Vision-Based Estimation of Small Body Rotational State during the Approach Phase

要約

小天体集団の不均一性は、宇宙船が到着する前の小天体の特性の予測を複雑にします。
小天体の自律探査においては、軌道投入や近接運用前に小天体の特性を推定するアルゴリズムの開発が重要です。
この論文では、アプローチ段階における小体の回転状態 (すなわち、回転の中心と回転軸方向) の視覚ベースの推定を開発します。
このミッション フェーズでは、探査機は天体の回転を観察し、画像内の特徴を追跡します。
フィーチャ トラックはランドマークの円運動の投影であるため、可能な回転軸が計算されます。
次に、機能の動きとヒューリスティックなアプローチを利用して、可能な候補の中から回転軸のソリューションが選択されます。
最後に、明るさの中心から回転の中心を推定します。
このアルゴリズムは、2 つの異なる小惑星 (ベンヌとイトカワ)、3 つの異なる照明条件、および 100 を超える異なる回転軸方向を使用して、800 を超えるテスト ケースでテストされています。
結果は、ほとんどの場合、限られた誤差で回転軸を決定できることを示しており、提案されたアルゴリズムが自律的な小体の特徴付けのための貴重な方法であることを意味しています。

要約(オリジナル)

The heterogeneity of the small body population complicates the prediction of the small body properties before the spacecraft’s arrival. In the context of autonomous small body exploration, it is crucial to develop algorithms that estimate the small body characteristics before orbit insertion and close proximity operations. This paper develops a vision-based estimation of the small-body rotational state (i.e., the center of rotation and rotation axis direction) during the approach phase. In this mission phase, the spacecraft observes the celestial body rotating and tracks features in images. As feature tracks are the projection of landmarks’ circular movement, the possible rotation axes are computed. Then, the rotation axis solution is chosen among the possible candidates by exploiting feature motion and a heuristic approach. Finally, the center of rotation is estimated from the center of brightness. The algorithm is tested on more than 800 test cases with two different asteroids (i.e., Bennu and Itokawa), three different lighting conditions, and more than 100 different rotation axis orientations. Results show that the rotation axis can be determined with limited error in most cases implying that the proposed algorithm is a valuable method for autonomous small body characterization.

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