автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.14, диссертация на тему:Формирование облика автоматической системы автономной навигации космических аппаратов по наземным ориентирам

На правах рукописи

ОД

Л О илСМО^

^ ■. о : •

ЯКОБСОН Максим Вячеславович

ФОРМИРОВАНИЕ ОБЛИКА АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ АВТОНОМНОЙ НАВИГАЦИИ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ ПО НАЗЕМНЫМ ОРИЕНТИРАМ

Специальность 05.13.14 — Системы обработки информации и управления

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 1998

Работа выполнена в Московском Государственном авиационном институте (Техническом университете).

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Красильщиков М. Н.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Сошников Валерий Николаевич;

кандидат технических наук, доцент Лапин Валерий Юрьевич.

Ведущая организация:

Научно-производственное объединение прикладной механики, г. Железногорск.

Защита состоится «_»_ 1998 г. в «_» часо]

на заседании диссертационного совета Д 053.18.08 в Московско» Государственном авиационном институте (Техническом универ ситете) по адресу: 125080, Москва, Волоколамское ш., 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Москов ского Государственного авиационного института.

Отзыв на автореферат, заверенный печатью, просим выслат) по адресу: 125871, ГСП, Москва, Волоколамское ш., 4. Учены! совет. Ученому секретарю диссертационного совета Д 053.18.08.

Автореферат разослан «_»_1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

к. т. н., до

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

В ближайшие 10-15 лет количество космических аппаратов (КА) на околоземных орбитах возрастет до нескольких сот, что связано, в первую очередь, с созданием низкоорбитальных коммуникационных систем. При поддержании столь многочисленной орбитальной группировки целесообразно перенести на борт КА решение части задач, традиционно решаемых наземным комплексом управления, в частности, задачи навигации. Спутниковые глобальные навигационные системы (ГНС) позволяют решить эту задачу, однако с целью обеспечения резервирования и оптимизации состава навигационной аппаратуры представляется актуальным проводить исследования в области создания систем автономной навигации КА на основе естественных физических полей, в том числе местности. Под «местностью» в данной работе понимается совокупность рельефа и вида покрытия подстилающей поверхности (вода, трава, лес, город и т. д.).

К преимуществам местности как навигационного поля следует отнести то обстоятельство, что поверхность Земли изучена лучше, чем ее физические поля в околоземном пространстве, а также то, что п качестве прибора для измерения характеристик поля (то есть, в данном случае получения изображения участка земной поверхности) может быть использовано оптоэлектронное оборудование наблюдения земной поверхности, установленное на борту в качестве полезной нагрузки.

Проведенный в работе анализ состояния и тенденций развития спутниковых систем, в том числе бортовых компьютеров и систем дистанционного зондирования земной поверхности, показал, что разработка систем навигации, основанных на бортовой обработке изображений земной поверхности, в настоящее время представляется весьма актуальной с точки зрения не только целесообразности, но и технической реализуемости.

В случае реализации систем навигации такого рода на КА, оснащенных оборудованием наблюдения земной поверхности, появляется возможность уменьшения нагрузки на наземный комплекс управления, уменьшения состава дополнительной бортовой аппаратуры (в соответствии с концепцией «систем навигации минимального состава», весьма актуальной в связи со все большим распространением малых КА), повышения оперативности обнаружения и распознавания объектов на получаемых изображениях в сочетании с определением их координат, существенного уменьшения объема передаваемой на Землю информации при увеличении ее информативности.

Диссертационная работа выполнялась в рамках научно-исследовательских работ, финансируемых Российским космическим агентством, Министерством общего и профессионального образования России, программы «Космические системы», гранта фонда ИЧТАБ (Бельгия).

Цель работы

Целью работы является формирование облика автоматических систем автономной навигации КА на основе анализа данных, получаемых с помощью бортовой аппаратуры наблюдения земной поверхности. В рамках данной работы понятие «облик» включает:

• состав и структуру системы навигации, а также функциональную схем> взаимодействия элементов бортового оборудования, входящих в ее состав;

• состав и вид моделей и алгоритмов, обеспечивающих решение задачи навигации;

• характеристики автоматической системы навигации по наземным ориентирам (НО), включая априорную оценку точности навигации, а также пределы применимости рассматриваемой технологии и требования к параметрам КА и аппаратуры.

