автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Формирование облика резервного контура интегрированной системы навигации и определения ориентации малого искусственного спутника Земли

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

В.1 Автономная навигация ИСЗ

В.2 Состояние и тенденции развития спутниковых систем

В.З Краткая характеристика диссертационной работы

1. ПОСТАНОВКА ТЕХНИЧЕСКОЙ ЗАДАЧИ

1.1 Варианты построения интегрированной системы.

1.2 Структура резервного контура

1.3 Анализ неконтролируемых факторов сопровождающих работу резервного контура

1.4 Метод исследования работоспособности интегрированной системы.

1.5 Выводы по главе

2. ФОРМИРОВАНИЕ СОСТАВА МОДЕЛЕЙ И АЛГОРИТМОВ РЕЗЕРВНОГО ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЙ КОНТУРА ИНТЕГРИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ НАВИГАЦИИ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОРИЕНТАЦИИ.

2.1 Математическая модель движения центра масс ИСЗ

2.2 Математическая модель движения вокруг центра масс ИСЗ

2.3 Математические модели измерений

2.4 Алгоритмы обработки угловых измерений

2.5 Исходные данные моделирования резервного контура

2.6 Результаты моделирования

2.7 Выводы по главе

3. ФОРМИРОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ И АЛГОРИТМОВ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЖИМОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ РЕЗЕРВНОГО КОНТУРА В СОСТАВЕ ИНТЕГРИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ

3.1 Математические модели и алгоритмы

3.2 Исходные данные для моделирования

3.3 Результаты комплексирования основного и резервного контуров

3.4 Результаты моделирования активной системы стабилизации

3.5 Результаты моделирования блока обработки изображения

3.6 Выводы по главе 117 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 119 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 122 ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ СИСТЕМЫ КООРДИНАТ.

Список сокращений

БЦВК бортовой цифровой вычислительный комплекс

БЦВМ бортовая цифровая вычислительная машина

ГНС глобальная навигационная система

ГрСК земная связанная (гринвичская) система координат

ДУ двигательная установка

ДУС датчик угловой скорости

ИК инфракрасный

ИНС инерциальная навигационная система

ИнСК инерциальная система координат

ИСЗ искусственный спутник земли

КЭНС корреляционно-экстремальная навигационная система

JIA летательный аппарат

JIB линия визирования

МАФ международная астронавтическая федерация

МОПС миллион операций в секунду

МФЛОПС миллион операций с плавающей точкой в секунду (от англ. million of floating point operations per second, MFLOPS)

НИП наземный измерительный пункт

НКУ наземный комплекс управления

НО наблюдаемый объект, наземный ориентир

НФ неконтролируемые факторы

ОпСК опорная система координат

ОРБА обобщенный рекуррентный байесовский алгоритм

ОрбСК орбитальная система координат

ПОЗ прибор ориентации на землю

ПрСК приборная система координат

СвСК связанная система координат

СК система координат

СКО среднее квадратическое отклонение

ТИ текущее изображение

ЦИ центр изображения

ЦМ центр масс

ШЗП широкопольный звездный прибор

ЭИ эталонное изображение

ESA европейское космическое агентство

В.1 Автономная навигация ИСЗ

Эффективность решения любой целевой задачи, возлагаемой на искусственный спутник Земли "(ИСЗ), связанной с ориентацией бортовой аппаратуры в заданном направлении, в частности, задач телекоммуникации и дистанционного зондирования, во многом зависит от точности работы систем навигации, ориентации и стабилизации, то есть, при прочих равных условиях, от точности определения параметров движения ИСЗ и обеспечения требуемого углового положения ИСЗ относительно направления на заданный объект.

В общем случае задача определения ориентации ИСЗ не решается без информации о положении и скорости ИСЗ, т.е. решенной задачи навигации, поэтому задачу навигации и определения ориентации следует рассматривать в целом как комплексную.

Решение задач навигации и определения ориентации применительно к ИСЗ подразумевает выполнение следующих основных операций:

• измерение навигационных параметров, то есть величин, явно или неявно связанных с компонентами вектора состояния ИСЗ, как правило, включающего или координаты и скорость его центра масс или параметры орбиты, которые непосредственно измерить невозможно;

• оценку и прогноз компонент вектора состояния ИСЗ;

• решение сопутствующих задач, в первую очередь, задачи оптимального планирования навигационных измерений [32].

Традиционно для решения задач навигации и определения ориентации используется специальная аппаратура, как правило, не предназначенная для каких-либо дополнительных функций. Подобный подход оправдан с точки зрения надежности функционирования ИСЗ в целом в особенности, если система навигации и определения ориентации содержит несколько дублирующих контуров. Использование узкоспециализированной аппаратуры приводит, кроме того, к повышению точности решения задач навигации и определения ориентации ИСЗ. С другой стороны, принятые меры обеспечения точности и надежности системы приводят к ухудшению таких показателей как габариты, масса, энергопотребление и, в конечном счете, стоимость системы.

В настоящее время наиболее распространенным способом навигации ИСЗ является использование измерений, проводимых с помощью наземных комплексов управления (НКУ) [19]. Недостатком данного подхода является необходимость поддержания сети наземных измерительных пунктов, размещенных по всей поверхности Земли, что требует значительных затрат или невозможно по политическим или иным причинам. К недостаткам этого метода можно отнести и его недостаточную масштабируемость с точки зрения количества поддерживаемых ИСЗ, что связано с ограниченностью пропускной способности каналов связи. Обойти эти ограничения возможно переносом части функций НКУ на борт ИСЗ, т.е. сделать систему навигации полностью или частично автономной, когда решение навигационной задачи осуществляется на основе данных, получаемых бортовой навигационной аппаратурой, работающей независимо от средств навигации и связи, находящихся на Земле, других небесных телах или на других ИСЗ.

Применительно к задаче определения ориентации ИСЗ на сегодняшний момент наибольшее распространение получили системы на основе оптико-электронных устройств, проводящих угловые измерения (звездные датчики различных типов, приборы ориентации на Землю и Солнце) и сочетание этих приборов с инерциальными системами. Построение систем навигации и определения ориентации на основе датчиков направления на Землю или Солнце приемлемо, если не требуется высокая точность работы систем вследствие низких точностных характеристик датчиков. Когда речь идет о точностях выше 0,1°, в частности, при наведении аппаратуры связи для поддержания постоянного информационного канала, такие системы применяться не могут.

Другим, широко используемым средством навигации и определения ориентации в настоящее время являются системы инерциальной и астроинерциальной навигации. Подобные системы требуют периодического использования внешних источников навигационной информации как для юстировки навигационной аппаратуры, так и для периодической компенсации систематических погрешностей [68]. Напомним, что общим недостатком всех вышеупомянутых систем является то, что используемая ими дорогостоящая аппаратура необходима только для навигации и определения ориентации и не может быть задействована в решении целевых задач.

