Звёздные датчики

[***]

Не ну в радиационный пояс запускать не стоит конечно - ну а так, что ему И7 - будет? На текущий момент самый производительный проц!

В космосе вакуум - пыли там не должно быть, ну в крайнем случае можно сделать щетку протирающую наружную линзу.
Сборочные цеха - так там ваще одна пылинка на кубометр!

А что там с дифракцией интересно?

Нее, если на картинке будет одна неучтенная звезда (спутник засветился) - то его будет просто вычислить - так как он не будет вписываться в таблицу аккуратно, а значит будет просто отсеян.

Да, весьма глубокие познания о реалиях как космического пространства, так и космического производства.

[m939]

В космосе вакуум - пыли там не должно быть ...
Сборочные цеха - так там ваще одна пылинка на кубометр!

Наберите в googl'e "космический мусор" или "space debris".

... пыли там не должно быть, ну в крайнем случае можно сделать щетку протирающую наружную линзу.

Проблема не в оседании пыли на оптику, а в том, что осещенная Солнцем пылинка недалеко от объектива звездного датчика может быть ярче, чем звезда.

Нет, если на картинке будет одна неучтенная звезда (спутник засветился) - то его будет просто вычислить - так как он не будет вписываться в таблицу аккуратно, а значит будет просто отсеян.

А если таких "звезд" 20?

[Monoceros]

m939, а вы специалист? Что по моему алгоритму скажите?

[m939]

Интересно, многие ли из присутствующих принимали деятельное участие в разработке реальных звездных датчиков?
Смешные такие теории здесь наблюдаются. Отдельные товарищи решили ну просто все проблемы. Чувствительность обеспечить любую могут, поле зрения при этом сузить - тоже не проблема. С погрешностью вообще все прекрасно - доли секунды для них - вопрос уровня детсада (и даже злободневную погрешность по третьей оси они играючи убрали, несмотря на предлагаемое сужение поля зрения). Мощность, габариты - фи. Попутно устраняемая мелочь.

По-видимому, "отдельный товарищ" это я (может быть, не я один). Поэтому отвечу на то, что смогу.

Достаточно плотно работал с датчиком АД-1 МОКБ "Марс".

Но идея высокоточного (0.1") звездного датчика возникла из задачи высокоточной (0.2") стабилизации оптического телескопа на "дрожащем" КА. Там пришлось сделать "встроенный" звездный датчик. Потом сделали оценки, при каких параметрах датчик обеспечит эти самые 0.1". Оказалось прибор будет вполне компактный, сравнимый по габаритам и массе, например, с БОКЗ.
И мне стало интересно, почему никто такого не делает?

Теперь технические вопросы:

Чувствительность обеспечить любую

Чувствительность сильно возрастает, если заменить объектив диаметром 2-3 см с 10 см (в диаметре) блендой, на 10 см зеркальный телескоп (без бленды).

Чувствительность обеспечить любую могут, поле зрения при этом сузить

Чувствительность - это число квантов накопленное от звезды. Оно зависит от яркости звезд, диаметра объектива и экспозиции, но не зависит от ширины поля зрения.

и даже злободневную погрешность по третьей оси они играючи убрали, несмотря на предлагаемое сужение поля зрения

Нет, не убрали. Но датчик с шириной поля зрения 1 град. и погрешностью по оси 0.1" будет по 3-й оси в несколько раз точнее датчика с полем 10 град. и погрешностью 5". Но полное решение этой пробдемы - установка двух датчиков примерно под 90 град. друг к другу, тогда погрешность по всем осям будет одинаковая.

Мощность, габариты - фи. Попутно устраняемая мелочь.

Нет, вот это не устраняется. При заданной точности есть минимальные габариты и вес. Поэтому и спрашивал "чем заказчик может поступиться".

С погрешностью вообще все прекрасно - доли секунды для них - вопрос уровня детсада

Если действительно интересно как достичь такой точности - могу объяснить.