Научная новизна

Сформирован облик автоматической системы автономной навигации с учетом особенностей процесса навигации, являющихся следствием формирования навигационных параметров по результатам обработки изображений, а также широкого спектра неконтролируемых факторов различной физической природы.

Развит подход к синтезу систем автономной навигации по наземные ориентирам, состоящий в определении навигационных углов на основе результатов обработки изображений подстилающей поверхности совместнс с ее эталонными изображениями и последующей статистической обработке упомянутых навигационных углов с целью уточнения вектора состоянш КА. Предложены конкретные варианты реализации таких систем, характе ризующиеся различным составом бортового оборудования.

Создан инструментарий для анализа характеристик систем навигацш КА по наземным ориентирам, синтеза систем такого рода и формирование требований к КА, бортовой аппаратуре и алгоритмам навигации, вклю чающий модели движения и угловых измерений с учетом неконтролируе мых факторов, а также алгоритмы для решения задачи навигации.

Определены характеристики точности систем навигации по наземныл ориентирам в зависимости от параметров орбиты, характеристик аппара туры и ограничений на проведение измерений.

Сформулированы требования к характеристикам КА и аппаратуры. На защиту выносятся:

1. Варианты состава и структуры автоматической системы автономной навигации по наземным ориентирам.

2. Комплекс моделей и алгоритмов, обеспечивающих решение задач! навигации.

3. Результаты исследования характеристик систем навигации КА по наземным ориентирам.

Практическая значимость

Наиболее перспективной реализация предлагаемого метода представляется на КА, оснащенных оптоэлектронным оборудованием наблюдения земной поверхности, следующих классов:

• на КА, входящих в состав многоспутниковых глобальных телекоммуникационных систем, в качестве резервной системы навигации;

• на малых экспериментальных КА как с целью проведения дальнейших исследований данного метода навигации, так и в качестве основной или резервной системы навигации;

• на различных КА дистанционного зондирования в качестве основной или резервной системы навигации.

Кроме того, предлагаемый метод навигации может быть использован: ® на автоматических межпланетных станциях для навигации по ориентирам на поверхности других планет;

• на КА, находящихся на орбитах выше 2000 км, где искусственное поле ГНС имеет большую дискретность;

• на спускаемых аппаратах для уточнения параметров движения перед входом в атмосферу.

Результаты диссертационной работы использованы при разработке проекта малого КА, создаваемого Техническим университетом г. Дрезден (Германия), и в рамках проекта ШТА8-96-2156 «Автономная навигация низкоорбитального КА с использованием методов комплексирования информации».

Разработанный программный комплекс внедрен в учебный процесс в Московском Государственном авиационном институте (каф. 604, 704) и в Уфимском Государственном авиационном техническом университете.

Методы исследования

Стохастические модели и алгоритмы обработки измерений основаны на теории марковских процессов. Априорная оценка точности навигации и ее зависимость от параметров КА и бортовой аппаратуры были получены путем численного моделирования процесса автономной навигации с учетом неконтролируемых факторов различной физической природы.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались на:

• 45-м Конгрессе Международной Астронавтической Федерации (1АР), г. Иерусалим (Израиль), 1994;

• 3-м Симпозиуме МАИ/ПАКУ «Проблемы автоматического управления», г. Пекин (Китай), 1995;

• 46-м Конгрессе Международной Астронавтической Федерации (1АР), г. Осло (Норвегия), 1995;

• Всероссийской конференции «Проблемы совершенствования робототех-нических и интеллектуальных систем летательных аппаратов», г. Москва, 1996;

• 6-й Конференции выпускников Международного космического университета ОБЦ), г. Хьюстон (США), 1997;

• 4-м Симпозиуме МАИ/ПАКУ «Проблемы автоматического управления», г. Москва, 1997.

