Abstract und Zusammenfassung zu
"Indoor Attitude Estimation Using Artificial Star Patterns for the FACE Lab"

Achtung: der Text ist aus der Master/Diplomarbeit entnommen. Jeder Kandidat ist für seinen eigenen Text verantwortlich!

Zusammenfassung

"Diese Arbeit befasst sich mit der Implementierung eines Lagebestimmungssys- tems innerhalb eines Labors.Die Lagebestimmung basiert dabei auf einem Sternensensor mit CCD.Das System dient zur Bestimmung der absoluten Lage eines experimentellen Satelliten.Dieser wird durch einen Luftlagertisch emuliert.Das entwickelte Navigationssystem basiert auf dem Konzept der Schätzung der Lage eines Raumfahrzeugs mit Hilfe von Sternbeobachtungen. Der Tisch ist in einem Labor aufgebaut, in welchem die meisten räumlichen Zustände emuliert werden können, z. B. Schwerkraft, Erdmagnetfeld, Sonnenstrahlung und Stellarerhintergrund. Dieses Labor wird von der Abteilung Navigations- und Regelungssysteme (GNC)des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR)in Bremen verwendet, um verschiedene Software und Hardware zu testen und neue Strategie in Lagebestimmung und Lageregelung für Satelliten zu validieren. An der Struktur des Satelliten sind zwei CCD Kameras befestig. Die Kameras beobachten kontinuierlich den Stellarenhintergrund, welcher auerhalb des Tischs deniert wurde. Der Stellarehintergund wird im Labor durch einen Satz von LED-Arrays emuliert. Für den experimentellen OnBoard Rechner des Satelliten wurde ein Software Programm entwickelt. Das Programm steuert die Kameras, verarbeitet ihren Bilder und schätz die Lage des Tischs. Zuerst liest das Programm die Kameras mit einer bestimmten Frequenz aus. Danach sucht es die Sterne in den Bildern und vergleicht sie mit einem gespeicherten Katalog, der die Sternpositionen in dem Inertialsystem enthält. Nach der Identizierung schätz das Programm iterativ die orthonormalen Richtungskosinusmatrix, welche die Beobachtungen mit den gespeicherten Sternenpositionen zusammenbringt. Diese Matrix dient dazu die Lage des Tisches zu bestimmen. Zur Validierung des Systems werden experimentelle Ergebnisse geliefert."

Abstract

"The implementation of an indoor attitude estimation system based on star tracking with CCD cameras is presented. The system serves as an absolute attitude estimation system of an experimental satellite consisting, mainly, of an air-bearing table. The developed navigation system is based on the concepts of estimating the attitude of a space vehicle with the observation of stars, i.e. star tracking. The table is part of a laboratory facility that allows to emulate the space condi- tions that aect a real articial satellite (for instance, zero gravity, Earth's magnetic eld, solar radiation and stellar background). This laboratory is used by the Guid- ance, Navigation and Control (GNC) department of the Institute of Space Systems, a brand of the German Aerospace Center (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, DLR), for testing dierent software and hardware components as well as validating new strategies for satellite attitude estimation and attitude control. A set of two CCD cameras attached to the structure of the table are continuously looking to the stellar background at the exterior of the platform while it is moving. The stellar background is a set of arrays of LEDs (articial star patterns) which are inertially xed outside of the platform. A software programm for the embedded computer of the experimental satellite was developed for driving the cameras, processing the images they capture and estimating the current attitude of the table. In general, the software triggers the cameras at a certain frequency. Then it processes the taken images in order to nd and identify the captured stars from an apriori built star catalog. The catalog is stored in the memory of the computer and contains the positions of each articial star respect to the xed reference frame. Once the star identication nishes, the program estimates iteratively the transformation matrix that matches the location of the articial stars in the image plane (respect to the camera reference frame) with its positions in the real world (respect to the inertial reference frame). The transformation matrix is related with the attitude of the experimental satellite respect to the reference frame. Experimental results are provided to validate the performance of the indoor attitude estimation."