На сегодняшний день одной из перспективных систем навигации ИСЗ является система, построенная на основе потребительской аппаратуры глобальных спутниковых радионавигационных систем (ГНС) ГЛОНАСС (Россия) [8] и GPS (США) [67]. Несмотря на то, что этот метод обладает высокой точностью определения навигационных параметров и, фактически, позволяет перейти от постоянного обслуживания каждого ИСЗ с помощью наземного комплекса управления к обслуживанию только созвездия навигационных ИСЗ, он имеет ряд недостатков, ограничивающих его широкое распространение. К таким недостаткам следует отнести неполную автономность и отсутствие гарантированной стабильности навигационного поля для всех потребителей. Вследствие этого такая система не может считаться достаточно надежной. В дополнение к этому, система определения ориентации, основанная на фазовых измерениях аппаратуры ГЛОНАСС/GPS, не всегда удовлетворяет заданным требованиям точности в первую очередь в силу ограничения на габариты ИСЗ и его антенной системы [55].

Таким образом, представляется актуальным создание интегрированной системы навигации и определения ориентации, использующей потребительскую аппаратуру ГЛОНАСС/GPS, и включающую для повышения надежности и точности системы в целом так называемый резервный контур, использующий для решения навигационной задачииные физические принципы.

В рамках данной работы понятие «интегрированная система рассматривается следующим образом:

1. решение задач навигации и определения ориентации формируется в результате интеграции (комплексирования) выходных данных основного (ГЛОНАСС/GPS) и резервного контуров;

2. функции двух контуров реализуются единым бортовым вычислительным комплексом;

3. существуют режимы работы системы, обеспечиваемые функционированием лишь резервного контура, некоторые параметры которого определены предварительно по данным основного;

4. параллельно с интегрированной системой разрабатывается инструментальная среда для ее отработки и испытаний.

Наиболее целесообразно, с точки зрения уменьшения состава бортового оборудования и уменьшения затрат в качестве навигационной аппаратуры резервного контура использовать целевую аппаратуру ИСЗ, например оптико-электронный комплекс наблюдения земной поверхности или магнитометры.

Применение для навигации целевой аппаратуры предполагает использование измерений параметров естественных физических полей Земли (гравитационное, рельеф, магнитное поле, изображение подстилающей поверхности). Попытки построить автономную систему навигации JIA по геофизическим полям осуществлялись давно [4, 30], и если для атмосферных JIA подобные системы были реализованы, то для ИСЗ они остались на уровне проектов, и на сегодняшний день полностью автономных систем навигации и определения ориентации ИСЗ не существует. Их реализации препятствовал ряд причин. Во-первых, поле должно быть достаточно хорошо изучено; его характеристики должны быть предсказуемы в необходимый момент времени в необходимой области пространства с достаточной точностью, иными словами, должна существовать адекватная модель поля. Во-вторых, должна существовать возможность физически реализовать пригодную для использования на КА аппаратуру для измерения требуемых характеристик поля. В-третьих, алгоритмы обработки данных, полученных путем измерения параметров поля бортовой аппаратурой, должны быть реализуемы на борту и обеспечивать необходимую точность.

Рассмотрим, с учетом сказанного выше, возможные варианты построения автономных систем навигации.

Автономные системы навигации и определения ориентации на основе измерений магнитного поля Земли активно разрабатывались в последние годы во всем мире [48, 49, 52, 72, 73,76]. Как показали проведенные исследования этих систем, недостаточная изученность и нестабильность магнитного поля Земли и, как следствие, неточности моделей и большие погрешности измерений, проводимых магнитометрами, приводят к неточному определению параметров движения ИСЗ: положение оценивается с точностью до ста километров, а ориентация не лучше одного градуса.

Исследователями из NASA рассматривались различные варианты калибровки магнитометров, которые позволили, в конечном итоге, улучшить точность навигации и определения ориентации на порядок [48]. Тем не менее, даже с учетом этих улучшений точность магнитометрических систем остается удручающе низкой. Следует заметить, что все приведенные выше исследования рассматривали спокойное магнитное поле Земли и не учитывали возможности магнитных штормов, что говорит об оптимистичности этих характеристик.

Анализ публикаций, посвященных навигации по изображениям подстилающей поверхности, например, [18, 35, 39, 44], показывает, что обычно детально рассматривается лишь одна из составляющих рассматриваемой задачи, связанная, как правило, с обработкой изображений. Например, в различных работах не учитываются особенности орбитального движения КА, характеристики аппаратуры, бортовых компьютеров, неконтролируемые факторы различной физической природы, влияющие на возможность и точность проведения измерений и т. д. Следствием такого подхода являются, как правило, завышенные оценки точности навигации КА или технически нереализуемые решения.

Построение автономной оптико-электронной системы только для решения задачи навигации по наземным ориентирам и исследование ее точности проводилось в диссертационной работе М.В. Якобсона [44], где была предложена система навигации, использующая оптико-электронную аппаратуру наблюдения звездного неба и земной поверхности с целью определения координат наземных ориентиров. Эта система позволяет определять положение ИСЗ в пространстве с точностью до единиц километров вдоль околокруговой орбиты в зависимости от состава бортовой аппаратуры, ее характеристик и сочетания неконтролируемых факторов.

Одно из достоинств и особенностей такой автономной системы навигации, а именно способность обходиться без информации об угловом движении ИСЗ вокруг своего центра масс, породило основной ее недостаток — невозможность определять параметры орбиты ИСЗ по одному ориентиру в кадре без дополнительной информации.

Попадание в поле зрения камеры трех и более ориентиров, необходимых для одной из конфигураций рассмотренных в [44], достаточно маловероятно и навигационные измерения становятся редким событием, что существенно сказывается на точности системы. Кроме того, для любых трех ориентиров существуют плоскости неоднозначности, в которых один результат измерений может соответствовать нескольким (до 4-х) различным положениям ИСЗ в этой плоскости [77]. Выбор истинного измерения на основе наблюдения трех ориентиров не представляется возможным. При совпадении плоскости орбиты с упомянутой плоскостью возможна серия ложных измерений, приводящая к срыву навигации. Следует заметить, что измерения проводятся под воздействием большого набора неконтролируемых факторов, влияющих на точность, и для получении серии ложных измерений плоскости не обязательно должны совпадать. Применение рекуррентных байесовских алгоритмов обработки измерений в данной ситуации не способно выправить ситуацию, поскольку после серии ложных измерений возможен длительный интервал прогноза (до трех витков). После этого прогноза проведение измерений, основанных на распознавании наземных ориентиров, будет невозможно из-за несовпадения эталонного изображения, выбираемого по результатам прогноза движения ИСЗ, с текущим изображением.

Еще одной особенностью системы, рассмотренной в [44], является требование о наличии на борту цифровой карты подстилающей поверхности или каталога наблюдаемых ориентиров. Эта особенность связана с методом формирования измерений и свойственна для любых вариантов указанной системы. В дополнение к трудностям формирования каталога, описанным в [44], необходимо заметить, что размер такого каталога зависит от множества факторов (векторный или растровый вид эталонов, разрешение, глубина цвета, контурные или площадные ориентиры, и т.п.). При самых скромных требованиях и самых компактных методах описания ориентиров и хранения эталонных изображений размер базы данных будет достигать сотен мегабайт, причем, чем выше требуется точность навигации, тем больше должен быть каталог.