Публикация результатов исследования , .

Основные результаты диссертации изложены в 6 печатных работах.: Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы (85 наименований) и двух приложений. Работа изложена на 116 страницах, включая 41 рисунок и 2 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ Введение содержит обоснование актуальности работы. Приводится также краткая характеристика диссертации.

Глава 1. Постановка технической задачи

В Главе I сформулирована техническая постановка задачи автономной навигации КА по наземным ориентирам, включая методику ее решения с учетом особенностей навигации по наземным ориентирам, являющихся следствием обработки изображений, а также возможные варианты реализации данного метода навигации с учетом технических ограничений и анализа неконтролируемых факторов. .

Рассматривается КА, на борту которого имеется оптоэлектронное оборудование, которое позволяет получать изображения земной поверхности в цифровой форме, называемое далее «камерой», и бортовой компьютер с ресурсами, достаточными для решения задач обработки изображений земной поверхности в реальном масштабе времени. Предполагается также, что КА оснащен системой угловой стабилизации, обеспечивающей ориентацию камеры в сторону Земли, и находится на околокруговой орбите высотой 500— 900 км.

Известно также^что в некоторый момент времени имеется оценка координат и скорости КА, полученная из внешнего (по отношению к перечисленному выше оборудованию) источника; после чего данные о параметрах движения центра масс КА из внешних источников не" могут быть использованы в течение продолжительного времени. Требуется:

• сформировать облик автоматической системы, обеспечивающей решение задачи автономной навигации по наземным ориентирам с приемлемой точностью и учетом технических ограничений;

• путем имитационного моделирования процесса навигации показать работоспособность разработанного комплекса алгоритмов и моделей, а также получить априорную оценку точности автономной навигации в зависимости от таких факторов, как орбита и характеристики КА, состав и характеристики бортовой аппаратуры и других факторов, включая неконтролируемые, влияющих как на возможность проведения измерений, так и на их точность.

Суть предлагаемой методики решения задачи навигации состоит в следующем:

® на Земле на основе априорных данных формируется каталог наземных ориентиров, «привязанных» к гринвичской системе координат;

• в процессе полета периодически формируются текущее (полученное с помощью аппаратуры наблюдения) и эталонное (формируемое с помощью бортового компьютера) изображения подстилающей поверхности;

• полученные текущее и эталонное изображения обрабатываются с целью идентификации одноименных элементов (ориентиров) и определения их координат на текущем изображении;

• на основе результатов обработки изображений формируются, навигационные углы;

• навигационные углы обрабатываются совместно с текущей оценкой вектора состояния КА с целью его уточнения.

Выделены две основные составляющие задачи навигации по наземным ориентирам (НО): задача обработки изображений, которая подробно не рассматривается в данной работе, и задача навигации по информации, полученной в результате обработки изображений. Проанализировано понятие «ориентир», под которым в зависимости от вида камеры и алгоритмов обработки изображений понимается точка, линия, контурное изображение, фрагмент изображения или все изображение. Проведен также анализ способов формирования каталога наземных ориентиров. Наиболее целесообразным вариантом представляется построение каталога ориентиров на Земле таким образом, что в бортовые запоминающие устройства записывается только «полезная» информация, то есть не карта или эталонные изображения как таковые, а описания в сжатой форме характерных элементов местности, таких как контуры, то есть линии, соответствующие резким перепадам энергетической яркости на изображениях, что позволяет уменьшить объем каталога на несколько порядков практически без уменьшения его информативности.

Предложены конкретные варианты реализации рассматриваемой технологии, характеризующиеся различным составом и структурой системы и предназначенные для решения различных прикладных задач, в том числе с использованием широкопольных звездных приборов (ШЗП) (Рис. 1а) и

другого дополнительного навигационного оборудования совместно с камерой, включая вариант безгироскопной системы автономной навигации с использованием приемника ГНС, камеры и магнитометра, а также без дополнительного навигационного оборудования (Рис. 16).