[m939]

По-моему, алгоритм должен быть такой: по картинке ищем 2 самые яркие звезды на расстоянии друг от друга не ближе скажем трети размера картинки, FOVa. Перебираем по карте звезд все пары с подобным расстоянием (пар будет порядка количества звезд в карте). По этой привязке проецируем карту на картинку и грубо говоря ищем разницу изображений. Причем, именно разница между звездами в карте и тем что на каринке, не учитывая всякий шум и спутники. Там, где разница будет минимальной - искомые звезды, не трудно получить направление.

Метод неустойчив к помехам. В каталоге (карте) их, конечно, нет. А в кадре они могут быть. Если одна из "двух самых ярких звезд" (или обе) окажется помехой, то отождествления не произойдет. Это аварийная ситуация, в которой надо что-то сделать. Но вариантов много: вместо 1-й и 2-й звезд взять 1-ю и 3-ю или 2-ю и 3-ю, или 3-ю и 4-ю, или ...

Если помех много - ваш алгоритм будет часто сбоить. Устойчивый алгоритм должен, по-видимому, сразу обрабатывать все звезды в кадре (или хотя бы много звезд).

Для надежности, конечно, лучше камеру продублировать в каком-нибудь другом месте ракеты и сравнивать кватернионы направления...

Очень хороший вариант - независимое отождествление в двух полях. Но если помех много - и тут будут сбои, хотя намного реже.

[Monoceros]

Если одна из "двух самых ярких звезд" (или обе) окажется помехой, то отождествления не произойдет.

Неужели есть алгоритмы, совершенно устойчивые к таким помехам?   Конечно, хорошо бы сначала позырить на бенчмарки. Если помехи действительно такие серьезные - надо, действительно, брать 1-ю и 2-ю, 1-ю и 3-ю, 2-ю и 3-ю и т.д. Пар 10, в зависимости от реалий конечно Выбирать по максимуму оценочной функции (похожести).
Если с контекстом, т.е. известно текущее предыдущее положение датчика, то брать только 1ю и 2ю. Когда максимум функции оценки получился вне поля предыдущего положения +- предельные угловые скорости*dT, брать 2ю и 3ю звезды и т.д. С контекстом, кстати, можно обрезать карту и очень очень ускорить процесс.

Достаточно плотно работал с датчиком АД-1 МОКБ "Марс".

А какой был алгоритм гос. тайна?  

[Monoceros]

К статической карте звезд надо добавлять динамические положения видимых планет, может луны, солнца... Соответственно еще удалять землю. Все-таки интересно, 8мпикс. камеры достаточно, как утверждает mistermuscle чтобы разглядеть звезды, или нет.

[sleo]

Резать нечего - на небе неск. тысяч ярких звезд - миллион взаимных расстояний. Если не резать - и того, и другого будет намного больше.

А как это получается - миллион взаимных расстояний при неск. тысяч  звезд? Вы взаимные расстояния учитываете многократно?

[Monoceros]

А как это получается - миллион взаимных расстояний при неск. тысяч  звезд? Вы взаимные расстояния учитываете многократно?

У каждой из N звезд N-1 соседок, следовательно всего N(N-1)/2 взаимных расстояний.

[m939]

Если одна из "двух самых ярких звезд" (или обе) окажется помехой, то отождествления не произойдет.

Неужели есть алгоритмы, совершенно устойчивые к таким помехам?

Совершенно устойчивых - нет.

Один из вариантов устойчивого алгоритма работает так:
1). Считает все пары расстояний между звездами в бортовом каталоге (карте) только для звезд угол между которыми меньше ширины поля зрения (т.е. которые могут одновременно попасть в кадр). Если примерно известно куда направлен датчик, то берем не всю карту, а только ее часть (да и расстояния между парами можно взять от прошлого раза).

2). Считаем все пары расстояний между изображениями в кадре - берутся звезды и помехи, которые не удалось отличить от звезд по "внешнему виду".

3). Оставляем в списке расстояний с карты только те пары, расстояния между которыми соответствуют какому-либо расстоянию в кадре (с учетом ошибки измерения координат). Чем точнее измеряются положения звезд в кадре, тем меньше пар останется.

4). Из оставшихся пар выделяем связные группы - в которые входят звезды все вместе помещающиеся в один кадр и все расстояния между которыми соответствуют расстояниям на изображении.

5) Скорее всего самая многочисленная группа (если их несколько) - реальное отождествление. Но может потребоваться провелить и остальные.