Еще одним препятствием на пути формирования бортового каталога ориентиров может стать доступность и стоимость снимков земной поверхности, на основе которых будут создаваться эталонные изображения. Этот фактор может повлиять на стоимость системы в целом или привести к неравномерному распределению по земной поверхности зон наблюдения, содержащих ориентиры, что, в свою очередь, скажется на неравномерности проведения измерений и конечной точности навигации.

Иными словами, возможность создания подобной базы сопряжена с рядом факторов, перечисленных ниже, неучет которых существенным образом сказывается на точности решения задач навигации и определения ориентации:

• доступность информации для формирования базы данных,

• полнота охвата земной поверхности набором ориентиров,

• ограничение на размер бортовой базы данных,

• стабильность характеристик ориентиров,

• подбор данных для каждой конкретной орбиты.

Учитывая эти факторы, представляется очевидным, что не всегда возможно сформировать бортовую базу наземных ориентиров, удовлетворяющую заданным требованием. Поэтому в данной работе рассматривается схема функционирования резервного контура, позволяющая решать задачи навигации и определения ориентации без использования или с использованием ограниченной бортовой базы ориентиров, а именно схема, использующая обработку нескольких текущих (пакета) изображений [60].

Возможно построение системы автономной навигации с использованием камеры и одного или двух широкопольных звездных датчиков, при этом достаточно использовать лишь один распознанный ориентир. Однако, введение в систему звездного датчика (дорогостоящего прибора предназначенного специально для определения ориентации) с целью решения только задачи навигации представляется неоправданным. Очевидно, что наличие на борту ИСЗ какой-либо системы определения ориентации необходимо в любом случае для ориентации целевой аппаратуры и обеспечения требуемой точности обработки изображений. Заметим, что на основе одного или двух звездных датчиков, возможно построение самостоятельной системы навигации и определения ориентации [23].

Как уже указывалось выше, в данной работе предлагается использование оптико-электронного оборудования наблюдения земной поверхности как части интегрированной системы, в результате чего появляются следующие возможности:

• уменьшение нагрузки на НКУ путем реализации автономной навигации ИСЗ;

• уменьшение состава дополнительной бортовой аппаратуры (за счет исключения аппаратуры, предназначенной для решения только задачи навигации и ориентации);

• повышение надежности функционирования ИСЗ, на которых используется данная технология навигации, в целом;

• повышение оперативности обнаружения и распознавания стихийных бедствий (например, лесных пожаров, извержений вулканов, наводнений) и других интересующих объектов (например, автомобилей или судов) или локальных изменений (например, строящихся объектов) на получаемых изображениях в сочетании с высокоточным определением их координат;

• существенное уменьшение объема передаваемой на Землю информации при увеличении ее эффективности и информативности (за счет проводимой на борту обработки изображений).

При этом к бортовой аппаратуре предъявляются минимальные дополнительные требования, поскольку интегрированная система предполагает наличие бортового вычислительного комплекса повышенной мощности, способного обрабатывать изображения в реальном масштабе времени. Заметим, что во многих случаях он уже имеется на оснащенных аппаратурой наблюдения земной поверхности ИСЗ, где используется для решения целевых задач.

В то же время, рассматриваемому контуру присущи следующие недостатки:

• построение контура целесообразно только на тех ИСЗ, которые имеют на борту аппаратуру наблюдения земной поверхности, работающую в качестве полезной нагрузки. Разумность установки такой аппаратуры на борту ИСЗ только для решения задач автономной навигации, весьма сомнительна и, вероятно, в таких случаях более целесообразно рассмотреть возможность использования других методов навигации;

• при любом варианте реализации контура предъявляются высокие требования к мощности (прежде всего, быстродействию и объему памяти) бортового компьютера;

• точность навигации сильно зависит от характеристик оптико-электронной аппаратуры;

• необходимо проведение калибровки аппаратуры дистанционного зондирования с использованием внешних источников информации до начала работы резервного контура в автономной режиме;

• в некоторых случаях необходимо разделение ресурсов целевой аппаратуры между решением целевой задачи и функциями, необходимыми для решения задач навигации;

• точность, обеспечиваемая данным методом, сравнительно невысока (положение оценивается с точностью от нескольких сот метров до единиц километров, а ориентация от единиц угловых минут до одного градуса).

Однако, несмотря на перечисленные недостатки, рассматриваемая технология автономной навигации представляется весьма перспективной. Дело в том, что часть недостатков фактически представляет собой ограничения на использование рассматриваемого метода, присущие в той или иной степени любой технологии.

Другая часть недостатков, связанная с точностью, может быть преодолена. На сегодняшний момент область электроники, связанная с устройствами получения цифрового изображения, переживает значительный рост, что проявляется в появлении высокоточных чувствительных элементов с невысокой стоимостью. Можно предположить, что в самом ближайшем будущем зависимость точности навигации по наземным ориентирам от аппаратуры получения изображения будет играть второстепенную роль. Мощность бортового компьютера при современном уровне развития вычислительной техники тоже отходит на второй план.

Использование оптико-электронной аппаратуры для навигации и определения ориентации не в качестве отдельной системы, а как резервного контура интегрированной системы, использующей ГЛОНАСС/GPS технологии, позволяет провести калибровку оптико-электронной аппаратуры, в результате чего можно существенно повысить точность работы резервного контура.

В связи со сказанным выше, обсудим основные объективные предпосылки к созданию резервного контура автономных систем навигации ИСЗ, а именно, состояние и тенденции развития современных систем ИСЗ и систем оптического дистанционного зондирования земной поверхности.

В.2 Состояние и тенденции развития спутниковых систем

В последнее время развитие космических систем во многом определяется двумя факторами: с одной стороны, сокращаются государственные ассигнования в космическую отрасль, причем не только в России, но, в той или иной степени, во всех ведущих космических державах; с другой стороны, активно развиваются коммерческие космические системы, причем к ИСЗ и спутниковым системам предъявляются все более высокие требования, выполнение которых оказывается возможным только за счет быстрого прогресса в различных областях науки и техники. Рассмотрим, каким образом эти обстоятельства влияют на развитие ИСЗ и спутниковых систем.

В настоящее время на орбите функционирует несколько систем, состоящих из большого количества ИСЗ, планируется развернуть еще несколько подобных систем, прежде всего, систем связи (например, системы Гонец, Globalstar, Iridium, Teledesic и другие [71, 75]). При создании таких систем, с одной стороны, серийное производство ИСЗ, составляющих систему, позволяет уменьшить стоимость каждого ИСЗ, вместе с тем, такие многоспутниковые системы значительно увеличивают нагрузку на НКУ. Вследствие этого в последнее время активно ведется исследование возможности решения на борту ИСЗ, входящих в состав многоспутниковых систем, части задач, традиционно решаемых НКУ [39, 57], в том числе, задачи навигации.