Преимуществом первого варианта является более высокая точность навигации при более низких требованиях к камере, однако при этом требуется наличие ШЗП. Системы с использованием другого навигационного оборудования позволяют как увеличить точность системы навигации, так и повысить ее надежность. Преимуществом последнего варианта являются минимальные требования к составу навигационного оборудования при более низкой точности. Далее в данной работе рассматриваются первый и последний варианты.

Проведена классификация неконтролируемых факторов, присутствующих в рассматриваемой технической задаче, в соответствии с которой они разбиты на несколько основных групп:

1. Факторы, определяющие принципиальную возможность проведения наблюдений, например:

• наличие облачности;

• характер подстилающей поверхности;

• время суток;

• ограничения на минимальный интервал между измерениями.

2. Ошибки угловых измерений, например:

. • Ошибка, вызванная неточностью привязки аппаратуры к приборной системе координат и взаимной привязки приборов.

• Ошибки, связанные с обработкой изображений.

3. Другие виды ошибок:

• Ошибка прогнозирования движения КА.

• Ошибка, вызванная неточностью определения момента получения кадра земной поверхности и данных с других приборов.

На основе анализа перечисленных неконтролируемых факторов показано, что в рамках данной технической задачи лишь для некоторых из них могут быть построены адекватные стохастические модели (прежде всего это касается факторов, определяющих возможность проведения наблюдений), однако, в то же время, для многих неконтролируемых факторов (в первую очередь, ошибок угловых измерении) построение адекватных стохастических моделей при имеющемся уровне априорной информации не представляется возможным, а потому необходим их учет при моделировании исходя из условия их наихудшего влияния на точность процесса навигации.

б)

Pua 1 Схемы формирования навигационных углов и соответствующие функциональные схемы системы навигации

а) при измерении углов ШЗП — КА — НО;

б) при измерении углов НО — КА — НО

Глава 2. Математические модели и алгоритмы навигации

В Главе 2 определен состав математических моделей, необходимых для решения задачи автономной навигации по наземным ориентирам, а также их математическая форма; рассмотрены модели ошибок угловых измерений и неконтролируемых факторов, определяющих возможность проведения навигационных измерений: вида подстилающей поверхности, ракурса освещения, облачного покрова; проведен сравнительный анализ различных методов фильтрации применительно к рассматриваемой задаче.

Определен состав факторов, которые необходимо учесть в модели движения. Показано, что в рассматриваемой задаче, характеризующейся сравнительно большими ошибками измерений, использование высокоточной модели движения нецелесообразно, и в состав модели движения достаточно включить лишь модель гравитационного поля Земли с точностью до второго члена разложения гравитационного потенциала в ряд по сферическим функциям и модели сопротивления атмосферы.

Предложена схема формирования навигационных углов на основе результатов обработки изображения подстилающей поверхности; разработаны соотношения для пересчета результатов обработки изображения в навигационные углы.

Разработаны модели угловых измерений для различных конфигураций бортового навигационного оборудования, в том числе конфигурации, включающей широкопольные звездные приборы (с использованием навигационных углов ШЗП — КА — НО), а также для случая, когда на изображении обнаружены несколько ориентиров, и навигационные углы формируются как углы между линиями визирования этих ориентиров (НО —КА —НО).

Соотношения для расчета навигационных углов в на борту по результатам измерений имеют следующий вид.

При использовании углов между линиями визирования ориентиров / и

Г-

9:] ^агссо^й^),

где пк — орт направления на /-й ориентир в системе координат, связанной с камерой.

При использовании углов между линией визирования ориентира и ШЗП:

О = агссоБ^ п,ю),

где пх,пно — орты направления оси ШЗП и линии визирования наземного ориентира, соответственно, определяемые в приборной системе координат.

Соотношения для расчета прогнозируемых значений навигационных углов имеют следующий вид.

