Рассматривается задача идентификации звезд по входным данным, получаемым с цифровой видеокамеры, описываются этапы ее реализации. Приводятся результаты тестирования созданного модуля идентификации звезд на изображениях, полученных при наземной съемке.

В настоящее время количество запускаемых спутников навигационного, исследовательского, телекоммуникационного, метеорологического, военного назначения составляет около ста аппаратов ежегодно и эта цифра год от года растет [1, 2]. Неотъемлемой частью конструкции каждого из этих спутников является система определения ориентации в космическом пространстве. Она, как правило, включает в себя гироскопические датчики угловых скоростей и датчики углового положения. ИТЦ «СканЭкс» было заявлено о необходимости разработки датчика углового положения, при этом выдвигались следующие требования: высокая точность измерения углового положения спутника, автономность работы датчика и независимость от начальных условий. Предъявленным требованиям удовлетворяет оптический датчик, который определяет ориентацию спутника посредством распознавания участков звездного неба [3]. Его отличительная черта – возможность точного измерения углового положения спутника сразу после включения, причем дополнительных данных для этого не требуется, а начальная ориентация может быть произвольной.

Идентификация звезд по изображениям проходит в три этапа. На начальном этапе используется оригинальная методика выделения объектов [4]. В результате ее применения на изображении определяются области, являющиеся звездами. Среди них в дальнейшем выбирается опорная звезда, относительно которой вычисляются расстояния до соседних областей и их относительное угловое положение. Связка «опорная звезда – соседи» является базовым элементом для созданного метода идентификации звезд. На следующем этапе полученная связка «опорная звезда - соседи» последовательно сравнивается со связками из предварительно сконфигурированного на основе выбранной звездной базы набора. Чтобы обеспечить требуемое качество идентификации звезд, используемая звездная база должна содержать звезды до 7 звездной величины включительно. Результатом этого этапа является присвоение опорной звезде номера из базы, для которого зафиксировано наибольшее число совпадений по расстояниям и углам. Последний этап включает в себя определение ориентации спутника по известным сферическим координатам распознанных звезд.

При решении задачи идентификации звезд важную роль играет выбор цифровой видеокамеры и оптической системы. Видеокамера должна иметь отличающийся высокой чувствительностью ПЗС-фотоприемник и АЦП с повышенной разрядностью. Она оснащается длиннофокусным светосильным объективом.

В результате проведенной работы создан программный модуль, обеспечивающий идентификацию звезд по изображениям небесного свода. Модуль протестирован на 940 изображениях, полученных при наземной съемке различных участков звездного неба. Тестирование показало, что обеспечивается вероятность идентификации звезд порядка 98%, точность определения текущих координат участка неба – до 10 угловых секунд. Максимально поддерживаемая расчетная скорость вращения спутника при сохранении точности ориентации составляет 0,06 0,07 град./сек.

1. И. Лисов. Сводная таблица космических запусков, осуществленных в 2008 году.//Новости космонавтики. 2009. №3. С. 30-33.

2. http://www.ucsusa.org/assets/documents/nwgs/

3. A. R. Eisenman, C.C. Liebe, J.L. Jorgensen, The New Generation of Autonomous Star Trackers, 1997. http://hdl.handle.net/2014/22609

4. Ю.П. Кулябичев, С.В. Пивторацкая. Использование антропометрических характеристик для распознавания лиц в видеопотоке. // Научная сессия МИФИ-2008. – М.: МИФИ. Т. 12. С. 12-13.