Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 6. С. 169-179
Моделирование оптических навигационных измерений при вертикальном спуске на поверхность Луны
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: 10.21046/2070-7401-2018-15-6-169-179
Проведено моделирование автономных оптических навигационных измерений на заключительном этапе посадки на лунную поверхность, когда после выхода в район посадки космический аппарат (КА) осуществляет вертикальный спуск с высоты ~2 км. С этой целью на типичной траектории вертикального спуска с интервалом 1 с моделировались изображения Луны, получаемые навигационной камерой, c разрешением, которое улучшалось по мере снижения от 1 м до 2 см. Основными задачами оптической навигации на этом этапе могут быть построение карты риска и выбор по ней наиболее безопасного места посадки, а также измерения горизонтальной скорости КА. Точность измерения высоты и вертикальной скорости оптическими методами недостаточна. Для построения карты риска предлагается использовать фотометрический метод, основанный на анализе яркостной неоднородности изображения, которая связана со сложностью рельефа поверхности. Достоинствами метода являются простота, быстрота обработки изображений, возможность идентифицировать затенённые участки и отсутствие существенных требований к стабилизации ориентации и скорости КА. Фотометрический метод может резервировать и дополнять карту риска, получаемую методом лазерного сканирования. Горизонтальная скорость КА может быть оценена по смещению ориентиров на последовательных изображениях с использованием независимых измерений высоты, выполняемых радиовысотомером. Ошибки измерения компонент горизонтальной скорости уменьшались от ~1 м/с на высотах более 1000 м до ~10 см/с на высоте 100 м и до ~1 см/с на высотах ниже 20 м. Данный метод может дополнять допплеровские измерения горизонтальной скорости на малых высотах.
Ключевые слова: автономная оптическая навигация, посадка на Луну, измерение горизонтальной скорости, карта риска, выбор безопасного места посадки
Полный текстСписок литературы:
- 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.
- 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.
- 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». Сер. «Механика, управление и информатика»: сб. тр. Россия, Таруса, 22–25 сент. 2008. М.: ИКИ РАН, 2009. С. 279–293.
- Жуков Б. С., Жуков C. Б. Алгоритм автономного выбора места посадки КА «Фобос-Грунт» по телевизионным изображениям // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2011. Т. 8. № 2. С. 281–288.
- Жуков Б. С., Гришин В. А., Жуков С. Б., Кондратьева Т. В., Тучин А. Г., Ярошевский В. С. Моделирование оптических навигационных измерений на траектории подлёта к районам посадки на Луну // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 6. С. 154–168.
- Лавренов С. М., Михайлин Д. А., Тучин А. Г., Тучин Д. А., Ярошевский В. С. Математическая модель ДИСД в проектах мягкой посадки на Луну // Препринты ИПМ им. М. В. Келдыша. 2013. № 68. 15 с. URL: http://library.keldysh.ru/preprint.asp?id=2013-68.
- Hapke B. W. Theory of reflectance and emittance spectroscopy. N. Y.: Cambridge Univ. Press, 1993. 455 p.
- 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.