Одновременно постоянно увеличивается время активного функционирования ИСЗ на околоземной орбите, достигая для разрабатываемых в настоящее время ИСЗ 7 — 15 лет, необходимость чего вызвана высокой стоимостью развертывания новых систем, замены вышедших из строя спутников, а также миграции пользователей с одной системы на. другую. Понятно, что для обеспечения такого времени функционирования необходимо радикальное увеличение надежности ИСЗ, что достигается не только повышением надежности отдельных компонентов, но и увеличение избыточности бортовых систем ИСЗ. Для этого может использоваться как обычное горячее или холодное резервирование, то есть использование принципиально одинаковых приборов для обеспечения резервирования, так и альтернативные структурные решения, в том числе с использованием оборудования, основанного на других физических принципах. При этом в истории космонавтики уже есть примеры использования целевой аппаратуры для решения несвойственных ей задач, например, имели место прецеденты использования научной аппаратуры (телескопа) взамен вышедшего из строя звездного датчика и магнитных катушек научных приборов для решения задач определения ориентации и стабилизации.

Несмотря на миниатюризацию в области электроники, размер «больших» спутников (с массой более 1 т.) постоянно увеличивается из-за возрастания функциональных возможностей, что связано с ростом массово—габаритных характеристик и энергопотребления значительной части целевой аппаратуры, необходимостью повышения надежности, в том числе путем увеличения степени резервирования, и другими причинами. В то же время, все более широко применяются малые спутники, как правило разрабатываемые и применяемые для отработки инновационных технологий, а также для решения различных задач научного и прикладного характера. Во многом в связи с развитием малых спутников в последнее время появился термин «система минимального состава», под которой понимается система, в которой традиционные задачи, например, задача навигации ИСЗ, решаются значительно уменьшенным (по сравнению с традиционным) составом оборудования. К таким системам можно отнести, упоминавшиеся выше, системы на основе магнитометров в качестве дешевого и легкого оборудования, позволяющего определять параметры движения центра масс и углового движения ИСЗ как в сочетании с другими бортовыми приборами (например, гироскопами), так и самостоятельно, что позволит свести состав системы навигации к минимуму путем создания безгироскопной системы автономной навигации и ориентации ИСЗ [75].

По сравнению с другими технологиями, прогресс в области вычислительной техники носит «взрывной» характер. Так, если процессоры БЦВК, используемые в настоящее время, имеют мощность менее 1 МОПС, то для разрабатываемых ИСЗ используются бортовые цифровые вычислительные машины (БЦВМ) с процессорами, имеющими быстродействие до сотен МОПС и более [69, 70]. Весьма характерным примером современного БЦВК является БЦВК малого ИСЗ (около 100 кг) PROBA [74]. В состав этого БЦВК входят универсальный процессор с быстродействием 10 МОПС и 2 МФЛОПС и 32-битный сигнальный процессор с быстродействием 15 МОПС и 45 МФЛОПС для обработки изображений на борту. При этом массово-габаритные характеристики БЦВК стремительно уменьшаются [69, 70].

Аналогичными темпами развивается и память. На сегодняшний момент существуют микросхемы оперативной памяти включающие в себя 256 Мбит. На современных ИСЗ уже есть прецеденты использования бортовой памяти объемом 90 Гбит [62]. .

Из сказанного выше следует, что актуальность разработки методов автономной навигации резко возрастает в настоящее время в связи с разработкой многоспутниковых низкоорбитальных систем, для создания которых привлекаются не только государственные средства, но и средства промышленно-финансовых структур. При этом, в связи с активным развитием БЦВМ представляется возможным и целесообразным разрабатывать системы, активно использующие обработку информации на борту, в том числе и системы навигации, основанные на бортовой обработке изображений земной поверхности.

Рассмотрим основные тенденции развития систем получения изображения земной поверхности. Наиболее заметной тенденцией в развитии таких систем является увеличение разрешающей способности, которая для перспективных коммерческих систем составляет единицы метров [54,62].

Известно, что создание оборудования, обладающего одновременно высоким разрешением и большим полем зрения, сопряжено с большими технологическими трудностями. Так, в настоящее время реально используются линейные приборы с зарядовой связью (ПЗС) размерностью не более нескольких тысяч элементов и матричные ПЗС, каждая из сторон которых также содержит не более нескольких тысяч элементов [53, 62]. Радиометры и другое бортовое оборудование, построенное на принципах, отличных от используемого в ПЗС, позволяют получать аналогичное соотношение, т. е. до нескольких тысяч элементов по ширине поля зрения. Вследствие этого при полосе обзора 1000 —2000 км и более, необходимой для организации глобального мониторинга земной поверхности с приемлемой частотой повторного наблюдения заданного участка земной поверхности, разрешение составляет от нескольких сот метров до нескольких километров. При использовании же разрешения порядка единиц — десятков метров, необходимого для детального анализа изображения, например, распознавания объектов, поле зрения не превышает десятков —сотен километров. В последнее время все более популярным становится решение этого противоречия следующим образом. На борту устанавливается два прибора для наблюдения земной поверхности, один из которых — низкого разрешения — используется для глобального обзора, а другой — высокого разрешения с возможностью перенацеливания по нормали к плоскости орбиты в пределах полосы обзора первого — для детального наблюдения. При наличии на борту средств оперативного автоматического анализа изображения такая комбинация оборудования позволит первым прибором обнаружить интересующий объект, а вторым — осуществить его детальную съемку с целью идентификации и определения координат на том же пролете [51]. Такой подход предполагается использовать, например, на ИСЗ пожарного мониторинга НОМОС [43] и FIRES [45]. В обеих системах постоянный обзор местности осуществляется оборудованием низкого разрешения. При этом полученные данные обрабатываются на борту и, в случае необходимости, на интересующие участки земной поверхности наводится аппаратура высокого разрешения. Такой подход позволяет получить детальный снимок обнаруженного объекта (в упомянутых случаях — пожара) при первом пролете над ним, в то время как для любой традиционной системы дистанционного зондирования интервал между обнаружением и детальной съемкой составляет от нескольких часов до нескольких дней [22].

Кроме того, использование матричных ПЗС в камере высокого разрешения позволяет получить в течение короткого промежутка времени подряд несколько снимков одного участка поверхности Земли. Это обстоятельство позволяет проводить пакетную обработку снимков и может существенно улучшить точность бортовой навигационной системы по наблюдениям земной поверхности вследствие увеличения избыточности измерений.

Еще одной тенденцией развития космических систем дистанционного зондирования является возможность осуществлять часть операций по обработке информации, в частности, изображений, на борту ИСЗ с целью уменьшения требований, предъявляемых к аппаратуре передачи данных на НКУ, и повышения качества передаваемой информации. Эта возможность появилась в последние годы благодаря повышению вычислительной мощности БЦВК. В настоящее время во многих странах ведутся работы по повышению эффективности использования бортовой аппаратуры наблюдения земной поверхности путем выполнения значительной части операций по обработке снимков на борту ИСЗ.

