حسگر افق زمين تصويري با الگوريتمي مستقل از ارتفاع

Imaged Based Earth Horizon Sensor with no Altitude Information

يكي از حساسه‌هائي كه با كمك آن مي‌توان تعيين وضعيت ماهواره را انجام داد حسگر افق زمين مي‌باشد. اين حسگرها عموماً در دو نوع ايستا و جاروبي تقسيم‌بندي مي‌شوند. در نوع ايستا يك آرايه دوبعدي يا چند آرايه خطي اطلاعات تصويري از زمين را در يك لحظه اخذ و سپس محاسبات تعيين وضعيت را انجام مي‌دهند اما در نوع جاروبي يك حساسه تك نقطه‌اي با كمك يك سامانه مكانيكي كه تغيير مسير پرتو آن را انجام مي‌دهد، ‌داده‌گيري مي‌نمايد. رويه پيشنهادي اين تحقيق، ايستا و بر اساس آرايه دوبعدي مي‌باشد كه در آن برخلاف ساير الگوريتمهاي تصويري، نيازي به داده ارتفاع نميباشد. براي استخراج معادلات، برداري كه از نقطه روزنه دوربين بر سطح افق زمين مماس شده است در نظر گرفته شده و اين بردار واحد در دو دستگاه مختلف مختصات بدنه و مختصات پايه كه به زمين متصل است، استخراج مي‌گردد. با مساوي قرار دادن اين‌ دو، معادله‌اي با سه مجهول پيچش، چرخش و ارتفاع بدست مي‌آيد كه مختصات هر پيكسل قرار گرفته بر روي افق زمين اين معادله را ارضاء مي‌نمايد. بنابراين دستگاه معادلاتي با تعداد نقاط تصوير كه تشكيل افق زمين را داده‌اند و سه مجهول تعيين وضعيت تشكيل مي‌گردد كه با حل عددي معادلات، مجهولات تخمين زده مي‌شود.

Various sensors can be used to attitude determination of a satellite, including the Earth Horizon Sensor. These sensors generally divided into two types: static and scanning types. In the static type, two- dimensional array or several linear arrays capture instantly the Earth image information to attitude determination. In the scanning type sensors, a narrow-band optical beam mechanically sweeps a ring of space to find the crossing point of the beam to the Earth using a single spot detector. In this research, a new algorithm for a static earth horizon sensor with a two-dimensional array is presented. The algorithm does not need elevation of the sensor and this is the main advantage with respect to old ones. To extract the equations, a tangent vectors from the aperture of the pine- hole camera to the Earth is considered and this vector is extracted in two different body coordinates and base coordinates that are connected to the ground. By equating the two, an equation with three unknowns of pitch, roll and elevation is obtained. The equation is satisfied by each pixel on the Earth horizon Thus; the system of equations is formed by the number of the Earth horizon pixels in the camera image and parameters are estimated by numerical solving of the unknown equations.