gyroscopyГироскопия и навигацияGiroskopiya i Navigatsiya / Gyroscopy and Navigation0869-70352075-0927AO «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»10.17285/0869-7035.0072gyroscopy-179Research ArticleСтатьиБыстрый алгоритм идентификации кадра звездного датчика по звездным конфигурациям, не требующий перебора. Вариант бортовой реализацииA Fast Search-Free Algorithm for Star Sensor Frame Identification by Star Configurations. A Version of Onboard ImplementationБаркеВ. В.BarkeV. V.

Барке Виктор Владимирович. Ведущий программист, Институт космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН) (Москва).

ВенкстернА. А.VenksternА. А.

Венкстерн Алла Алексеевна. Программист, Институт космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН) (Москва)Котцов Владимир Александрович. Научный сотрудник, ИКИ РАН

КотцовВ. А.KottsovV. A.

Котцов Владимир Александрович. Научный сотрудник, Институт космических исследований Российской академии наук

ТавровА. В.TavrovA. V.

Тавров Александр Викторович. Ведущий научный сотрудник, Институт космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН) (Москва)

ЮдаевА. В.YudaevA. V.

Юдаев Андрей Викторович. Аспирант, Московский физико-технический институт

Институт космических исследований Российской академии наукРоссияSpace Research Institute of the Russian Academy of Sciences, Moscow, RussiaRussian FederationИнститут космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН) (Москва).РоссияSpace Research Institute of the Russian Academy of Sciences, Moscow, RussiaRussian FederationИнститут космических исследований Российской академии наукРоссияSpace Research Institute of the Russian Academy of Sciences, Moscow, RussiaRussian FederationМосковский физико-технический институтРоссияMoscow Institute of Physics and Technology, RussiaRussian Federation2021221020252938095Copyright © Барке В.В., Венкстерн А.А., Котцов В.А., Тавров А.В., Юдаев А.В., 20252025Барке В.В., Венкстерн А.А., Котцов В.А., Тавров А.В., Юдаев А.В.Barke V.V., Venkstern А.А., Kottsov V.A., Tavrov A.V., Yudaev A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.gyroscopy.ru/jour/article/view/179

В статье развивается метод идентификации кадра звездного датчика (ЗД), основанный на определении набора локальных признаков звезды, которые позволяют однозначно опознавать ее. Идентификаторы звезд при этом размещаются в многомерном целочисленном признаковом пространстве, а соответствующий ему признаковый каталог представлен разреженным массивом, что позволяет определять звезду без перебора. Приведены примеры бортовой реализации признаковых каталогов, состоящих из звезд до 6 звездной величины. Проведена оценка требуемой для них памяти и предложен механизм сжатия признакового каталога для размещения его в памяти бортового компьютера. Подробно описан алгоритм идентификации кадра с использованием признакового каталога уменьшенной размерности. Проверка алгоритма осуществлялась на реальных кадрах неба.

The paper presents a method for identifying the frame of a star sensor (SS), based on determination of the star local features allowing its unique recognition. The star identifiers are located in a multidimensional integer feature space, and the relevant feature catalog presents a disperse array, which provides search-free star determination. Examples of onboard implementation of feature catalog are presented, containing the stars up to magnitude of six. The required memory is estimated, and a method is proposed for compressing the feature catalog to be recorded in the onboard computer memory. The frame identification algorithm using the reduced feature catalog is described in detail. The algorithm was tested on real sky frames.