Кроме упомянутых выше систем НОМОС и FIRES и ИСЗ PROBA, примерами успешного применения данного подхода являются малые ИСЗ Iconos, Quick Bird, принадлежащих Space Imaging, и серия микроспутников UoSAT, разрабатываемых в Университете Суррей (Великобритания) [53, 54]. Путем использования обработки полученных изображений на борту, включающего автоматическое "отбраковывание" изображений по критерию информативности, выбор оператором интересующих снимков по уменьшенным изображениям и сжатие передаваемых изображений, удалось добиться увеличения количества передаваемых на Землю снимков в 3 — 5 раз, причем с повышенной долей качественных снимков.

Таким образом, развитие систем дистанционного зондирования в сочетании с ростом возможностей по обработке полученных изображений на борту создают реальные предпосылки для использования изображений не только по целевому назначению (для решения задач дистанционного зондирования), но и в других целях, например, для решения задач навигации и определения ориентации.

В.З Краткая характеристика диссертационной работы

Как показал приведенный выше анализ состояния и тенденций развития современных космических систем, систем дистанционного зондирования и оптических средств навигации, исследования в области разработки автономных интегрированных систем навигации и определения ориентации ИСЗ в настоящее время представляются весьма актуальными.

Целью данной работы является формирование облика резервного контура, использующего аппаратуру наблюдения земной поверхности, в составе интегрированной системы навигации и определения ориентации, использующей в качестве основных средств навигации ГЛОНАСС/GPS технологии. В рамках данной работы понятие «облик» включает:

• структуру контура и его место в интегрированной системе, состав бортовой аппаратуры, ее возможные сочетания и режимы работы,

• состав моделей и алгоритмов, обеспечивающих решение задачи навигации, включая ориентацию, как резервным контуром, так и всей системы в целом, с учетом влияния широкого спектра неконтролируемых факторов.

• характеристики резервного контура системы навигации и определения ориентации, включая априорную оценку точности навигации и ориентации, а также пределы применимости рассматриваемой технологии и требования к параметрам ИСЗ и аппаратуры.

В Главе 1 «Постановка технической задачи» сформулирована задача формирования резервного контура как части интегрированной системы, использующей ГЛОНАСС/GPS технологии. Проведен анализ особенностей контура, являющихся следствием формирования навигационных параметров на основе результатов обработки изображений. Предложена схема формирования навигационных углов на основе анализа изображений подстилающей поверхности (как единичного изображения, так пакета кадров). Разработаны возможные схемы реализации, как данного контура, так и интегрированной системы в целом. Проведен анализ неконтролируемых факторов, присутствующих в рассматриваемой задаче, предложены методы их учета и компенсации их влияния на точность процесса навигации.

В Главе 2 «Формирование состава моделей и алгоритмов резервного оптико-электронного контура интегрированной системы навигации и определения ориентации» определен состав моделей, необходимых для решения задач навигации и определения ориентации резервным контуром, а также их математическая форма. Разработаны модели угловых измерений для различных конфигураций бортового навигационного оборудования. Рассмотрены модели неконтролируемых факторов влияющих на возможность и точность проведение измерений. Определены возможные алгоритмы обработки угловых измерений, применимых к решению рассматриваемой задачи. Приведены результаты исследования (по методу имитационного моделирования) точности самостоятельного функционирования резервного контура в зависимости от характеристик бортовой аппаратуры, параметров орбиты ИСЗ и широкого спектра неконтролируемых факторов.

В Главе 3 «Формирование моделей и алгоритмов для исследования режимов функционирования резервного контура в составе интегрированной системы» сформированы алгоритмы, позволяющие совместно обрабатывать информацию от основного и резервного контуров с целью компенсации систематических ошибок резервного контура и повышения точности интегрированной системы в целом. Рассмотрены различные схемы совместной обработки информации от контуров. Показаны пределы применения технологии комплексирования по отношению к данной задаче. Выявлены зависимости эффективности комплексирования от параметров бортовой аппаратуры и неконтролируемых факторов. Сформированы модели активной системы стабилизации на основе двигателей-маховиков. Разработан алгоритм системы управления ориентацией и стабилизацией, использующий информацию резервного контура. Исследовано влияние активной системы стабилизации на точность функционирования резервного контура. Показано, что возможно построение активной системы управления ориентацией и стабилизацией ИСЗ на основе информации от резервного контура. Сформированы модели и алгоритмы для совместного имитационного моделирования резервного контура и блока обработки изображений, в ходе которого были выявлены дополнительные ограничения на применение рассматриваемого резервного контура. Было также показано, что использование дополнительной информации от блока обработки изображений о повороте текущего изображения относительно эталонного может существенно улучшить оцениваемость угла рысканья.

В результате исследований, проведенных в данной работе, получены следующие новые научные результаты:

1. сформирован облик резервного оптико-электронного контура в составе автономной интегрированной системы навигации и определения ориентации, использующей ГЛОНАСС/GPS технологии, для малого ИСЗ;

2. предложены конкретные варианты реализации как интегрированной системы в целом, так и ее резервного контура;

3. проведены классификация и анализ неконтролируемых факторов различной природы, определяющих, в конечном счете, точность решения задач навигации и определения ориентации резервным контуром, а также предложены методы учета и компенсации влияния этих факторов, в том числе с целью получения гарантированных оценок точности;

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

5. разработан специализированный программный комплекс, предназначенный для исследования характеристик автономной интегрированной системы навигации ИСЗ путем имитационного моделирования процессов ее функционирования;

6. показано, что для ИСЗ, оснащенных оборудованием наблюдения . земной поверхности с разрешением порядка десятков — сотен метров и находящихся на околокруговых орбитах высотой 500 — 900 км, рассматриваемый метод позволяет получить гарантируемую точность решения задачи навигации (в смысле максимальной ошибки навигации) не хуже единиц километров, а задачи определения ориентации не хуже одного градуса при наихудших сочетаниях неконтролируемых факторов. Проведен анализ поведения ошибок навигации и определения ориентации во времени; исследовано влияние параметров орбиты, характеристик аппаратуры и неконтролируемых факторов различной природы на точность навигации в установившемся режиме;

7. показано, что совместная обработка информации от основного и резервного контуров ■ позволяет оценить и компенсировать систематические ошибки последнего, а также улучшить точность определения ориентации интегрированной системой более чем в два раза;

8. показана возможность построения активной системы управления ориентацией и стабилизацией ИСЗ на основе информации от резервного контура;

9. показано, что использование пакетной обработки изображений позволяет повысить точность резервного контура и уменьшить размер бортового каталога ориентиров;

10. предложены рекомендации и ограничения по составу аппаратуры, по архитектуре, составу бортовых моделей и алгоритмов резервного контура.

Работа выполнена в Московском Авиационном Институте (Государственном техническом университете) под руководством профессора М. Н. Красилыцикова.

