Анализ влияния динамики космического аппарата на характеристики алгоритмов обработки изображений системы технического зрения п

Общее описание проекта
Задачи проекта:
Полет до Марса.
Детальная съемка поверхности Фобоса.
Уточнение места посадки.
Выполнение посадки.
Взятие проб с поверхности.
Проведение ряда исследований.
Старт и возвращение проб на Землю.
16-18 марта 2010 “Техническое зрение в системах управления мобильными объектами-2010” Таруса - ИКИ
1

Телевизионная система навигации и наблюдения (ТСНН)
Состав ТСНН.
Две узкоугольные телевизионные камеры (f=500 mm)
Две широкоугольные телевизионные камеры (f=18 mm)
Функции ТСНН.
Проведение съемки Марса и Фобоса.
Ведение съемки в процессе посадки.
Съемка высокого разрешения (1000×1000).
Репортажная съемка (250×250).
Информационная поддержка процесса посадки.
Выбор места посадки.
Измерение высоты.
Измерение относительной скорости.
16-18 марта 2010 “Техническое зрение в системах управления мобильными объектами-2010” Таруса - ИКИ
2

Влияние динамики КА на процесс измерений.
16-18 марта 2010 “Техническое зрение в системах управления мобильными объектами-2010” Таруса - ИКИ
3

Исходные данные для моделирования
16-18 марта 2010 “Техническое зрение в системах управления мобильными объектами-2010” Таруса - ИКИ
Баллистическая информация.
Вариант схода с КСО с упреждением прохождения траверза точки посадки (ttp-h.txt ) - ИПМ им. М. В. Келдыша;
Вариант схода с КСО при прохождении траверза точки посадки (ttp-v.txt ) - ИПМ им. М. В. Келдыша;
Сценарий посадки НПО им. С. А. Лавочкина (“быстрый вариант”).
Координаты точки посадки: 5° с.ш., 235° долготы.
Модели поверхности Фобоса:
Трехосный эллипсоид с осями 13.0, 11.4 и 9.2 км.
Модель ГЕОХИ поверхности Фобоса с шагом 2° на 2°.
Для моделирования использовались алгоритмы, заложенные в ТСНН.
4

Сценарии ИПМ им. М. В. Келдыша
16-18 марта 2010 “Техническое зрение в системах управления мобильными объектами-2010” Таруса - ИКИ
Сход с КСО
Перелет с КСО в точку, расположенную над районом посадки (прицельную точку). h≤10 км. ∆t≈30 мин.
Вертикальный спуск на большой скорости.
Прецизионное торможение h≤1000 м. Vверт≤1.5-2 м/с, Vбок ≤1 м/с.
Особенность: В процессе посадки происходит совмещение средней нормали к поверхности с осью X аппарата, что порождает интенсивные угловые колебания КА с большими угловыми скоростями. ⇒ Возмущение канала измерения дальности за счет вариаций наклонной дальности и особенно – возмущение монокулярного канала измерений.
5

Сценарий НПО им. С. А. Лавочкина
16-18 марта 2010 “Техническое зрение в системах управления мобильными объектами-2010” Таруса - ИКИ
Особенность: Процесс посадки выполняется в инерциальном пространстве, что исключает интенсивные угловые колебания КА. ⇒ Создаются благоприятные условия для работы СТЗ.
6

Системы координат Фобоса
16-18 марта 2010 “Техническое зрение в системах управления мобильными объектами-2010” Таруса - ИКИ
7

Расположение камер на КА
8
16-18 марта 2010 “Техническое зрение в системах управления мобильными объектами-2010” Таруса - ИКИ

Стереорежим
16-18 марта 2010 “Техническое зрение в системах управления мобильными объектами-2010” Таруса - ИКИ
9
Высота и её оценки
Coarse и Precise
Диспарантность на
изображении
250*250
Вертикальная
скорость и ее
оценка на последних
48.6 метрах.

Стереорежим
16-18 марта 2010 “Техническое зрение в системах управления мобильными объектами-2010” Таруса - ИКИ
10
Прогнозируемые границы диспарантностей (смещены относительно текущей диспарантности)
Расширенные
границы области
поиска
соответствия.

Стереорежим. Влияние разброса диспарантности 0.05
16-18 марта 2010 “Техническое зрение в системах управления мобильными объектами-2010” Таруса - ИКИ
11
Сценарий НПО им. С. А. Лавочкина
Высота и её оценки
Coarse и Precise
Вертикальная
скорость и ее
оценка на последних
48.6 метрах.
Прогнозируемые границы диспарантностей (смещены относительно текущей диспарантности)

Стереорежим. Влияние разброса диспарантности 0.1
16-18 марта 2010 “Техническое зрение в системах управления мобильными объектами-2010” Таруса - ИКИ
12
Высота и её оценки
Coarse и Precise
Вертикальная
скорость и ее
оценка на последних
48.6 метрах.
Прогнозируемые границы диспарантностей (смещены относительно текущей диспарантности)

Стереорежим
16-18 марта 2010 “Техническое зрение в системах управления мобильными объектами-2010” Таруса - ИКИ
Допустим, диспарантность равна 25 пикселям. H=48.6 м.
Разброс по диспарантности 0.05 дает разброс по дальности 46.3-51.1 м. на площадке размером 20×10 м.
Разброс по диспарантности 0.1 ⇒ разброс по дальности 44.2-54 м. на площадке размером 20×10 м.
Оптимизация параметров алгоритмов:
Прогноз области поиска соответствия в режиме слежения
Прогноз области поиска соответствия в режиме сбоя
Учет: Текущие оценки, дисперсию измерений дальности, дискретность измерения диспарантности, флюктуации оценок скорости, коррекцию приращений на малых дальностях
13

Монокулярный режим
16-18 марта 2010 “Техническое зрение в системах управления мобильными объектами-2010” Таруса - ИКИ
14
Высота и
расстояния до
поверхности
Изменения координат и расстояния до поверхности
за цикл обработки
Изменения углов ориентации и коэффициента масштабирования изображения

Монокулярный режим
16-18 марта 2010 “Техническое зрение в системах управления мобильными объектами-2010” Таруса - ИКИ
15
Величина ошибки
прогноза вектора
перемещения точки
в поле зрения и
график режимов
работы алгоритма
Компоненты векторов перемещения точки поле зрения
(на изображении 62*62).

Прогноз
16-18 марта 2010 “Техническое зрение в системах управления мобильными объектами-2010” Таруса - ИКИ
Простейший рекурсивный фильтр. Ошибка прогноза
нарастающим итогом (55 измерений).
По сценарию НПО им. С. А. Лавочкина ошибка прогноза в 203 раза меньше (при 87 измерениях)
Зависимость оптимальных параметров алгоритмов от сценария посадки
16