بخشی از مقاله
چکیده
شبیه ساز دینامیک مدار و مأموریت یک ماهوارة تصویربرداري در محیط سیمولینک متلب توسعه داده شده است. این شبیه ساز امکان مدل سازي کامپیوتري مأموریت یک ماهواره با محموله تصویربرداري را بر طبق سناریوي پروازي مشخص فراهم میکند. پارامترهاي مداري، مشخصات محموله و جانمایی آن در سازه، خواص جرمی و اینرسی ماهواره و مشخصات جغرافیایی مناطق موردنظر تصویربرداري بر روي زمین، زوایاي دید و برنامه زمانی ثبت تصاویر، وروديهاي شبیه ساز هستند.
ارزیابی عملکرد شبیه ساز با پیادهسازي یک مأموریت نمونهاي انجام شده است. در این مأموریت، دوربین باید در برخی از گذرهاي یک روز براي چند دقیقه بر روي نقطه خاص از سطح زمین با طول و عرض جغرافیایی از پیش تعیین شده متمرکز شود.
واژههاي کلیدي: کنترل وضعیت، مخروط دید، زوایاي اویلر
مقدمه
همانطور که اشاره شد نتایج این مدلسازي میتواند نقش ورودي یک سیستم کنترل وضعیت بهعنوان ورودي مرجع را ایفا کند. در ابتدا براي تحلیل و بررسی این مدلسازي لازم است تا جزئیات مأموریت ماهواره تحت عنوان پروفیل مأموریتی تشریح شود. در واقع آنچه بهعنوان خروجی از این مدلسازي بهدست خواهد آمد زوایاي اویلر و نرخ زوایاي اویلر است. حال میتوان با مشخص شدن خروجی مدلسازي پروفیل مأموریت ماهواره را تشریح کرد.
پروفیل مأموریتی ماهوارة موردنظر شامل دو مرحله است: مرحله اول هنگامی است که ماهواره در خارج از مخروط دید نقطه هدف قرار دارد و محور دوربین ماهواره که در این مقاله محور z دستگاه بدنه است باید همواره به سمت مرکز زمین باشد؛ مرحله دوم نیز هنگامی فعال میگردد که ماهواره در مخروط دید نقطه هدف قرار میگیرد و محور دوربین ماهواره همواره باید در امتداد خط واصل ماهواره و نقطه هدف، موجود بر روي سطح زمین قرار گیرد. البته در قسمت شبیهسازي به مدلسازي موقعیت ماهواره در دو دستگاه مختصات مختلف نیز پرداخته شده است.
مدلسازي
همانطور که گفته شد پروفیل مأموریتی ماهوارة موردنظر شامل دو مرحله است که میتوان مدلسازي آنها را بهطور جداگانه انجام داده و با ایجاد شرطی که لحظه ورود ماهواره به مخروط دید را مشخص میکند آنها را از یکدیگر متمایز کرد. بههرحال براي بهدست آوردن روابط بهمنظور مدلسازي نیاز به تعریف چند دستگاه مختصات است که در اینجا تنها به معرفی آنها اکتفا میکنیم:
1. دستگاه - ECI - اینرسی زمین مرکز
2. دستگاه زمین مرکز زمین ثابت - ECEF -
3. دستگاه مداري - Orbit -
4. دستگاه بدنی - Body -
همانگونه که قبلاً اشاره شد خروجی مدلسازي، زوایاي اویلر و نرخ زوایاي اویلر است. براي بهدست آوردن زوایاي اویلر و همچنین نرخ زوایاي اویلر باید رابطه میان دستگاه مختصات بدنه و دستگاه مرجع را توسط یک ماتریس تبدیل که از معلومات مسئله و پارامترهاي حاصل از حل مداري ایجاد میشود بهدست آورد. قبل از بهدست آوردن ماتریس تبدیل باید این نکته را اضافه کرد که دستگاه مرجع براي مدلسازي زوایاي اویلر را در این مقاله دستگاه ECI قرار دادهایم. شایان ذکر است که در مدلسازي مربوطه سیستم زمان مبتنی بر تاریخ جولیان است .
علاوهبر زوایاي اویلر نیاز به نرخ زوایای اویلر نیز داریم. به همین منظور در ابتدا سرعتهاي زاویهاي دستگاه بدنه را بهدست آورده و سپس با استفاده از ماتریس تبدیل سرعتهاي زاویه اي حاصل از زوایاي اویلر، سرعتهاي زاویه اي اویلر را بهدست میآوریم.
شبیه سازي
در این قسمت به تشریح نرم افزار مرتبط با این مدلسازي ها میپردازیم. این نرمافزار توسط رابط گرافیکی GUI موجود در متلب ایجاد شده که شامل سه قسمت ورودي یا دریافت داده ها، راه اندازي شبیه سازي و نمایش نتایج است. در بخش ورودي داده ها کاربر باید سه پارامتر مداري - ارتفاع حضیض، ارتفاع اوج، و شیب مدار - ، تاریخ قرارگیري ماهواره در مدار، موقعیت نقطه حضیض و موقعیت نقطه هدف را به نرمافزار بدهد.
در بخش نمایش داده ها میتوان تغییرات زوایاي اویلر و سرعتهاي زاویه اي بدنه را با زمان و همچنین موقعیت ماهواره در دو دستگاه ECI و ECEF و نیز موقعیت ماهواره در روي نقشه گسترده با دو حالت اضافی - نقاطی که ماهواره در مخروط دید است و نقاطی که نقطه هدف در شب قرار دارد - را نظاره گر بود.