6) Последний шаг - вычисляем ориентацию датчика сравнивая координаты звезд с карты и их же координаты в кадре.

Для того, чтобы это алгоритм работал надо в кадре иметь не 2, а 4-5 каталожных звезд. При очень большом количестве помех он начинает давать сбои, но здесь существенную роль играет точность измерения координат звезд в кадре - чем точнее, тем меньше совпадений в пределах погрешности.

По бенчмарке этот алгоритм проиграет вашему - он существенно сложнее, зато устойчив.

Если датчик работает непрерывно и сдвиг изображения между кадрами небольшой, то можно искать новые положения звезд вблизи их положений на предыдущем кадре. Это намного быстрее. А если отождествленных звезд в кадре 5 или больше, то процедура становится достаточно устойчивой. Но при включении датчика или после перерыва в его работе требуется начальное отождествление "по полной программе".

Достаточно плотно работал с датчиком АД-1 МОКБ "Марс".

А какой был алгоритм гос. тайна?

Не думаю, что тайна, просто я его не знаю, занимался другими вещами.

[sleo]

А как это получается - миллион взаимных расстояний при неск. тысяч  звезд? Вы взаимные расстояния учитываете многократно?

У каждой из N звезд N-1 соседок, следовательно всего N(N-1)/2 взаимных расстояний.

Если за "несколько тысяч" считать "2 тысячи", то  по Вашей же формуле получается не миллион, а 2 миллиона взаимных расстояний. Это, правда, мелочи

[m939]

К статической карте звезд надо добавлять динамические положения видимых планет, может луны, солнца... Соответственно еще удалять землю.

Последние три - не надо. Как только Луна, освещенная солнцем Земля и, тем более, Солнце попадают в поле зрения датчика - он перестает работать из-за засветки (не видит звезд).

[m939]

Все-таки интересно, 8мпикс. камеры достаточно, как утверждает mistermuscle чтобы разглядеть звезды, или нет.

Мегапиксели тут играют одну из последних ролей.

Вот эти два снимка сделаны (при мне) 12Мп камерой (http://www.flickr.com/photos/obartunov/4088928933/in/set-72157622740300156/ и http://www.flickr.com/photos/obartunov/4089027379/in/set-72157622740300156/). Правда там диаметр объектива был в несколько сантиметров и выдержка в минуту. (Звезды на кадрах смазались из-за вращения неба - горы резкие.) Сам делал такие на 6Мп.

В может ли увидеть звезды смарт фон с объективом в 3мм даже в режиме "ночной съемки" (не знаю что такое?) на самом деле интересно.

[Monoceros]

В может ли увидеть звезды смарт фон с объективом в 3мм даже в режиме "ночной съемки" (не знаю что такое?) на самом деле интересно.

"ночная съемка" - ну наверно выдержка больше?
http://www.astronomy.ru/forum/index.php?action=dlattach;topic=9361.0;attach=205965;image - вот эта снята на зеркалку с 10 сек выдержкой, парень знакомый снимал.
Такая выдержка конечно не годится для определения ориентации с частотой 10 Гц Нужно 1/20 сек или меньше. У меня есть подозрение, что если на обычную мыльницу снять, а потом в фотошопе наболтать яркости/контрастности, то звезды, по крайней мере крупные, будут видны. Только конечно не из жпега, а то одни артефакты будут %)  И в космосе звезды ярче...

[Monoceros]

http://www.iki.rssi.ru/ofo/pdf/stand_prepr.pdf

Кстати, насчет объектива 3мм: у человека хрусталик не на много больше.

[m939]

К вопросу о важности использования устойчивых алгоритмов в звездных датчиках

Если одна из "двух самых ярких звезд" (или обе) окажется помехой, то отождествления не произойдет.

...

цитирую препринт ИКИ про БОКЗ

http://www.iki.rssi.ru/ofo/pdf/stand_prepr.pdf

из раздела 2.1

Бортовой звездный каталог прибора содержит 8500 звезд. В поле зрения прибора в среднем попадает около 60 звезд, из которых в бортовой каталог включена пятая часть. Звезды, не входящие в бортовой каталог прибора, представляют собой для прибора «помеховые» объекты.