Апробация работы. Работы по тематике данной диссертации проводились в рамках научно-исследовательских работ, финансируемых Министерством Образования России и фондом INTAS [33,36-38]. Промежуточные результаты исследований докладывались автором на V-ой всероссийской конференции, Москва, МАИ, май 1999, VI-ой всероссийской конференции, Москва, МАИ, май 2002, 4-ой международной конференции Европейского космического агентства (ESA) по системам управления и контроля, Нордвик, Нидерланды, октябрь 1999, на конференции в впатории, июль 2000, 51-ом Конгрессе Международной Астронавтической Федерации (МАФ), Бразилия, октябрь 2000, 50-ом Конгрессе МАФ, Амстердам, 1999, и были опубликованы в соответствующих трудах или сборниках тезисов, а также в журналах «Полет» №3, 2000г. и «Известия РАН, Теория и системы управления» №2, март-апрель 2001 г [5,24-26,28,29,59,65].

Практическая значимость. Велись совместные работы с рядом российских и зарубежных университетов, имеющие своей целью реализацию автономной системы навигации по наземным ориентирам на ИСЗ, создаваемом Техническим университетом г. Дрезден (Германия) [55, 75].

На защиту выносятся следующие основные положения диссертационной работы: варианты состава и структуры резервного оптико-электронного контура в составе автономной интегрированной системы навигации и определения ориентации малого ИСЗ; комплекс моделей и алгоритмов, обеспечивающих .решение задач навигации и определения ориентации резервным контуром, как в автономном режиме, так и в составе интегрированной системы; результаты исследования характеристик резервного контура в составе интегрированной системы навигации и определения ориентации малого ИСЗ.

3.6 Выводы по главе

В Главе 3 сформированы необходимые математические модели и алгоритмы, обеспечивающие функционирование интегрированной системы навигации и определения ориентации при различных схемах работы и составах оборудования.

Показаны результаты исследования функционирования интегрированной системы по методу имитационного моделирования и продемонстрирована возможность улучшения характеристик работы как резервного контура за счет калибровки, так и основного за счет использования информации от оптико-электронных устройств.

Проведенное моделирование подтвердило предположение о том, что дополнительная информация от приемника ГЛОНАСС/GPS позволяет оценить величину систематической ошибки резервного контура и уменьшить ее влияние на точность определения ориентации резервной системой. Результаты моделирования показали, что ошибки оценки ориентации резервной системой на основе камеры не превышают 0,5 градуса, а на основе звездного датчика 5 угловых минут даже в наихудшем случае.

Показана возможность повышения точности оценивания ориентации основным контуром при использовании информации от резервного контура. Сочетание многоканального приемника ГЛОНАСС/GPS для оценки положения и аппаратуры наблюдения земной поверхности для определения ориентации позволяет оценивать ориентацию с ошибками, не превышающими 7 угловых минут.

Следует отметить, что сочетание приемника ГЛОНАСС/GPS для оценки положения и оптико-электронной аппаратуры для оценки ориентации, показало наилучшие точностные характеристики из всех рассматриваемых систем и, возможно, является оптимальным составом навигационного оборудования для малого ИСЗ.

Проведено имитационное моделирование, продемонстрировавшее принципиальную возможность построения активной системы управления ориентацией и стабилизацией ИСЗ на основе информации от резервного контура.

В ходе исследования были выявлены точностные характеристики такой системы и их зависимость от широкого спектра неконтролируемых факторов, параметров ИСЗ, и характеристик бортового оборудования.

Результаты моделирования показали, что ошибки оценки ориентации резервной системой на основе камеры не превышают 0,5 градуса даже при наихудшем сочетании неконтролируемых факторов.

Проведено совместное имитационное моделирование резервного контура и блока обработки изображений, в ходе которого были выявлены дополнительные ограничения на применение рассматриваемого резервного контура.

Было показано, что использование дополнительной информации от блока обработки изображений о повороте текущего изображения относительно эталонного может существенно улучшить оцениваемость угла рысканья и сделать точность оценивания ориентации в целом не хуже двадцати угловых минут.

Заключение

В результате проведенных исследований получены следующие основные результаты.

1. Сформирован облик резервного контура автономной интегрированной системы навигации и определения ориентации, включая состав и структуру контура, состав и вид моделей и алгоритмов, обеспечивающих решение задач навигации и определения ориентации, и оценку характеристик системы для малых ИСЗ, оснащенных оптоэлектронным оборудованием наблюдения земной поверхности с разрешением порядка десятков — сотен метров и находящихся на околокруговых орбитах высотой 500 — 900 км.

При этом показано, что, в зависимости от параметров орбиты, характеристик ИСЗ и бортового оборудования, достигается точность решения задачи навигации (в смысле максимальной ошибки навигации) от нескольких сотен метров до единиц километров, а точность определения ориентации лежит в пределах от единиц угловых минут до одного градуса.

2. Проведены классификация и анализ неконтролируемых факторов различной природы, влияющих как на возможность проведения измерений, так и на их точность, и определяющих, в конечном счете, точность работы резервного контура. Предложены методы учета этих факторов. На основе анализа неконтролируемых факторов показано, что в рамках данной задачи лишь для некоторых из них могут быть построены адекватные стохастические модели, прежде всего, это касается факторов, определяющих возможность проведения наблюдений. В то же время, для многих факторов 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.

3. Разработаны математические модели измерений с учетом перечисленных выше неконтролируемых факторов различной физической природы для различных схем функционирования резервного контура на основе анализа изображений постилающей поверхности, соотношения для пересчета результатов обработки изображения в навигационные углы, нелинейные модели угловых измерений для различных конфигураций бортового навигационного оборудования.

4. Разработан специализированный программный комплекс, предназначенный для получения результатов, характеризующих точность работы резервного контура и позволяющих определять требования к характеристикам КА и бортовой аппаратуре путем имитационного моделирования процессов функционирования резервного контура как в автономном режиме, так и в составе интегрированной системы для различного состава бортового оборудования, с учетом упомянутых неконтролируемых факторов.

5. Исследованы характеристики резервного контура путем имитационного моделирования процесса навигации с помощью созданного программного комплекса.

Наиболее важными факторами, определяющими точность навигации в установившемся режиме являются высота орбиты КА и ошибки угловых измерений; при увеличении последних ошибка навигации увеличивается по линейному закону, а при увеличении высоты орбиты — существенно уменьшается. Факторами, наихудшим образом влияющие на оценку ориентации, являются систематические ошибки угловых измерений.

Исследование влияния неконтролируемых факторов на проведение измерений показало, что большее значение играет не абсолютное количество измерений, а их распределение во времени: сокращение интервалов прогноза между сеансами измерений более существенно влияет на точность, чем увеличение количества измерений в сеансе.

Анализ эволюции ошибок оценок, что процесс оценивания сходится при начальной неопределенности до нескольких десятков километров по положению и десятков градусов по ориентации, при этом процесс достигает установившегося состояния за период от единиц витков до суток.

7. Исследованы характеристики резервного контура, функционирующего как часть интегрированной системы. Сформированы модели и алгоритмы для решения задачи совместной обработки информации от обоих контуров.

