priborJournal of Instrument EngineeringИзвестия высших учебных заведений. Приборостроение0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2022-65-6-430-442pribor-261Research ArticleSCIENTIFIC AND PRACTICAL DEVELOPMENTSНАУЧНЫЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИDefining the orientation of the stand platform for semi-natural modeling of the dynamics of a nanosatellite relative motionОпределение ориентации платформы стенда полунатурного моделирования динамики относительного движения наноспутникаМещеряковВ. Д.MeshcheryakovV. D.

Вадим Дмитриевич Мещеряков - межвузовская кафедра космических исследований; НИЛ-102, инженер-программист

Самара

Vadim D. Meshcheryakov - Inter-University Department of the Space Researches; ResearchLaboratory 102, Engineer-Programmer

Samara

swedish2015@yandex.ruНиколаевП. Н.NikolaevP. N.

Пётр Николаевич Николаев - канд. физ.-мат. наук, межвузовская кафедра космических исследований; НИЛ-102, научный сотрудник

Самара

Petr N. Nikolaev - PhD, Inter-University Department of the Space Researches; Research Laboratory 102, Researcher

Samara

nikolaev.pn@ssau.ruХусаиновА. А.KhusainovА. А.

Александр Александрович Хусаинов - магистр, межвузовская кафедра космических исследований; НИЛ-102, инженер-программист

Самара

Aleхandеr A. Khusainov - M. Sc., Inter-University Department of the Space Researches; Research Laboratory 102, Engineer-Programmer

Samara

husa142508@gmail.comСамарский национальный исследовательский университет им. акад. С. П. КоролеваРоссияSamara UniversityRussian Federation202202122024656430442Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20242024Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/261

A technique for determining the orientation of the stand platform for semi-natural modeling of angular motion dynamics relative to the center of mass of a nanosatellite is proposed. The developed technique is based on the use of a stereo camera consisting of an infrared camera and a color camera of the visible spectral range. Each of these cameras is designed, respectively, for the formation of infrared and color images on processed photographs. The operation of both cameras is based on the use of a system of active optical markers emitting in the infrared and visible ranges. Based on the image taken by the infrared camera, the centers of optical markers are determined using the Hough transform. By the same method, extraneous artefacts are filtered out in the image obtained by a color camera by evaluating the fundamental matrix. After the color of the marker from the color image is determined, this feature is added to the obtained coordinates of the markers from the infrared image. After that, a triple of vectors is formed in the coordinate system of the stand platform and its orientation is determined in the coordinate system of the infrared camera. According to results of semi-linear modeling, the orientation error does not exceed 0.5°.

Предложена методика определения ориентации платформы стенда полунатурного моделирования угловых движений относительно центра масс наноспутника. Разработанная методика основана на применении стереокамеры, состоящей из инфракрасной камеры и цветной камеры видимого спектрального диапазона. Каждая из таких камер предназначена соответственно для формирования инфракрасных и цветных изображений на обработанных снимках. Работа обеих камер базируется на использовании системы активных оптических маркеров, излучающих в инфракрасном и видимом диапазонах. По снимку, сделанному инфракрасной камерой, определяются центры оптических маркеров с помощью преобразования Хафа. Этим же методом на снимке, полученном цветной камерой, путем оценки фундаментальной матрицы, отфильтровываются посторонние артефакты. После того как цвет маркера с цветного изображения определен, этот признак добавляется к полученным координатам маркеров с инфракрасного изображения. После этого формируется тройка векторов в системе координат платформы стенда и определяется ее ориентация в системе координат инфракрасной камеры. Полунатурное моделирование показало погрешность не выше 0,5°.