Для углов НО — К А — НО:

ОД

• 9 у = arccos

где Дxj, Ду;, Azj — разности координат в абсолютной системе коорди-наг центра масс КА и наблюдаемого ориентира j, D,-- -^bxf + by* + bzf — дальность от центра масс КА до наблюдаемого ориентира. Для углов ШЗП — КА — НО:

cos«,, cos/,. Ах. +sinor1,cos7l,Av + sin ^

,л,=агссо5| в

где аг„ уу —' орбитальное восхождение и орбитальное склонение точки небесной сферы, в которую направлена оптическая ось ШЗП к

Проведен анализ чувствительности компонент вектора измерения к изменению компонент вектора состояния в зависимости от состава и характеристик навигационного оборудования, на основе которого сформулированы рекомендации по его характеристикам и размещению с точки зрения оптимизации чувствительности, подтвержденные результатами имитационного моделирования, описанными в Главе 3.

Разработаны соотношения для определения координат наблюдаемого объекта по известным координатам КА и ориентации линии визирования.

Приведена методика моделирования а.эдитивных ошибок угловых измерений, в соответствии с которой результирующая ошибка формируется как комбинация быстроменяющихся ошибок, формирующего фильтра и детерминированного синусоидального процесса. При этом ошибки вносятся как по углам привязки камеры (то естъ, при наличии нескольких ориентиров на одном кадре эта часть ошибки является общей для всех навигационных углов, сформированных на основе одного кадра; эта составляющая ошибки соответствует ошибкам определения углов привязки камеры к приборной системе координат), так и по каждому ориентиру (эта составляющая соответствует, прежде всего, ошибкам,-являющимся следствием обработки изображений).

и

Разработана методика моделирования неконтролируемых факторов определяющих возможность проведения измерений, а именно, облачности, тапа подстилающей поверхности, освещения и специфики алгоритма обработки изображений. Методика основана на том, что для проведения наблюдения необходимо, чтобы та часть кадра, которая потенциально может содержать ориентиры и не закрыта облаками, имела площадь, достаточную для того, чтобы алгоритм обработки мог привязать необходимое количество ориентиров (один или три для рассматриваемых конфигураций).

Путем сравнительного анализа алгоритмов обработки угловых измерений в качестве наиболее перспективного выбран обобщенный рекуррентный байесовский алгоритм оценивания. Вследствие присущей ему адаптивности к неконтролируемым факторам различной природы он позволяет наиболее адекватно учитывать следующие особенности рассматриваемой задачи оценивания движения по угловым измерениям:

• сложный характер ошибок, представляющих собой комбинацию быстроменяющихся, систематических и неопределенных ошибок измерений, а также возмущений модели движения;

• взаимную корреляцию ошибок различного рода, являющуюся, прежде всего, следствием специфического метода формирования измеряемых параметров;

• отсутствие чувствительности по скорости и плохую чувствительность по положению в некоторых направлениях (по высоте при измерении углов ШЗП — КА — НО и в горизонтальной плоскости при измерении углов НО —КА —НО);

• сравнительно малое количество измерений и продолжительные (до нескольких витков) интервалы прогнозирования.

Глава 3. Анализ работоспособности и эффективности предлагаемых методов и алгоритмов навигации

В Главе 3 с целью завершения исследований по.формированию облика системы путем анализа работоспособности разработанных методов, математических моделей и алгоритмов автономной ; навигации КА по наземным ориентирам, а также получения априорной рценки/точности и анализа влияния неконтролируемых факторов на точно<?ть автономной навигации описано имитационное моделирование процесса автономной навигации по наземным ориентирам. Рассмотрены пределы применимости предложенного комплекса моделей и алгоритмов навигации и сформулированы соответствующие требования к бортовой аппаратуре.

500 600 700 ЙОО 900

Высоте орбиты, ш

-,-;-I-}-<-1-1--Г~

500 600 700 воо 600

Высот« орбиты, ш

Рис. 2 Влияние высоты орбиты па точность навигации

а) при измерении углов НО — КА — ШЗП

б) при измерении углов НО — КА — НО

Высота орбиты, ►

Высота орбиты, км

.600

700 всю ©ос

Высота орбиты, км, .-'!■._

Рис. 3 Влияние высоты орбиты на точность оценивания элементов орбиты

Моделирование проводилось для двух основных конфигураций бортовой аппаратуры, в одной из которых используются ШЗП и камера, а в другой единственным источником навигационной информации является камера. Точность навигации оценивалась с помощью следующих критериев: средняя ошибка, размер трубки, в которой ошибка находится с вероятностью 95 %, и максимальная ошибка. Кроме того, были получены оценки ошибок в орбитальной системе координат и точности определения элементов орбиты.

