بهبود دقت سیستم ناوبری اینرسی فضاپیمای بازگشتی به کمک تطبیق تصاویر

در این مقاله روشی برای تخمین خطای سیستم ناوبری اینرسی درتعیین موقعیت و وضعیت فضاپیما با هدف بهبود دقت سیستم ناوبری در ورود، نزول و فرود فضاپیما، ارائه شده است. فرض شده است که فضاپیما به سیستم ناوبری اینرسی و سیستم پردازش تصویر شامل دوربین تصویربرداری مجهز میباشد؛ سیستم ناوبری اینرسی در هر لحظه موقعیت و وضعیت فضاپیما را با دقت معین، نسبت به دستگاه مختصات مرجع زمینی محاسبه مینماید؛ پارامترهای اپتیکی دوربین شامل میدان دید افقی و عمودی و رزولوشن تصویر آن معلوم بوده و وضعیت دوربین نسبت به بدنه فضاپیما توسط سنسورهای خاصی اندازه گیری میشود؛ سیستم پردازش تصویر، از تطبیق تصاویر مرجع ذخیره شده در حافظه برد پردازشگر تصویر با تصاویر برخط دوربین فضاپیما، موقعیت یک یا چند شاخص زمینی را در تصویر اخذ شده توسط دوربین تعیین مینماید. روشی ارائه گردیده که به کمک آن میتوان با ردیابی نقاط شاخص زمینی، تخمینی از خطای موقعیت و وضعیت گزارش شده توسط سیستم ناوبری اینرسی بدست آورد. بدین منظور ابتدا معادلات تبدیل مختصات نقاط شاخص زمینی در سیستم ناوبری اینرسی، به مختصات پیکسلی در تصویر دوربین استخراج شده است. سپس بسط تیلور مرتبه اول این معادلات نسبت به پارامترهای خروجی ناوبری اینرسی نوشته شده است. با قراردادن مقادیر پارامترهای اندازه گیری شده توسط سیستم ناوبری اینرسی، سیستم پردازش تصویر، و سیستم پایدارساز دوربین فضاپیما، در معادلات فوق، یک دستگاه معادلات خطی حاصل میگردد، که با حل آن به روش حداقل مجموع مربعات بازگشتی، مقادیر خطای سیستم ناوبری اینرسی بدست می آید. نتایج شبیه سازیهای پروازی و تستهای انجام شده در آزمایشگاه سخت افزار در حلقه نشان میدهد، امکان دستیابی به دقت 10 متر برای موقعیت و 0/1درجه برای وضعیت ، در شرایط کالیبراسیون مناسب دوربین و سنسورهای پایدارساز آن، اندازه گیری دقیق پارامترهای دوربین و رزولوشن مناسب تصویر مرجع و دوربین وجود دارد.

Keywords:

ناوبری , تطبیق تصاویر , پرواز بازگشتی , ورود , نزول و فرود فضاپیما.