Levantamento de técnicas de identificação de estrelas e desenvolvimento de um ambiente de simulação e testes para análise de seus desempenhos em aplicações espaciais

• Main Author: Gustavo Baldo Carvalho
• Other Authors: Roberto Vieira da Fonseca Lopes
• Language: Portuguese
• Published: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais 2000
• Online Access: http://urlib.net/sid.inpe.br/deise/2001/08.03.12.37

Este trabalho analisa e classifica diversas técnicas existentes de identificação de estrelas observadas por sensores estelares em espaço naves estabilizadas triaxialmente, com o objetivo de facilitar a escolha do algoritmo mais adequado a uma determinada aplicação. A análise das técnicas de identificação de estrelas se baseia em simulações de vistas por um sensor estelar, utilizando-se um catálogo como fonte de informação. As possibilidades para as identificações de estrelas são: identificação correta, identificação errônea, identificação ambígua e não identificação. Algumas das principais tarefas das técnicas são maximizar a probabilidade de identificação correta e minimizar a probabilidade de identificação errônea. O tempo de processamento e a memória requerida são também aspectos relevantes. Algumas técnicas de identificação de estrelas analisadas pressupõem disponibilidade de informação de atitude a priori, enquanto outras não. Algumas procuram otimizar o processo de busca da solução por meio de uma técnica adequada de varredura do catálogo de estrelas enquanto outras fazem a varredura de catálogos de pares de estrelas ou ainda de catálogos de padrões de estrelas. A solução em algumas técnicas é obtida por sucessivas verificações lógicas, enquanto que em outras pela maximização de um índice de desempenho. Um ambiente de simulação e testes denominado Star Identification Algorithm Test Software (S.I.A.T.S.)foi desenvolvido para facilitar a comparação entre algoritmos que implementam técnicas de identificação de estrelas. Assim, diversos algoritmos são implementados e comparados em termos de taxa de sucesso, erros da atitude determinada e tempo de processamento. Após a identificação das estrelas, a atitude é estimada pelo método de mínimos quadrados que utiliza dois ou mais versores conhecidos em dois referenciais diferentes. A representação de atitude é feita através de ângulos de Euler e as coordenadas das estrelas em um referencial inercial são obtidas de catálogos estelares tais como o SKY Catalogue 2000.0 (Sky Publishing Corporation, 1991). Dessa forma, pretende-se somar esforços a projetos em andamento no Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)tais como o projeto de um sensor estelar, o satélite franco-brasileiro e o projeto do balão de ""Máscara Codificada"" (MASCO). === This work analyzes and classifies star identification methods and techniques for star sensor observations on a three-axis stabilized spacecraft. The main aim is to ease the choice of the best algorithm for a specific space application. The analysis of the star identification techniques is based on digital simulation for the star sensor. There are four possibilities for a star identification: correct identification, misidentification, ambiguous identification and no identification. Some of the main tasks of the algorithms are to maximize the probability of a correct identification and to minimize the probability of a misidentification. The execution time and the required memory are also relevant performance parameters. Some of the analyzed star identification techniques require a priori attitude information availability, while others do not. Some seek the search process optimization for the solution by means of the stars' catalog tracking technique while others use stars' pairs catalogs or stars' patterns catalogs. The solution in some techniques is obtained by successive logical verifications, while others maximize a performance index. A simulation and test environment called Star Identification Algorithm Test Software (S.I.A.T.S)was developed to ease the comparison among algorithms that implement stars identification techniques. The results are compared in terms of success rate, attitude estimation errors and execution time. After identification of the stars, the attitude is estimated by the least-squares method, Which uses two or more vectors in both reference frame and body frame. The attitude is represented through Euler angles and the star coordinates in an inertial frame are obtained from a star catalog named SKY Catalogue 2000.0 (Sky Publishing Corporation, 1991). Thus, the results are intended to be a positive contribution to National Space Research Institute (INPE)projects such as the star tracker project, the French-Brazilian micro-satellite and the ""Codified Mask"" (MASCO)balloon project.