pte19991115009 Forschung/Entwicklung, Produkte/Innovationen

Satellitenorientierung mit Hilfe der Sterne

Neue Software erkennt Sternmuster und berechnet die Satellitenlage


Bremen (pte) (pte009/15.11.1999/11:00) Nicht nur in der Schifffahrt, auch in der Raumfahrttechnik spielt das Sternensystem eine wichtige Rolle: Anhand der Sternenkonstellation ist es beispielsweise möglich, die Ausrichtung von Satelliten im All zu bestimmen. http://www.uni-bremen.de/campus/pressestelle/UniPress/99-131.html

Der Bremer Wissenschaftler Hartmut Renken entwickelt ein schnelles Verfahren zur Sternmustererkennung, das er bereits vollständig als Softwareprototyp realisiert hat. Anhand realer Himmelsaufnahmen und durch Simulation einer weltraumtauglichen Kamera zeigt er, dass eine eindeutige Erkennung von unbekannten Sternmustern mit einer Erfolgsquote von bis zu 99,7 Prozent möglich ist. Durch die Kombination des Verfahrens mit einer geeigneten Sternenkamera ergibt sich ein System, das auch die Bestimmung der vollständigen dreiaxialen Lageinformation zulässt, nach dem Motto: Bild rein, Lagedaten raus.

Eine spezielle Sternenkamera übernimmt dabei die Aufgabe des menschlichen Auges. Dieses Bild von unbekannten und aus beliebigen Sternen bestehenden Sternmustern wird dann von einer speziellen Software zur Auswertung und Berechnung übernommen. Die Sternenkamera und der mit Software gefütterte Rechner bilden ein auch "Sternsensor" genanntes Bildverarbeitungssystem. Die ganze Intelligenz des Sternsensors steckt in der Software, die entsprechend "schlau" programmiert wurde, um auch problematische Situationen handhaben zu können. Denn als Fehlerquellen sind z.B. Kameradefekte oder helle Störobjekte, wie Sonne und Mond denkbar, die die Himmelsaufnahme schnell zur Überbelichtung bringen können. Auch müssen Mehrdeutigkeiten bei der Erkennung der Sternmuster abgefangen werden.

Der Kern des Verfahrens beruht auf dem Vergleich aller Winkelabstände eines Sternmusters auf der Bildvorlage mit den Winkelabständen von Sternen, die über einen Sternkatalog und einen schnellen Korrelationsalgorithmus ableitbar sind. Die Software findet dann das zu erkennende Sternmuster in einer nur aus Himmelskoordinaten bestehenden datenbankähnlich organisierten Datei in Bruchteilen einer Sekunde wieder, wobei im Maximalfall bis zu 4.480 Sterne im Sternkatalog berücksichtigt werden. Dies entspricht in etwa der Anzahl der Sterne, die der Mensch mit dem bloßen Auge sehen kann. Die Datei beinhaltet alle mit der Sternenkamera erfaßbaren Sterne und repräsentiert damit ein Sollwissen, auf dessen Basis sich theoretisch Trillionen von Sternmustern bilden lassen.

Renken hat auch eine Software entwickelt, die mit einer sehr geringen Speicherkapazität auskommt, denn die Bordrechner von Satelliten müssen mit begrenzter Energie auskommen und sind daher nur mit einem sehr kleinen Speicher ausgestattet. Dem Wissenschaftler ist es gelungen, durch geschickte Programmierung mit einer Speicherkapazität von weniger als 256 Kilobyte auszukommen. Darin sind sogar die notwendige Betriebssystemumgebung und der Speicher für die Bilddaten und die Koordinaten der Sternendatenbank enthalten. Denn erst durch die speichersparende Ausführung, verbunden mit extrem kurzen Berechnungszeiten, wird die bildverarbeitende Lagebestimmung für Raumfahrtanwendungen interessant. Informationen: Dr. Hartmut Renken, Email: hartmut@renken.de (Uni Bremen)

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