Показана возможность улучшения характеристик работы как резервного контура за счет калибровки, так и всей интегрированной системы в целом за счет совместной обработки информации, поступающей от контуров.

Проведенное моделирование подтвердило предположение о том, что дополнительная информация от приемника ГЛОНАСС/GPS позволяет оценить величину систематической ошибки резервного контура и уменьшить ее влияние на точность определения ориентации резервной системой. Результаты моделирования показали, что ошибки оценки ориентации резервной системой на основе камеры не превышают 0,5 градуса, а на основе звездного датчика 5 угловых минут даже в наихудшем случае.

Показана возможность повышения точности оценивания ориентации основным контуром при использовании информации от резервного контура. Сочетание многоканального приемника ГЛОНАСС/GPS для оценки положения и аппаратуры наблюдения земной поверхности для определения ориентации позволяет оценивать ориентацию с ошибками, не превышающими 7 угловых минут.

Рассмотрены пределы применимости рассмотренного комплекса моделей и алгоритмов и сформулированы требования к бортовой аппаратуре для их реализации.

8. Разработаны необходимые математические модели и алгоритмы для построения и имитационного моделирования активной системы стабилизации на основе силового маховика и магнитоприводов, использующей информацию от интегрированной системы навигации и определения ориентации.

Проведено имитационное моделирование, продемонстрировавшее принципиальную возможность построения активной системы управления ориентацией и стабилизацией ИСЗ на основе информации от резервного контура.

Представляет существенный интерес исследование данной концепции построения интегрированной системы при других составах аппаратуры ее контуров, включающих, например, бесплатформенную инерциальную навигационную систему, гравиметры, магнитометры, другую аппаратуру наблюдения земной поверхности (радары, оптические корреляторы) или другие типы навигационного оборудования.

9. Проведено совместное имитационное моделирование резервного контура и блока обработки изображений, в ходе которого были выявлены дополнительные ограничения на применение рассматриваемого резервного контура.

Было показано, что использование дополнительной информации от блока обработки изображений о повороте текущего изображения относительно эталонного может существенно улучшить оцениваемость угла рысканья и сделать точность оценивания ориентации в целом не хуже двадцати угловых минут.

1. Алексеев К.Б., Бебенин Г.Г. Управление космическими летательными аппаратами. М.: Машиностроение, 1974.

2. Атмосфера. /Справочник. JL: Гидрометеоиздат, 1991. — 510с.

3. Белецкий В. В, Движение искусственного спутника относительно центра масс. М., Наука, 1965.416 с.

4. Белоглазов И. Н., Джанджгава Г. И., Чигин Г. П. Основы навигации по геофизическим полям. — М.: Наука, 1985. — 327 с.

5. Берлянд Т. Г., Строкина П. А. Глобальное распределение общего количества облачности. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. — 70 с.

6. Бобронников В. Т. Математические модели облачности для априорного планирования наблюдений Земли из космоса. //Исследование Земли из космоса, 1981, № 1, с. 83-89.

7. Волков Н. М., Иванов Н. Е., Салищев В. А., Тюбалин В. В. Глобальная спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС // Зарубежная радиоэлектроника. 1997. №1. С. 31-46.

8. ГОСТ 25645.101-83. Атмосфера Земли верхняя: модель плотности для проектных баллистических расчетов искусственных спутников Земли. Вв. с 01.01.85 — 168 с.

9. ГОСТ 25645.102-83. Атмосфера Земли верхняя: методика расчета характеристик и вариаций плотности. Вв. с 01.01.85— 112 с.

10. ГОСТ 25645.115-84. Атмосфера Земли верхняя. Модель плотности для баллистического обеспечения полетов искусственных спутников Земли. Вв. с 01.07.85 — 44 с.

11. Дишель В.Д. Определение ориентации космических объектов по интерферометрическим измерениям GLONASS и GPS, Международная Научно

12. Техническая Конференция, по-священная 90-летию академика Н.А. Пилюгина, май 1999

13. Зонов Н. И. Рекуррентные алгоритмы оценивания, адаптивные к разнородным неконтролируемым факторам, и их приложения к решению навигационных задач: Дисс. канд. техн. наук. — М., 1995. — 227 с.

14. Зонов Н. И., Красильщиков М:Н. Система рекуррентных байесовских алгоритмов оценивания, адаптивных к разнородным неконтролируемым факторам. (I). Структура адаптивных байесовских алгоритмов. Изв. РАН. Техн. кибернетика. №4, 1994 с. 5 16.

15. Зонов Н.Й., Красильщиков М.Н. Система рекуррентных байесовских алгоритмов оценивания, адаптивных к разнородным неконтролируемым факторам (III). Результаты имитационного моделирования. Изв. РАН. Теория и системы управления. № 1, 1996.

16. Ивашкин В. В., Задыхина Л. И. Анализ спутниковой автономной навигации при визировании неизвестных наземных ориентиров. //Космич. исслед. 1988. Т. XXVI. №5. С. 689-698.

17. Инженерный справочник по космической технике. Изд. 2-е, перераб. и доп. Под ред. А. В. Солодова. М., Воениздат, 1977. — 430 с.

18. Калинин Г.А. Быстрый алгоритм геометрических преобразований изображений. В сб. Научн. Трудов МАИ «Вопросы передачи распределения и обработки информации в задачах испытаний ЛА». М.: МАИ, 1982.

19. Каргу Л.И. Системы угловой стабилизации космических аппаратов. М., Машиностроение, 1980.

20. Космические системы наблюдения: Синтез и моделирование. /А. А. Лебедев, О. П. Нестеренко. — М.: Машиностроение, 191. — 224 с.

21. Кочетков В.И. Управление ориентацией КА астрономическими методами. М.: Изд. МАИ, 1998.

22. Красильщиков М.Н., Белоусов И.А., Автономное определение ориентации по наземным ориентирам, Москва, «Полет» №3,2000г.

23. Красильщиков М. Н., Сыпало К.И., Дишель В.Д., Козорез Д.А., Белоусов И.А., Формирование интегрированной навигационной системы малого ИСЗ на . основе ГЛОНАСС/GPS технологий, «Теория и системы управления», №1,2001 год.

24. Красовский А. А., Белоглазов И. Н., Чигин Г. П. Теория корреляционно-экстремальных н систем. М.: Наука, 1979. — 440 с.

25. Курбасов М. В. Исследование влияния параметров движения ИСЗ на геометрию формируемых изображений // «XXIII Гагаринские чтения»: Тез. Докл. Молодежной науч. конф., 8-12 апреля 1997 г. /МГАТУ. М., 1997. ч. 3. С. 34.

26. Малышев В. В., Красильщиков М. Н., Карлов В. И. Оптимизация наблюдения и управления летательных аппаратов. Москва: Машиностроение, 1989. — 311 с.

27. Методы и алгоритмы автономной безгироскопной навигации КА на основе комплекси-рования глобальных навигационных систем, оборудования наблюдения земной поверхности и других бортовых источников информации. М.: МАИ, 1998, 1999, 2000 г., Этапы 4, 8,12

28. Путятин Е.П., Аверин С.И. Обработка изображений в робототехнике. М: Машиностроение, 1990. 320 с.

