Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2025. Т. 22. № 1. С. 303-311
Увеличение точности оптических навигационных измерений в окрестности Луны и других тел Солнечной системы
В.А. Гришин
1 , Е.В. Белинская
1 , П.С. Сметанин
1 1 Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
Одобрена к печати: 03.12.2024
DOI: 10.21046/2070-7401-2025-22-1-303-311
Задачи по освоению планет и других тел Солнечной системы требуют эффективных методов решения навигационных задач в окрестности этих объектов, а также в процессе перелёта к ним. Для этого могут быть использованы, в частности, оптические навигационные системы, которые способны обеспечить высокую точность измерений (в том числе на больших расстояниях) и обладающие при этом сравнительно небольшими габаритами, весом и потребляемой мощностью. Такая навигационная система была разработана и изготовлена в отделе оптико-физических исследований Института космических исследований РАН. Её отличительной особенностью является то, что несколько оптических датчиков, а именно: звёздные датчики, широкоугольная и узкоугольная навигационные камеры — выполнены в виде единой конструкции. При этом открывается возможность дальнейшего повышения точности навигации при уменьшении ошибок взаимной привязки координатных систем звёздных датчиков и навигационной камеры. В статье рассмотрены два случая. Во-первых, случай, когда плановые координаты определяются только путём визирования ориентиров на поверхности Луны без использования данных от звёздных датчиков. Во-вторых, рассмотрен случай, когда для навигации применяется не только информация о результатах визирования ориентиров на поверхности Луны, но также и данные от звёздных датчиков. Оценки были выполнены для высоты полёта над поверхностью Луны, равной 100 км, использования фотоприёмных матриц низкого разрешения (4,2 мегапикселя) и высокого разрешения (47,5 мегапикселя) и трёх различных фокусных расстояний объектива (3,6; 23 и 60 мм). Для фотоприёмной матрицы низкого разрешения и объектива с фокусным расстоянием 23 мм получено уменьшение ошибки оценивания плановых координат приблизительно в 43 раза по сравнению со случаем, когда информация от звёздных датчиков не используется (найдено среднее квадратичное отклонение оценки плановых координат 7,87–8,02 м). Для фотоприёмной матрицы высокого разрешения и объектива с фокусным расстоянием 60 мм установлено уменьшение ошибки оценивания плановых координат приблизительно в 31–40 раз (среднее квадратичное отклонение оценки плановых координат 2,57–2,68 м).
Ключевые слова: оптическая навигация, звёздные датчики, узкоугольная и широкоугольная навигационные камеры, комплексирование результатов измерений, повышение точности навигации
Полный текстСписок литературы:
- Аванесов Г. А., Бессонов Р. В., Куркина А. Н. и др. Вопросы обеспечения географической привязки снимков дистанционного зондирования Земли // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 5. С. 59–64. DOI: 10.21046/2070-7401-2019-16-5-59-64.
- Аванесов Г. А., Жуков Б. С., Сметанин П. C., Михайлов М. В. Отработка технологии автономной навигации космических аппаратов дальнего космоса на Международной космической станции // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17. № 7. С. 41–49. DOI: 10.21046/2070-7401-2020-17-7-41-49.
- Жуков Б. С., Гришин В. А., Жуков С. Б., Кондратьева Т. В., Тучин А. Г., Ярошевский В. С. Моделирование оптических навигационных измерений на траектории подлета к районам посадки на Луну // 6-я Всероссийская научно-техн. конф. «Современные проблемы ориентации и навигации космических аппаратов»: сб. тр. Россия, Таруса, 10–13 сент. 2018. М.: ИКИ РАН, 2019. С. 336–354.
- Лебедева М. А., Ягудина Э. И. Параметры эфемериды Луны EPM2022a // Тр. ИПА РАН. 2024. Вып. 69. С. 8–17. DOI: 10.32876/ApplAstron.69.8-17.
- Dannilidis K., Nagel H. H. The coupling of rotation and translation in motion estimation of planar surfaces // Proc. IEEE Conf. Computer Vision and Pattern Recognition. N. Y., NY, USA, 1993. P. 188–193. DOI: 10.1109/CVPR.1993.340990.