Autonomous optical navigation for DESTINY+: Enhancing misalignment robustness in flyby observations with a rotating telescope

要約

Destiny+は、Phaethonを含む複数の小惑星を飛ばすための今後のJaxa Epsilonミディアムクラスのミッションです。
小惑星フライバイ観測機器として、TCAPという名前の単一軸回転が機械的に機械的に能力的に能力的に能力的に能力があるため、宇宙船に取り付けられて、フライバイ中のターゲット小惑星を追跡および観察します。
回転望遠鏡を使用した過去のフライバイミッションのように、TCAPは、最も近いアプローチフェーズ中に自律光学ナビゲーションのナビゲーションカメラとしても使用されます。
ナビゲーションの精度の劣化を軽減するために、過去のミッションは、光学ナビゲーションを開始する前にナビゲーションカメラのアライメントのキャリブレーションを実行しました。
ただし、このようなキャリブレーションには、完了するのに大きな運用時間が必要であり、操作シーケンスに制約を課します。
上記の背景から、Destiny+チームは、TCAPのアライメントエラーが残ることにより、運用コストを削減する可能性を研究してきました。
このホワイトペーパーでは、この文脈で提案されている回転望遠鏡の不整合に堅牢に堅牢になった自律光学ナビゲーションアルゴリズムについて説明します。
提案された方法では、望遠鏡の不整合は、フライバイターゲットに対する宇宙船の軌道と同時に推定されます。
ミスアライメントと観測値の間の非線形性に対処するために、提案された方法は、過去の研究で広く使用されている拡張されたカルマンフィルターの代わりに、無香料のカルマンフィルターを利用します。
提案された方法は、PCの数値シミュレーションとループ中のハードウェアシミュレーションで評価され、Phaethon FlybyをDestiny+ Missionで例として採用しました。
検証結果は、提案された方法が、オンボードコンピューターに適した合理的な計算コストで、光学ナビゲーションの精度の誤った誘発性の分解を軽減できることを示唆しています。

要約(オリジナル)

DESTINY+ is an upcoming JAXA Epsilon medium-class mission to flyby multiple asteroids including Phaethon. As an asteroid flyby observation instrument, a telescope mechanically capable of single-axis rotation, named TCAP, is mounted on the spacecraft to track and observe the target asteroids during flyby. As in past flyby missions utilizing rotating telescopes, TCAP is also used as a navigation camera for autonomous optical navigation during the closest-approach phase. To mitigate the degradation of the navigation accuracy, past missions performed calibration of the navigation camera’s alignment before starting optical navigation. However, such calibration requires significant operational time to complete and imposes constraints on the operation sequence. From the above background, the DESTINY+ team has studied the possibility of reducing operational costs by allowing TCAP alignment errors to remain. This paper describes an autonomous optical navigation algorithm robust to the misalignment of rotating telescopes, proposed in this context. In the proposed method, the misalignment of the telescope is estimated simultaneously with the spacecraft’s orbit relative to the flyby target. To deal with the nonlinearity between the misalignment and the observation value, the proposed method utilizes the unscented Kalman filter, instead of the extended Kalman filter widely used in past studies. The proposed method was evaluated with numerical simulations on a PC and with hardware-in-the-loop simulation, taking the Phaethon flyby in the DESTINY+ mission as an example. The validation results suggest that the proposed method can mitigate the misalignment-induced degradation of the optical navigation accuracy with reasonable computational costs suited for onboard computers.

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