29. Разработка и совершенствование методов, математических моделей, алгоритмов и программ для проектирования и исследования элементов и систем комплексов оснащения и навигации ЛА. Отчет по НИР, М.: МАИ, 2002 г., Этап 8.

30. Разработка методов, алгоритмов и программно-математического обеспечения высокоточного решения задач навигации аэрокосмических летательных аппаратов. Отчет о НИР, М.: МАИ, 1998 г., Этап 12.

31. Рязанов С. Н., Фатеев В. Ф. Методы и средства автономной навигации космических аппаратов //Заруб. Радиоэлектроника. 1991. №6. С. 50-66.

32. Сарычев В. А. Стабилизация искусственных спутников (Сборник статей). Под ред. Сарычева В. А., М., 1974.

33. Сихарулидзе, Ю. Г., Баллистика летательных аппаратов. М.: Наука, 1982. — 351 с.

34. Справочное руководство по небесной механике и астродинамике. Под ред. Дубошина. М.:"Наука",1976. — 862 с.

35. Якобсон М.В. Формирование облика автоматической системы автономной навигации космических аппаратов по наземным ориентирам: Дисс. канд. техн. наук. — М., МАИ., 1998г. —116 с.

36. Briess, К., et. al. A Small Satellite Solution for the Fire Detection and Monitoring from Space. Proc. 46th IAF Congress. Oslo, Norway, October 2-6, 1995. Paper IAA-95-IAA.il.2.01.

37. Brunei, P. and Marsourin, A., Geographical Navigation of NOAA AVHRR Imagery. SATMOS Notes, No. 2, 1986.

38. Campbell, W., Introduction to geomagnetic fields, Cambridge University Press, Cambridge, 1997.

39. Challa, M., et. al. A PC-Based Magnetometer-Only Attitude and Rate determination System for Gyroless Spacecraft», Proc. GSFC FDD Flight Mechanics/Estimation Theory Symp. NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, MD, May 10—1,1988. Paper 07.

40. Chetty, P. R. K., Satellite Technology and Its Applications. 2nd Edition, McGraw-Hill, 1991.

41. David S. Ebert, F. Kenton Musgrave, Darwyn Peachey, Ken Perlin, Steven Worley. Texturing & Modeling A Procedural Approach. New York. AP Professional, July 1998. ISBN 0-12228760-6

42. Del Bello, U., et. al. High-Resolution Hyperspectral Imagers for Land Processes in ESA Earth Observation Programmes (HRIS and PRISM). Proc. 46th IAF Congress. Oslo, Norway, October 2-6,1995. Paper LAF-95-B03.02

43. Deutschmann, J. and Bar-Itzhack, I., Attitude and Trajectory Estimation Using Earth Magnetic Filed Data, AIAA/AAS Astrodynamics Conf., San Diego, CA, July 29 — 31, 1996. Paper AIAA-96-3631

44. Earth Observation Spacecraft Directory. Matra Marconi Space. 1995.

45. Fouquet, M., Sweeting, M. N. Remote Sensing Using the University of Surrey's Microsatel-lites. SCRS95 Conference, Xian, China, 1995 .

46. GLONASS/GPS Baseline Navigation, Work Phase 1, TR-INTAS-96-2156 WP2/2.

47. Hairer E., Norsett S.P., Wanner G. Solving Ordinary Differential Equations I. Nonstiff Problems. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, London, Paris, Tokyo, 1987.

48. Hornstein, R. S., et al. On-Board Autonomous Systems: Cost Remedy for Small Satellites or Sacred Cow? Proc. 46th IAF Congress. Oslo, Norway, October 2-6, 1995. Paper IAA-95-IAA.l 1.2.04

49. Jacobs (Editor), J., Geomagnetism, Volume 1, Academic Press, 1987.

50. Janschek K., Dyblenko. S., Satellite Autonomous Navigation Based on Image Motion Analysis. 15th IFAC Symposium on Automatic Control in Aerospace, Bologna, Italy, 2001.

51. Jazwinski, A. H. Stochastic Processes and Filtering Theory. Academic, New York, 1970.

52. Jouan, J. New Trends in Remote Sensing Data Acquisition and Uses. Int'l Space Univ. SSP'96. Vienna, Austria, July 1996.

53. Kalman, R. E. A New Approach to Linear Filtering and Prediction Problems. Jl. Of Basic Eng. (ASME) Vol. 82D, No. 1, March 1960, pp. 35 — 45.

54. Kasturi Rangachar,Jain Ramesh С Computer Vision: Advances and Applications, IEEE Computer Society Press, 1991

55. Krasilshchikov M.N., Dyshel V.D., Sypalo K.I., Belousov I.A., Advanced Navigation and Attitude Determination Concept for LEO Satellite Based on Both GLONASS/GPS and Information Fusion Technique, 51 Конгресс МАФ, Бразилия, октябрь 2000

56. Lee, R. Optimal Estimation, Identification and Control. Research Manuscript. No.28, MIT Press, Cambridge, MA.

57. Madry, S., Global Positioning Systems and Other Satellite Applications. Int'l Space Univ. SSP'96. Vienna, Austria, July 1996

58. Malyshev, V. V., Krasilshikov, M. N., et al., Aerospace Vehicle Control. Modern Theory and Applications. Instituto de Aeronautica e Espaco, IAE Sao Jose dos Campos, Sao Paulo, Brazil, 1996.

59. Nakatani, I. Small Satellites. Int'l Space Univ. SSP'96. Vienna, Austria, August 1996

60. Namano, N., et al. Small Satellite Evolution. ISTS, 1994.

61. Pelton, J. N., Space Telecommunications. Int'l Space Univ. SSP'96. Vienna, Austria, July 1996

62. Shorshi, G. and Bar-Itzhack, I. Y. Satellite Autonomous Navigation Based on Magnetic Field Measurements. Jl. Of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 18, No. 4, July-Aug., 1995, pp. 843-850.

63. Spacecraft Attitude Determination and Control. Ed. by Wertz, J. R. Kluwer Academic Publishers, 1993.

64. Teston, F., Creasey, R., van der Ha, Josef. PROBA: ESA 's Autonomy and Technology Demonstration Mission. Proc. 48th IAF Congress. Turin, Italy, 1997.

65. TUD-Satellit Demonstrationsmission «Satellitengestuetztes Monitoring mobiler Objekte». Vorentwurfsphase (Phase A/Bl). Zwischenbericht zum System Design Review. Technische Universitaet Dresden, Dresden, 1997.

66. Wiegand, M. Autonomous Satellite Navigation via Kalman Filtering of Magnetometer Data. Acta Astronautica Vol. 38, No. 4-8, pp. 395 — 403, 1996.

67. Martin A. Fischler, Robert C. BoIIes: "Random Sample Consensus: A Paradigm for Model Fitting with Applications to Image Analysis and Automated Cartography". CACM 24(6): 381395, 1981.