определение ориентацииполунатурное моделированиестереокамераоптическая системаактивные маркерыsemi-natural modelingstereo cameraoptical systemactive markersРабота выполнена в рамках проекта 0777-2020-0018, финансируемого из средств государственного задания победителям конкурса научных лабораторий образовательных организаций высшего образования, подведомственных Минобрнауки России.The work was carried out within the framework of the project 0777-2020-0018, funded from the funds of the state assignment to the winners of the competition of scientific laboratories of educational institutions of higher education subordinate to the Ministry of Education and Science of the Russian Federation.ReferencesКаширин А. В., Глебанова И. И. Анализ современного состояния рынка наноспутников как подрывной инновации и возможностей его развития в России // Молодой ученый. 2016. № 7(111). С. 855—867.Kashirin A.V., Glebanova I.I. Molodoy uchenyy (Young Scientist), 2016, no. 7(111), pp. 855–867. (in Russ.)Лабораторный стенд для полунатурной отработки систем ориентации микро- и наноспутников. Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша Российской академии наук, 2021 [Электронный ресурс]: <https://keldysh.ru/papers/2008/prep38/prep2008_38.html>. (дата обращения 11.06.2021).https://keldysh.ru/papers/2008/prep38/prep2008_38.html. (in Russ.)Игрицкий В. А., Майорова В. И. Особенности разработки модульных аппаратно-программных комплексов полунатурного моделирования систем управления и навигации малоразмерных космических аппаратов // Наука и Образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2011. № 13.Igritsky V.A., Mayorova V.I. Science and Education of Bauman MSTU, 2011, no. 13, pp. 16. (in Russ.)Meitu Ye, Jin Liang, Leigang Li, Boxing Qianc, Maodong Ren, Mingkai Zhang, Wang Lu, Yulong Zong. Full-field motion and deformation measurement of high speed rotation based on temporal phase-locking and 3D-DIC // Optics and Lasers in Engineering. 2021. Vol. 146, N 6. Р. 106697.Meitu Ye, Jin Liang, Leigang Li, Boxing Qianc, Maodong Ren, Mingkai Zhang, Wang Lu, Yulong Zong, Optics and Lasers in Engineering, 2021, no. (6)146, рр. 106697. DOI:10.1016/j.optlaseng.2021.106697.Jinzhao Y., Tse P. Sparse representation of complex steerable pyramid for machine fault diagnosis by using noncontact video motion to replace conventional accelerometers // Measurement. 2021. N 175365. February 2021. DOI:10.1016/j.measurement.2021.109104.Jinzhao Yang, Peter Tse, Measurement, 2021, no. 175(365), pp. 109104. DOI:10.1016/j.measurement.2021.109104.Элементы стенда полунатурного моделирования. „Спутникс“, частная космическая компания. 2021 [Электронный ресурс]: <https://sputnix.ru/ru/oborudovanie/elementi-stenda-polunaturnogo-modelirovaniya>. (дата обращения 28.05.2021)https://sputnix.ru/ru/oborudovanie/elementi-stenda-polunaturnogo-modelirovaniya/. (in Russ.)Полунатурный испытательный стенд отработки бортовых систем ориентации и стабилизации наноспутников. Центр наноспутниковых технологий. 2021 [Электронный ресурс]: <https://spacetest.ru/index.php?id=orient>. (дата обращения 28.05.2021).https://spacetest.ru/index.php?id=orient. (in Russ.)Система независимых измерений. „Спутникс“, частная космическая компания. 2021 [Электронный ресурс]: <https://sputnix.ru/ru/oborudovanie/elementi-stenda-polunaturnogomodelirovaniya/sistema-nezavisimyixizmerenij>. (дата обращения 28.05.2021).https://sputnix.ru/ru/oborudovanie/elementi-stenda-polunaturnogomodelirovaniya/sistema-nezavisimyix-izmerenij. (in Russ.)Madgwick Sebastian O. H. An efficient orientation filter for inertial and inertial/magnetic sensor arrays. University of Bristol, 2010 [Электронный ресурс]: <https://www.researchgate.net/publication/267197884_An_efficient_orientation_filter_for_inertial_and_inertialmagnetic_sensor_arrays>.Madgwick Sebastian O.H., University of Bristol, 2010, https://www.researchgate.net/publication/267197884_An_efficient_orientation_filter_for_inertial_and_inertialmagnetic_sensor_arrays.Branko K. Calibration of Kinect-type RGB-D Sensors for Robotic Applications // FME Transactions. 2015. Vol. 43, N 1. Р. 47—54. DOI:10.5937/fmet1501047K.Branko K. FME Transactions, 2015, no. 1(43), pp. 47–54. DOI:10.5937/fmet1501047K.Hartley R. I., Zisserman A. Multiple View Geometry in Computer Vision. Cambridge, 2003. https://doi.org/10.1017/CBO9780511811685.Hartley R.I., Zisserman A. Multiple View Geometry in Computer Vision, Cambridge, 2003, https://doi.org/10.1017/CBO9780511811685.Основы стереозрения // Хабр, сообщество IT-специалистов. 2021 [Электронный ресурс]: <https://habr.com/ru/post/130300/>. (дата обращения 31.05.2021).https://habr.com/ru/post/130300/ (in Russ.).Svalbe I. D. Natural representation for straight fines, the Hough transform on discrete arrays // IEEE Trans. on Pattern Analysis Machine Intelligence. 1989. Vol. II, N 9. рр. 286.Svalbe I.D. IEEE Trans. on Pattern Analysis Machine Intelligence, 1989, no. 9II), pp. 286.CamCal 011 Fundamental Matrix. Data Hackers. 2021 [Электронный ресурс]: <http://datahacker.rs/cameracalibration-essential-matrix-computation>. (дата обращения 31.05.2021).CamCal 011 Fundamental Matrix, 2021, http://datahacker.rs/camera-calibration-essential-matrix-computation.Ribo M. A new Optical Tracking System for Virtual and Augmented Reality Applications // IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference. Budapest, 2001.Ribo M. IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference, Budapest, 2001.О цветовых пространствах. Хабр, сообщество IT-специалистов. 2021 [Электронный ресурс]: <https://habr.com/ru/post/181580>. (дата обращения 31.05.2021).https://habr.com/ru/post/181580/.(in Russ.)Stereo Camera Calibrator App. MathWorks. 2021 [Электронный ресурс]: <https://www.mathworks.com/help/vision/ug/stereo-camera-calibrator-app.html>. (дата обращения 31.05.2021).Stereo Camera Calibrator App, MathWorks, 2021https://www.mathworks.com/help/vision/ug/stereo-cameracalibrator-app.html/.

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