная оптическая навигация на траекториях подлёта к районам посадки будущих лунных миссий позволит значительно снизить ошибки траекторных измерений и за счёт этого повысить точность вывода космического аппарата (КА) в исследуемый район. Проведено моделирование оптических навигационных измерений на типичной траектории подлёта, на которой в процессе основного торможения КА летит вдоль поверхности Луны, снижаясь с 18 до 2 км. С этой целью моделировались изображения Луны, получаемые навигационной камерой вдоль траектории подлёта с интервалом 1 с и с разрешением, улучшающимся с 30 до 3 м. Положение КА в момент получения каждого изображения оценивалось методом абсолютной навигации по контрольным точкам, априорно привязанным в селенографической системе координат, а при их отсутствии ― методом относительной навигации по картографически не привязанным ориентирам, наблюдаемым на нескольких последовательных изображениях. Показано, что при определении контрольных точек по существующей в настоящее время топографической модели Луны LOLA-256P с разрешением 118 м использование абсолютной навигации возможно до высот ~6,5 км. При этом среднеквадратическая ошибка измерений горизонтальных координат КА составляет около 20 м, а высоты ― 35 м. При переходе на относительную навигацию на более низких высотах траекторные ошибки систематически возрастают до 200–300 м. Задачей миссии «Луна-26» является построение топографических моделей участков подлёта к районам посадки будущих лунных миссий с разрешением ~10 м. Моделирование показало, что при определении контрольных точек по таким моделям абсолютная навигация будет применима на всей траектории подлёта, среднеквадратические ошибки траекторных измерений горизонтальных координат уменьшатся до 8–9 м, а высоты ― до 13 м. Ожидается, что комплексирование результатов измерений, полученных от инерциальной навигационной системы и от системы автономной оптической навигации, позволит значительно увеличить точность и надёжность навигационных измерений на траектории подлёта.
Ключевые слова: автономная оптическая навигация, абсолютная навигация, относительная навигация, посадка на Луну
Полный текст

Список литературы:

  1. Аванесов Г. А., Гордеев Р. В., Гришин В. А., Жуков Б. С., Жуков С. Б., Коломеец Е. В., Краснопевцева Е. Б., Куделин М. И., Крупин А. А., Муравьев В. М., Форш А. А. Телевизионная система навигации и наблюдения // Астрон. вестн. 2010. Т. 4. № 5. С. 473–479.
  2. Визильтер Ю. В., Желтов С. Ю., Бондаренко А. В., Осоков М. В., Моржин А. В. Обработка и анализ изображений в задачах машинного зрения. М.: Физматгиз, 2010. 672 с.
  3. Гришин В. А. Алгоритмы измерения высоты и компонент скорости по телевизионным изображениям при посадке на Фобос // Всерос. научно-техн. конф. «Современные проблемы определения ориентации и навигации космических аппаратов»: сб. тр. Сер. «Механика, управление и информатика». Россия, Таруса, 22–25 сент. 2008. М.: ИКИ РАН, 2009. С. 279–293.
  4. Жуков Б. С., Полянский И. В., Жуков С. Б. Автономная оптическая навигация на окололунных орбитах и при посадке на Луну с помощью сверхширокоугольной камеры // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 2. С. 24–35.
  5. Жуков Б. С., Гришин В. А., Жуков С. Б., Кондратьева Т. В., Тучин А. Г., Ярошевский В. С. Моделирование автономной оптической навигации при вертикальном спуске на поверхность Луны // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 6. С. 169–179.
  6. Hapke B. W. Theory of Reflectance and Emittance Spectroscopy. N. Y.: Cambridge Univ. Press, 1993. 455 p.
  7. Polyansky I., Zhukov B., Zubarev A., Nadejdina I., Brusnikin E., Oberst J., Duxbury T. Stereo Topographic Mapping Concept for the Upcoming Luna-Resurs-1 Orbiter Mission // Planetary and Space Science. 2017. URL: https://doi.org/10.1016/j.pss.2017.09.013.
  8. Viola P. A., Jones M. J. Rapid Object Detection Using a Boosted Cascade of Simple Features // Proc. Conf. Computer Vision and Pattern Recognition. Kauai, Hawaii, 8–14 Dec. 2001. V. 1. P. 511–518.