Показано, что для КА, оснащенных оптоэлектронным оборудованием наблюдения земной поверхности с разрешением порядка нескольких десятков — сотен метров и находящихся на околокруговых орбитах высотой 500 — 900 км, максимальная ошибка решения задачи навигации автоматической системой навигации по наземным ориентирам составляет от нескольких сотен до тысяч метров в зависимости от орбиты КА, характеристик КА и камеры.

Наиболее важными факторами, определяющими точность навигации в установившемся режиме, являются высота орбиты КА (Рис. 2, Рис. 3) и ошибки угловых измерений (Рис. 4а, б). При этом, если в первой из упомянутых конфигураций определяющей является ошибка привязки камеры к приборной СК, а разрешение камеры вносит значительно меньший вклад в суммарную ошибку, то во второй основным источником ошибок угловых измерений являются ошибки, возникающие при обработке изображений. Величина последних, в свою очередь, напрямую зависит от разрешения камеры. При наличии ШЗП в составе системы навигации точность навигации в целом выше, чем без ШЗП. Кроме того, на точность работы системы без ШЗП оказывает значительное влияние поле зрения камеры: при его увеличении точность значительно увеличивается, в то время, как в конфигурации с ШЗП размер поля зрения практически не влияет на точность навигации (Рис. 4 в, г).

Что касается влияния неконтролируемых факторов на проведение измерений, показано, что большее значение играет не абсолютное количество измерений, а их распределение во времени, в частности, определяемое рабочим диапазоном камеры (Рис. 4 д). В то же время, сокращение минимального интервала между измерениями, вызывающее многократное увеличение количества измерений, незначительно сказывается на точности навигации (Рис. 4 е).

Анализ эволюции ошибки навигации показал, что процесс навигации сходится при начальной неопределенности до нескольких десятков километров по положению и десятков метров в секунду по скорости, при этом процесс достигает установившегося состояния за период от нескольких витков до нескольких дней.

; /

1000 —

о--

о

Уакоимал!

Д) е)

Рис. 4 Зависимость точности автономной навигации от характеристик аппаратуры

а, в) при измерении углов НО — КА — ШЗП

б, г) при измерении углов НО — КА — НО

д) при использовании различных диапазонов камеры и измерении углов НО — КА — ШЗП

е) при измерении углов НО — КА — ШЗП

Результаты моделирования показали также, что параллельно решению задачи автономной навигации рассмотренная система может быть использована для обнаружения и распознавания объектов на земной поверхности и определения их координат с точностью, сравнимой с точностью навигации (то есть максимальная ошибка составляет сотни метров — единицы километров).

Результаты моделирования показали, что рассматриваемый метод навигации КА сохраняет работоспособность для орбит высотой от 300 км до геостационарной, с эксцентриситетом от 0 до 0.1, наклонением от 0° до 180°; разрешение камеры варьировалось от единиц метров до километров, а минимальный интервал между измерениями — от долей секунды до одного витка. Во всем диапазоне изменения перечисленных параметров максимальная ошибка решения задачи навигации составляет в зависимости от сочетания упомянутых параметров от сотен метров в лучшем случае до десятков километров в худшем, однако, процесс оценивания не теряет устойчивости, ошибка вектора состояния сходится максимум через несколько суток к установившемуся состоянию. Таким образом, пределы применимости данной технологии определяются, в основном, требованиями по точности и ограничениями на выбор состава и характеристик навигационной аппаратуры.

