اندازه‌گیری دقت نسبی حسگر ستاره با استفاده از آسمان شب

نوع مقاله : مقالة‌ تحقیقی‌ (پژوهشی‌)

نویسندگان

1 بخش تخصصی تعیین و کنترل وضعیت، پژوهشکده سامانه‌های ماهواره، پژوهشگاه فضایی ایران، تهران، ایران

2 بخش تخصصی محموله های سنجشی، پژوهشکده سامانه های ماهواره، پژوهشگاه فضایی ایران، تهران، ایران

10.30699/jsst.2020.90718

چکیده

در این مقاله، یک روش محاسباتی دقیق برای اندازه‌گیری دقت نسبی حسگر ستاره پیشنهاد شده است که نیازمند ابزارها و ادوات پیچیده و پرهزینه آزمایشگاهی نیست و صرفا با استفاده از مشاهده مستقیم آسمان شب و استفاده از معادلات دقیق دوران زمین و حرکت نسبی ستارگان ناشی از آن، می‌تواند دقت حسگر ستاره را تا مرتبه بهتر از 1 ثانیه قوسی اثبات نماید. روال مرسوم آزمایشگاهی اندازه‌گیری دقت حسگر ستاره، نیازمند استفاده از شبیه‌ساز آسمان بهمراه ابزارآلات کمکی نظیر کولیماتور، میز چند درجه آزادی، الاینمنت دقیق و ... است. این فرآیند علاوه بر پیچیده و زمانبر بودن، پرهزینه بوده و ابزارآلات کمکی نیز خطای اندازه‌گیری را بیشتر می‌کند که شناسایی و حذف آن خطاها خود پروسه‌ای مجزا و دشوار است. روال پیشنهادی در این مقاله از آن‌جا که حسگر را در محیط واقعی عملکردش، یعنی آسمان، مورد آزمون قرار می‌دهد و نه محیط شبیه‌سازی شده آزمایشگاهی، دقیق‌تر بوده و قابلیت اطمینان بیشتری خواهد داشت

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Star Sensor Relative Accuracy Measurement in Night Sky

نویسندگان [English]

  • Mahmoud Reza Rezaei 1
  • Javad Haghshenas 2
1 AODCS Group, Satellite Research Institute, Iranian Space Research Center (ISRC), Tehran, IRAN
2 Remote Sensing Payload Group, Satellite Research Institute (SRI), Iranian Space Research Center (ISRC), Tehran, IRAN
چکیده [English]

In this paper, an accurate computational method is proposed to measure the relative accuracy of the star sensor, which does not require complex laboratory instruments. The proposed method uses the direct observation of the night sky along with the exact equations of motions of the Earth and stars to measure the accuracy of the star sensors in the order of 1 arcsecond. The Classical Laboratory Measurement Procedures of the star sensor’s accuracy requires at least a sky simulator along with some auxiliary tools such as a collimator, an accurate 3 DOF Rotary table, an exact alignment instruments, and so on. The classical procedure, in addition of being complex and time-consuming, is costly, and the auxiliary tools also increase the measurement error by themselves. Identifying and eliminating these errors are more difficult process. The proposed procedure is more accurate and more reliable because the sensor is tested in its actual operating environment, i.e., the sky, rather than the simulated laboratory environment.

کلیدواژه‌ها [English]

  • "Satellite"
  • "Star Sensor"
  • "Accuracy"
  • "Night Sky"
  • "Sky Simulator"
[1]   Cannata,M.N., Greene, M.R., Mulligen,S.J. andPopovici, V., "Autonomous star-imaging attitude sensor", York University, 2007.
[2]   Zhang, G., "Star Identification methods, techniques and algorithms", Springer, 2017.
[3]   Hashemi, M., Mosavi Mashhadi, S.K., Smaeilzadeh, S.M. and Fiuzy, M. "Design and Construction of Star Tracker Platform in Order to Satellite Attitude Determination Based on Star Tracking Algorithm," Journal of Space Science and Technology (JSST), Vol. 9, No. 2, 2016, pp. 85-90 (in persian).
[4]   Roshanian, J., Barzamini, F., Yazdani, Sh., "improving the star detection process in the star sensor images using local adaptive threshold method and its performance in upgrading the satellite angular velocity estimation algorithm", 16th international conference of Iranian Aerospace Society, 2016, (in persian).
[5]   Somayehee, F., Nikkhak, A., Roshanian, J. "Uniform star catalog using triangulation for application in star sensor", journal of modares mechanical engineering, Vol 18, No. 04, 201. (in Persian)
[6]    Roshanian, J., Yazdani, Sh., Hassani, M. and Ebrahimi, M., "Performance Analysis of Nasir 1 Star Tracker in the Presence of Systematic Errors using Monte-Carlo Method," Journal fo Control, Vol. 6, No. 2, 2012, pp. 15-21(in persian).
[7]    Voronkov, S., "The dynamic test equioment for the star trackers processing",5th IAA symposium on small satellite for Earth observation, Berlin, (2005).
[8]    Rufino, G. andMoccia, A., "Laboratory Test System for Performance Evaluation of Advanced Star sensor", Journal of Guidance, Control and Dynamics, Vol. 25, No. 2, 2002.
[9]    Rufino, G.,Accardo, D.,Grassi, M.,Fasano, G.,Renga, A.,Tancredi, U., "Real-Time Hardware-in-the-Loop Test of Star Tracker Algorithms", Int. J. of Aerospace Engineering, Vol 2013, No. 9-12, 2013.
[10]  Sun, T.,Xing, F.,Wang, X.,You, Z. andChu, D., "An accuracy measurement method for star trackers based on direct astronomic observation", Scientific Repore Nature, 2016.
[11]  Sinclair, D., "Star Tracker Interface Control Document", Rev 1.26, 2016.
[12]  Sinclair, D., "Second Generation Star Tracker (ST-16RT2) datasheet", Sinclair Interplanetary,2016.
[13]  J. Wertz etal., “Space Mission Engineering: the New SMAD”, Microcosm Press, 2011.
[14]  Chobotov, V.A.“Orbital Mechanics”, AIAA press, Second edition, 1996.
[15]  Website: https://en.wikipedia.org/wiki/Right_ascension.
[16]  Wahba, G.“Problem 65-1: A Least Squares Estimate of Spacecraft Attitude”, SIAM Review, Vol. 7, No. 3, 1965, 409.
[17]  You et al., “Method for mesureing precision of star sensor and system using the same”, Patent No. US 8.433.515 B2, 2013.
[18]  Haghshenas, J., and Rezaei, M.R., “Lesaon learned from experimental accuracy measurement of a space star tracker in night sky”, SPIE Remote Sensing. Strasburge, 2019.