Распознавание звездидентификация по звездным конфигурациямпризнаковое пространствоцелочисленный каталогсжатие каталогаалгоритмне требующий перебора.Star recognitionidentification by star configurationsfeature spaceinteger catalogcatalog compressionsearch-free algorithm.ReferencesАккардо Д., Руфино Дж. Новое решение задачи получения начальных данных об ориентации при помощи астрономического датчика: алгоритм, реализация, испытания // Гироскопия и навигация. 2001. №1. С. 87–100.Аккардо Д., Руфино Дж. Новое решение задачи получения начальных данных об ориентации при помощи астрономического датчика: алгоритм, реализация, испытания // Гироскопия и навигация. 2001. №1. С. 87–100.Кружилов И.С., Шамаева О.Ю. Алгоритм селекции звезд по постоянству угловых расстояний // Программные продукты и системы. 2009. № 3. С. 82–85.Кружилов И.С., Шамаева О.Ю. Алгоритм селекции звезд по постоянству угловых расстояний // Программные продукты и системы. 2009. № 3. С. 82–85.Jiazong, Yu., A Survey of Star Recognition Algorithms, International Journal of Computer Techniques, 2017, vol. 4, issue 3.Jiazong, Yu., A Survey of Star Recognition Algorithms, International Journal of Computer Techniques, 2017, vol. 4, issue 3.Spratling, B.B. IV and Mortari, D., A Survey on Star Identification Algorithms, Algorithms, 2009, 2, pp. 93–107.Spratling, B.B. IV and Mortari, D., A Survey on Star Identification Algorithms, Algorithms, 2009, 2, pp. 93–107.Jiaqi Gong, Jie Ma and Jinwen Tian, A Flower Algorithm for Autonomous Star Pattern Recognition, 47th AIAA Aerospace Sciences Meeting Including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition, 5 –8 January 2009, Orlando, Florida.Jiaqi Gong, Jie Ma and Jinwen Tian, A Flower Algorithm for Autonomous Star Pattern Recognition, 47th AIAA Aerospace Sciences Meeting Including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition, 5 –8 January 2009, Orlando, Florida.Muhammad Arif Saifudin, Bib Paruhum Silalahi and Imas Sukaesih Sitanggang, Star Catalog Generation for Satellite Attitude Navigation Using Density Based Clustering, Journal of Computer Science, 2015, 11 (12): 1082–1089, doi: 10.3844/jcssp.2015.1082.1089.Muhammad Arif Saifudin, Bib Paruhum Silalahi and Imas Sukaesih Sitanggang, Star Catalog Generation for Satellite Attitude Navigation Using Density Based Clustering, Journal of Computer Science, 2015, 11 (12): 1082–1089, doi: 10.3844/jcssp.2015.1082.1089.Fuqiang Zhou and Tao Ye, Lost-in-Space Star Identification Using Planar Triangle Principal Component Analysis Algorithm, Hindawi Publishing Corporation Mathematical Problems in Engineering, vol. 2015, article ID 982420.Fuqiang Zhou and Tao Ye, Lost-in-Space Star Identification Using Planar Triangle Principal Component Analysis Algorithm, Hindawi Publishing Corporation Mathematical Problems in Engineering, vol. 2015, article ID 982420.Гайворонский С.В., Русин Е.В., Цодокова В.В. Идентификация звезд при определении астрономических координат автоматизированным зенитным телескопом // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. Т. 15. №1 (95). С. 22–29.Гайворонский С.В., Русин Е.В., Цодокова В.В. Идентификация звезд при определении астрономических координат автоматизированным зенитным телескопом // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. Т. 15. №1 (95). С. 22–29.Peng Zhang, Qile Zhao, Jingnan Liu, and Ning Liu, A Brightness-Referenced Star Identification Algorithm for APS Star Trackers, Sensors, 2014, 14, pp. 18498–18514.Peng Zhang, Qile Zhao, Jingnan Liu, and Ning Liu, A Brightness-Referenced Star Identification Algorithm for APS Star Trackers, Sensors, 2014, 14, pp. 18498–18514.Данилова Т.В., Архипова М.А. Определение ориентации космического аппарата в геоцентрической экваториальной системе координат на основе астроизмерений при отсутствии данных о параметрах орбиты // Изв. Вузов. Приборостроение. 2013. Т. 56. №7. С. 13–20.Данилова Т.В., Архипова М.А. Определение ориентации космического аппарата в геоцентрической экваториальной системе координат на основе астроизмерений при отсутствии данных о параметрах орбиты // Изв. Вузов. Приборостроение. 2013. Т. 56. №7. С. 13–20.Mortari, D., Neta, B., K-Vector range searching techniques, Calhoun: The NPS Institutional Archive, 2014. URL: http://hdl.handle.net/10945/41061.Mortari, D., Neta, B., K-Vector range searching techniques, Calhoun: The NPS Institutional Archive, 2014. URL: http://hdl.handle.net/10945/41061.Иванов А.