С целью получения максимальной точности автономной навигации по наземным ориентирам на основе результатов имитационного моделирования были сформулированы рекомендации по выбору орбиты КА, его конструктивных параметров и соответствующей аппаратуры. К сожалению, как правило, выполнить большинство из приведенных рекомендаций не представляется возможным, поскольку, как отмечалось во Введении, в системе навигации целесообразно использовать аппаратуру, установленную на КА для решения целевых задач, вследствие чего параметры орбиты КА, характеристики КА и аппаратуры выбираются исходя из требований, предъявляемых необходимостью решения этих задач.

Приложение 1 содержит краткий обзор современных и перспективных систем дистанционного зондирования с точки зрения их применимости для решения задачи навигации по наземным ориентирам.

Приложение 2 содержит описание созданного в рамках данной работы программного комплекса, предназначенного для исследования точностных характеристик комплекса моделей и алгоритмов автономной навигации по наземным ориентирам.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Сформирован облик автоматической системы автономной навигации по наземным ориентирам для КА, оснащенных оптоэлектронным оборудованием наблюдения земной поверхности. _ ________________ ______

2. Предложены конкретные варианты реализации, в том числе, состава н структуры систем навигации по нажмным ориентирам.

3. Проведены классификация и анализ неконтролируемых факторов различной природы, определяющих, в конечном счете, точность решения задачи навигации, а также предложены методы учета и компенсации влияния этих факторов.

4. Создан инструментарий, включающий математические модели угловых измерений, учитывающие неконтролируемые факторы различной физической природы, и алгоритмы их обработки для различных конфигураций бортового навигационного оборудования.

5. Разработан специализированный программный комплекс, предназначенный для исследования характеристик процесса автономной навигации КА по наземным ориентирам путем его имитационного моделирования.

6. Показано, что для КА, оснащенных оборудованием наблюдения земной поверхности с разрешением порядка десятков — сотен метров и находящихся на околокруговых орбитах высотой 500 — 900 км, рассматриваемый метод навигации позволяет получить максимальную ошибку решения задачи навигации от нескольких сотен до тысяч метров в зависимости от параметров орбиты КА, характеристик КА и камеры. Исследовано влияние параметров орбиты и характеристик аппаратуры и ограничений на проведение измерений на точность навигации в установившемся режиме, проведен анализ поведения ошибки навигации во времени. Показано также, что параллельно решению задачи автономной навигации рассмотренная система позволяет определять координаты наблюдаемых объектов с точностью, сравнимой с точностью навигации (то есть максимальная ошибка составляет сотни метров — единицы километров). Сформулированы требования к характеристикам КА и аппаратуры.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Красильщиков М. Н., Ким Н. В., Якобсон М. В. Автономная навигация по наземным ориентирам. Сб. тезисов докл. Всеросс. конф. «Проблемы совершенствования робототехнических и интеллектуальных систем летательных аппаратов». Москва, Изд. МАИ, 1996.

2. Jacobson, М. V. Autonomous Spacecraft Navigation Using Ground Landmarks. Proc. 6th Alumni Conference of the ISU, July 1997, Rice Univ., Houston, TX, USA

3. Jacobson, M. V. Positioning of Points on the Earth's Surface Observed from Space. Proc. 45th IAF Congress. Jerusalem, Israel, October 9-14, 1994. Paper ST-94-W.2-572.

4. Krasilshikov, M. N., Jacobson, M. V., Autonomous Spacecraft Navigation Using Ground Landmarks. Proc. 4th MAl/BUAA Intl. Symp. on Automatic Control. Moscow, Russia, August 28-30, 1997. pp. 34-38.

5. Krasilshikov, M. N., Jacobson, M. V., Kim, N. V. Autonomous Disaster Detection, Recognition and Positioning System. Proc. 3rd MAI/BUAA Intl. Symp. on Automatic Control. Beijing, China, 1995.

6. Krasilshikov, M. N., Jacobson, M. V., Kim, N. V. Development of Algorithms and Software for Autonomous Spacecraft Positioning System Based on Earth Observation. Proc. 46th IAF Congress. Oslo, Norway, October 2-6, 1995. Paper IAF-95-A.6.05