Блок определения координат звезд

Блок определения координат звезд (БОКЗ)
Семейство звездных приборов класса автономных астродатчиков
Отличительные особенности
2 модификации работают в контуре управления ориентацией
 автономность
КА на различных орбитах околоземного пространства
 моноблок
3 модификации находятся на завершающей стадии разработки
Сегодня
в космосе функционируют 9 приборов семейства БОКЗ:
на телекоммуникационных КА «Ямал-100»
с 1999 г.
КА «Ямал-200 »
с 2003 г.
на Международной космической станции
с 2000 г.
Планируется
выпуск еще 50 приборов в 2004–2008 гг.
 определение ориентации при отсутствии априорной
информации (алгоритм «lost in space»)
 помехозащищенность прибора БОКЗ-М на конструктивном
и программном уровне позволяет исключить влияние
светооптических помех и протонных событий
на определение параметров ориентации
Принцип работы астрокоординаторов семейства БОКЗ
Алгоритм определения ориентации
Экспонирование очередного кадра
Чтение матрицы, построение
гистограммы, вычисление
пороговой яркости
Локализация кластеров
(заполнение видеобуфера)
и вычисление координат их
энергетических центров
Элементы внутреннего
ориентирования и
параметры дисторсии
Распознавание
зарегистрированных звезд и
приведение их на видимые места
N=?
N>3
Определение параметров
ориентации КА (инерциальной,
орбитальной) и элементов
внутреннего ориентирования
Нет
Конец сеанса?
регистрируемых и обрабатываемых в реальном времени.
Съемка осуществляется специализированной камерой на основе ПЗС с мощным сигнальным процессором, содержащим звездный каталог и
программное обеспечение обработки информации.
Процедура обработки получаемых изображений на основе помехозащищенного алгоритма включает:
 выделение звезд на фоне помех;
 определение энергетических центров зарегистрированных звезд;
 распознавание звезд в бортовом звездном каталоге;
 определение ориентации КА с учетом параметров собственного движения звезд и нутации.
Обработка информации выполняется в реальном времени.
Таблица дефектов
Отбраковка дефектов
N3
Инерциальная ориентация КА определяется на основе геометрического анализа изображений произвольного участка звездного неба,
Да
Выключение прибора
Основные элементы прибора
Бортовой звездный
каталог
Априорная информация
об ориентации
Точность определения ориентации
Матрица ориентации
ТВ камеры в системе КА
Точность определения инерциальной ориентации
(угловая скорость 0.36 угл.сек/сек)
Истинное гринвичское
звездное время и векторы
положения и скорости КА
в геоцентрической системе
координат
Точность определения направления
оптической оси датчика sx,y
 3”
Точность определения ориентации
вокруг оптической оси датчика sz
15”
Точность определения орбитальной ориентации
(угловая скорость 300 угл.сек/сек)
Конструктивная схема
 6”
Точность определения ориентации
вокруг оптической оси датчика sz
 30”
Точности подтверждены натурными съемками звезд
в наземных условиях и работой в космосе
Бленда
Основные характеристики
Блок питания
Защитная
крышка
Объектив
Основание объектива
с тестовым источником
питания
ПЗС-матрица
Модуль процессора
с памятью
Точность определения направления
оптической оси датчика sx,y
Габариты
Масса
Входное напряжение
Энергопотребление
Температура посадочного места
Срок эксплуатации в космосе
Количество циклов
включения/выключения
374х235х236 мм
4,15 кг
23–32 В
11,2 Вт
-15° – +45°С
15 лет
10 000
Объектив
Фокусное расстояние
Диаметр входного зрачка
Поле зрения
Коэффициент светорассеяния
Mатрица ПЗС
Число элементов
Размер элемента
Минимальный цикл
обновления информации
Спектральная область
60 мм
24 мм
 8°
 0,5%
512х512
16 µм х16 µм
3 сек
0,4–1,0 µм
АЦП
Число разрядов
8
Максимальная регистрируемая
звездная величина
+ 8.5
Коэффициент ослабления боковой
солнечной засветки системой
объектив+бленда
 8х109
Минимальный допустимый угол
между оптической осью датчика
и направлением на Солнце,
Землю, Луну и освещенные Солнцем
элементы конструкции КА
30°
Процессор
32-разрядный сигнальный процессор
с плавающей арифметикой и тактовой
частотой 16 МГц
Реализован на вентильной матрице
объемом 5000 gates.
Интерфейс MIL STD 1553B /дублированный/
Объем памяти:
программ
640 кБ
данных
512 кБ
Прибор БОКЗ-М
Ресурсы процессора позволяют использовать его
для решения других задач в фоновом режиме
 Звездные приборы могут работать на
Основание прибора
Электроника
видеотракта

Пример изображения, получаемого
приборами семейства БОКЗ
На приведенном снимке
совмещены три изображения
звездного неба, полученные с
интервалами в 32 сек.
Трехцветные идентичные
конфигурации изображений
источников света
подтверждают, что это
изображения звезд,
показывают какова реальная
чувствительность приборов и
как изменилась инерциальная
ориентация КА за эти 64 сек.
околоземных, геостационарных,
высокоапогейных и межпланетных орбитах
благодаря радиационной стойкости компонентов
и материалов.
Работа на геостационарной орбите гарантирована
в течение 15 лет.
Звездный каталог
Общее число звезд в каталоге
Максимальная звездная величина
Время первоначального определения
ориентации без априорной информации
8 500
+7,5
30 сек
Исторический экскурс
Прибор БОКЗ
Динамический испытательный стенд
Динамический испытательный стенд разработан для:
 отработки и калибровки звездных приборов с различными оптическими системами и приемниками изображения;
 моделирования участка звездного неба с использованием встроенного звездного каталога на всю небесную сферу;
 симуляции орбитального полета космических аппаратов в различных динамических режимах и движения КА вокруг центра масс.
Стенд может использоваться также для моделирования съемки с КА поверхности Земли и других небесных тел.
Исходные данные для моделирования динамических режимов наблюдения небесной сферы:
 поле зрения звездного прибора,
 элементы выставки звездного прибора на КА,
 наклонение и долгота восходящего узла орбиты,
 период обращения и эксцентриситет орбиты,
 режим и параметры ориентации КА.
Специально разработанное программное обеспечение позволяет:





формировать испытательные миры для измерения геометрических и светоэлектрических характеристик исследуемого прибора,
выводить на экран изображения участков звездного неба, соответствующих полю зрения звездного прибора,
задавать яркости звезд в соответствии с их звездным величинам,
создавать светооптические помехи в виде точечных светящихся объектов и неравномерностей по полю зрения звездного прибора,
моделировать динамические режимы перемещения поля зрения звездных приборов по небесной сфере.
 Первые летные испытания системы
определения ориентации космических
аппаратов по изображениям звезд
прошли в 1971 году – с орбитальной
станции «Салют» были выполнены
синхронные фотосъемки участков
земной поверхности и звездного неба.
 Впоследствии во всех созданных
приборах определения ориентации астрокоординаторах – в качестве
фотоприемников использовались
матричные приборы зарядовой связи.