В., Пашенцев Д.Ю., Тишкин Р.В. Алгоритмы идентификации звездных узоров в задаче уточнения элементов внутреннего ориентирования // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. 2012. № 4 (35).Иванов А.В., Пашенцев Д.Ю., Тишкин Р.В. Алгоритмы идентификации звездных узоров в задаче уточнения элементов внутреннего ориентирования // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. 2012. № 4 (35).Захаров А.И., Барке В.В., Венкстерн А.А. Начальное определение ориентации с помощью «паспортов» звезд // 3-я Всероссийская научно-техническая конференция «Современные проблемы ориентации и навигации космических аппаратов». 2012. С. 36–37. URL: http://ofo.ikiweb.ru/publ/ conf_2012_tez.pdf.Захаров А.И., Барке В.В., Венкстерн А.А. Начальное определение ориентации с помощью «паспортов» звезд // 3-я Всероссийская научно-техническая конференция «Современные проблемы ориентации и навигации космических аппаратов». 2012. С. 36–37. URL: http://ofo.ikiweb.ru/publ/ conf_2012_tez.pdf.Барке В.В., Венкстерн А.А., Захаров А.И., Котцов В.А. Способ определения ориентации по изображениям участков звездного неба. Патент РФ 2638077 от 14.12.2016.Барке В.В., Венкстерн А.А., Захаров А.И., Котцов В.А. Способ определения ориентации по изображениям участков звездного неба. Патент РФ 2638077 от 14.12.2016.Барке В.В., Венкстерн А.А., Котцов В.А. Новый подход к определению звездной ориентации при космических экспериментах // XV Всероссийская открытая конференция «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса»: тезисы докладов. Москва: ИКИ РАН, 2017. С. 330.Барке В.В., Венкстерн А.А., Котцов В.А. Новый подход к определению звездной ориентации при космических экспериментах // XV Всероссийская открытая конференция «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса»: тезисы докладов. Москва: ИКИ РАН, 2017. С. 330.Венкстерн А.А., Захаров А.И., Котцов В.А., Барке В.В. Быстрый поиск звезд при навигационных определениях // 3-я Всероссийская научно-техническая конференция «Навигация, наведение и управление летательными аппаратами». Тезисы докладов. Москва: Научтехлитиздат, 2017. Т. 1. С. 170–171.Венкстерн А.А., Захаров А.И., Котцов В.А., Барке В.В. Быстрый поиск звезд при навигационных определениях // 3-я Всероссийская научно-техническая конференция «Навигация, наведение и управление летательными аппаратами». Тезисы докладов. Москва: Научтехлитиздат, 2017. Т. 1. С. 170–171.Аванесов Г.А., Зиман Я.Л., Коган А.Ю., Хейфец В.Н., Красиков В.А. Способ определения координат звезд звездным датчиком, установленным на космическом аппарате, при каталогизации звездного неба. Патент РФ 1656323 от 15.06.1991.Аванесов Г.А., Зиман Я.Л., Коган А.Ю., Хейфец В.Н., Красиков В.А. Способ определения координат звезд звездным датчиком, установленным на космическом аппарате, при каталогизации звездного неба. Патент РФ 1656323 от 15.06.1991.Аванесов Г.А., Строилов Н.А., Филиппова О.В., Шамис В. А., Эльяшев Я.Д. Адаптация звездных каталогов к условиям их применения в звездных датчиках ориентации // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. №6. С. 69–81.Аванесов Г.А., Строилов Н.А., Филиппова О.В., Шамис В. А., Эльяшев Я.Д. Адаптация звездных каталогов к условиям их применения в звездных датчиках ориентации // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. №6. С. 69–81.Барке В.В., Венкстерн А.А., Котцов В.А., Захаров А.И. Способ определения звездной ориентации, не требующий перебора бортового каталога // 6-я Всероссийская научно-техническая конференция «Современные проблемы ориентации и навигации космических аппаратов». Сборник трудов. М., 2019. C. 232–241. URL: http://ofo.ikiweb.ru/publ/conf_2018_st.pdf.Барке В.В., Венкстерн А.А., Котцов В.А., Захаров А.И. Способ определения звездной ориентации, не требующий перебора бортового каталога // 6-я Всероссийская научно-техническая конференция «Современные проблемы ориентации и навигации космических аппаратов». Сборник трудов. М., 2019. C. 232–241. URL: http://ofo.ikiweb.ru/publ/conf_2018_st.pdf.Прохоров М.Е., Захаров А.И. Ориентация и навигация в космосе – новые методы и перспективы. URL: http://lyra.sai.msu.ru/spl2/wp-content/uploads/2014/01/Прохоров-Захаров-Екатеринбург-2011.pdfПрохоров М.Е., Захаров А.И. Ориентация и навигация в космосе – новые методы и перспективы. URL: http://lyra.sai.msu.ru/spl2/wp-content/uploads/2014/01/Прохоров-Захаров-Екатеринбург-2011.pdf

The authors declare that there are no conflicts of interest present.