DIN EN 16603-60-20-2014 Space engineering - Star sensor terminology and performance specification English version EN 16603-60-20 2014《航天工程 星敏感器术语和性能规格 英文版本EN 16603-60-20-2014》.pdf

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1、Dezember 2014DEUTSCHE NORM DIN-Normenausschuss Luft- und Raumfahrt (NL)Preisgruppe 31DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 49.140!%;M“2244258www.din.deDDIN EN 166

2、03-60-20Raumfahrttechnik Terminologie und Leistungsspezifikation fr Sternensensoren;Englische Fassung EN 16603-60-20:2014Space engineering Star sensor terminology and performance specification;English version EN 16603-60-20:2014Ingnierie spatiale Specification des performances et terminolodie des se

3、nseurs stellaires;Version anglaise EN 16603-60-20:2014Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 102 SeitenDIN EN 16603-60-20:2014-12 2 Nationales Vorwort Dieses Dokument (EN 16603-60-20:2014) wurde vom Technischen Komitee CEN/CLC/TC 5 Raumfahrt“ erarbeit

4、et, dessen Sekretariat vom DIN (Deutschland) gehalten wird. Das zustndige deutsche Normungsgremium ist der Arbeitsausschuss NA 131-10-01 AA Interoperabilitt von Informations-, Kommunikations- und Navigationssystemen“ im DIN-Normenausschuss Luft- und Raumfahrt (NL). Dieses Dokument (EN 16603-60-20:20

5、14) basiert auf ECSS-E-ST-60-20C Rev. 1. Dieses Dokument enthlt unter Bercksichtigung des DIN-Prsidialbeschlusses 1/2004 nur die englische Originalfassung von EN 16603-60-20:2014. Dieses Dokument wurde speziell zur Behandlung von Raumfahrtsystemen erarbeitet und hat daher Vorrang vor jeglicher Europ

6、ischer Norm, da es denselben Anwendungsbereich hat, jedoch ber einen greren Geltungsbereich (z. B. Luft- und Raumfahrt) verfgt. DIN EN 16603-60-20:2014-12 3 Nationaler Anhang NA (informativ) Begriffe, Symbole und Abkrzungen 3 Begriffe, Symbole und Abkrzungen 3.1 Begriffe aus anderen Normen Fr die An

7、wendung dieses Dokuments gelten die Begriffe nach ECSS-S-ST-00-01. Zustzliche Definitionen sind im Anhang B enthalten. 3.2 Fr diese Norm spezifische Begriffe 3.2.1 Fhigkeiten 3.2.1.1 halbautomatische Bahnverfolgung Fhigkeit der internen Verarbeitung des Sternensensors, Informationen aus einer extern

8、en Quelle hinzuzufgen ANMERKUNG 1 Diese Fhigkeit gilt fr Sternverfolgung, unabhngige Sternverfolgung und unabhngige Lageverfolgung. ANMERKUNG 2 Z. B. AOCS (en: Attitude and Orbit Control System). 3.2.1.2 Messung der Winkelgeschwindigkeit Fhigkeit, die momentanen Winkelgeschwindigkeiten des Sensors d

9、es Inertialsystem zu bestimmen ANMERKUNG Die Winkelgeschwindigkeit kann anhand aufeinanderfolgender Sternpositionen berechnet werden, die vom Detektor oder von aufeinanderfolgenden absoluten Lagen (Ableitung aufeinanderfolgender Lagen) erhalten werden. 3.2.1.3 unabhngige Lagebestimmung Fhigkeit, die

10、 absolute Ausrichtung eines Sensor-Bezugssystems im Hinblick auf ein festgelegtes Inertialsystem zu bestimmen, ohne die Verwendung von Angaben ber Lage, Winkelgeschwindigkeit oder Winkelbeschleunigung 3.2.1.4 unabhngige Lageverfolgung Fhigkeit, die Ausrichtung eines Sensor-Bezugssystem im Hinblick a

11、uf ein ursprnglich festgelegtes Bezugssystem fr einen lngeren Zeitraum neu zu bewerten und zu aktualisieren unter Verwendung von unabhngig gewhlten Sternbildern innerhalb des Sichtfeldes, die der wechselnden Ausrichtung des Sensor-Bezugssystems folgen, das sich im Weltraum bewegt ANMERKUNG 1 Die una

12、bhngige Lageverfolgung verwendet ein aus einer externen Quelle (z. B. AOCS) oder als Output einer unabhngigen Lagebestimmung (Lost-in-Space“-Lsung) vorab bereitgestelltes Lage-Quaternion. ANMERKUNG 2 Die Funktionalitt der unabhngigen Lageverfolgung kann auch durch wiederholte Verwendung der unabhngi