Выводы. У БОКЗ помех в 4 раза больше, чем звезд в каталоге и это стандартная ситуация.

Еще из приведенны данных про число звезд можно оценить размер поля зрения того БОКЗ, про который говорится в препринте: площадь около 300 кв.град., т.е. размер 17х17 град. (Брал площадь небесной сферы равно 42000 кв.град.) Но это так, из интереса.

[Monoceros]

Бортовой звездный каталог прибора содержит 8500 звезд. В поле зрения прибора в среднем попадает около 60 звезд, из которых в бортовой каталог включена пятая часть. Звезды, не входящие в бортовой каталог прибора, представляют собой для прибора «помеховые» объекты.

Выводы. У БОКЗ помех в 4 раза больше, чем звезд в каталоге и это стандартная ситуация.

Судя по картинкам аппарат не различает яркость звезд (может быть есть серьезная причина?). Если б различал, было бы легче имхо. Самые яркие на кадре все-таки ж наверно из каталога, а мелких по нормальному звездному распределению может быть вообще пруд пруди

[m939]

Судя по картинкам аппарат не различает яркость звезд (может быть есть серьезная причина?).

Фотоприемник в БОКЗ - ПЗС, так что различает. Дело, скорее, в самом изображении. Что с ним делали - неизвестно, особенно если препринт готовили для бумажной полиграфии.

Если б различал, было бы легче имхо.

Насколько я знаю (но это не точно), алгоритм БОКЗ использует сведения только о координатах звезд.

Самые яркие на кадре все-таки ж наверно из каталога, а мелких по нормальному звездному распределению может быть вообще пруд пруди

Естественно, в каталог включаются самые яркие звезд, но не предельно яркие, т.к. (еще цитата из препринта)

К последним [к помехам] также относятся яркие
звезды, попадающие в поле зрения прибора и создающие
растекание заряда на ПЗС-матрице, которое проявляется в виде...

Еще . "Нормальное" распределение звезд - степенное. Количество звезд возрастает в 3-4 раза при увеличение предела на 1 звездную величину.

[Monoceros]

Вот я смотрю Google Earth -> небо, у меня дисплей 1280x1024, т.е. мегапиксельный. Обзор наверно градусов 20. Бросается в глаза, что очень много звезд примерно на одном расстоянии друг от друга.


Имхо идентфикации основанные на уникальности расстоянии будут постоянно сбоить. Нужно обязательно учитывать взаимное расположение. Человечий мозг по крайней мере явно так работает, не зря, наверное  
Кстати во: http://ru.wikipedia.org/wiki/SIMBAD

[m939]

Вот я смотрю Google Earth -> небо, у меня дисплей 1280x1024, т.е. мегапиксельный. Обзор наверно градусов 20. Бросается в глаза, что очень много звезд примерно на одном расстоянии друг от друга.
[http]

Я посчитал звезды на картинке. Их там 90-100 (считал мышкой - мог ошибиться, но вряд ли сильно). Расстояний между звездами будет ~5000. Диагональ картинки ~1500 пикселей. То есть для всех расстояний от 1 пикселя до 1500 будет в среднем приходиться по 3 пары (если точность измерения - 1 пиксель).
Если же речь идет о расстояниях между ближайшими звездами, которые и "видит" глаз, то размер картинки ~1 мегаприксель => 10000 пикселей на звезду => среднее расстояние между звездами ~100 пикселей. Вывод: совпадающих ближайших расстояний будет мало (единицы), а что кажется глазу - не важно.

Имхо идентификации основанные на уникальности расстоянии будут постоянно сбоить. Нужно обязательно учитывать взаимное расположение. Человечий мозг по крайней мере явно так работает, не зря, наверное  

Не понимаю, что вы имеете в виду под "учитывать взаимное расположение"? Пары с совпадающими расстояниями будут появляться обязательно. Но в алгоритме, который я приводил выше, ищутся не пары, а 4-5 звезд все расстояния между которыми совпадают с бортовым каталогом (картой).

Кстати во: http://ru.wikipedia.org/wiki/SIMBAD

И что? Абсолютно пустая статья в wiki.