13、gen Lagebestimmung erreicht werden. ANMERKUNG 3 Die Fhigkeit der unabhngigen Lageverfolgung impliziert keine Lsung fr das Lost-in-Space“-Problem. DIN EN 16603-60-20:2014-12 4 3.2.1.5 unabhngige Sternverfolgung Fhigkeit, Sternbilder innerhalb des Bildfelds des Sensors ber einen lngeren Zeitraum hinwe

14、g ohne externe Hilfsmittel zu ermitteln, zu orten und anschlieend zu verfolgen ANMERKUNG 1 Des Weiteren kann mit der unabhngigen Sternverfolgung bestimmt werden, ob ein verfolgtes Sternbild das Sichtfeld des Sensors verlsst. Falls dies der Fall ist, kann dieses dann durch ein zu verfolgendes Ersatzb

15、ild ohne Benutzerintervention ersetzt werden. ANMERKUNG 2 Siehe auch 3.2.1.9 (Sternverfolgung). 3.2.1.6 Kartographie Fhigkeit, das gesamte Sichtfeld des Sensors abzutasten und die Position jedes Sternbilds innerhalb dieses Sichtfeldes zu orten und auszugeben 3.2.1.7 Bild-Download Fhigkeit, die Signa

16、le des Detektors ber das gesamte Sichtfeld des Detektors in einem Moment zu erfassen (d. h. innerhalb einer einzelnen Integration) und diese Informationen an den Anwender auszugeben ANMERKUNG Siehe auch 3.2.1.8 (partieller Bild-Download). 3.2.1.8 partieller Bild-Download Fhigkeit, die Signale des De

17、tektors ber das gesamte Sichtfeld des Detektors in einem Moment zu erfassen (d. h. innerhalb einer einzelnen Integration) und einen Teil dieser Informationen an den Anwender auszugeben ANMERKUNG 1 Ein partieller Bild-Download ist ein Bild-Download (siehe 3.2.1.7), bei dem nur ein Teil des Bildfeldes

18、 des Detektors fr einen bestimmten Moment“ ausgegeben werden kann. ANMERKUNG 2 Partielles Auslesen der Detektorreihe (Fenstertechnik) und Ausgabe der entsprechenden Pixelsignale erfllen ebenfalls die Funktionalitt. 3.2.1.9 Sternverfolgung Fhigkeit, die Lage von ausgewhlten Sternbildern auf einem Det

19、ektor zu messen, die Koordinaten dieser Sternbilder im Hinblick auf ein festgelegtes Bezugssystem des Sensors auszugeben und diese Koordinaten ber einen lngeren Zeitraum hinweg durch Folgen der Bewegung von jedem Sternbild wiederholt zu bewerten und zu aktualisieren 3.2.1.10 berlebensfhigkeit in der

20、 Sonne Fhigkeit, direkter Sonneneinstrahlung entlang der Mittelachse ber einen bestimmten Zeitraum hinweg ohne Dauerschaden oder Leistungsverminderung standzuhalten ANMERKUNG Diese Fhigkeit kann auf eine Sonneneruption erweitert werden, unter Bercksichtigung der potenziellen Auswirkung der Erde oder

21、 des Mondes auf das Sichtfeld. 3.2.2 Sensorkomponenten 3.2.2.1 bersicht Bild 3-1 zeigt eine schematische Darstellung der Schnittstelle zwischen den verallgemeinerten Komponenten, die in dieser Norm spezifiziert werden. ANMERKUNG Bei Verwendung als Kamera kann die Ausgabe des Sensors direkt nach der

22、Vorverarbeitung angeordnet sein. DIN EN 16603-60-20:2014-12 5 Bild 3-1 Elemente eines Sternensensor schematische Darstellung 3.2.2.2 Baffle passive Struktur, die dazu verwendet wird, den Eintritt jedes Signals von auerhalb des Bildfelds des Sensors in die Sensorlinse oder die Blende zu verhindern od

23、er zu reduzieren ANMERKUNG Die Ausfhrung der Abschirmung hngt blicherweise von der Mission ab und bestimmt die effektiven Ausgrenzungswinkel der Schenkel von Erde, Mond und Sonne. Die Abschirmung kann direkt auf dem Sensor angebracht sein oder es kann sich dabei um ein separates Element handeln. In

24、letzterem Fall wird hinsichtlich des Sensors eine Positionierungsvorgabe verwendet. 3.2.2.3 Detektor Element des Sternensensor, welches das eingehende Signal (Photonen) in ein elektrisches Signal umwandelt ANMERKUNG Dazu werden blicherweise CCD- und APS-Arrays und Photoelektronenvervielfacher verwen

25、det. Hier knnen auch andere Technologien zum Einsatz kommen. DIN EN 16603-60-20:2014-12 6 3.2.2.4 elektronische Verarbeitungseinheit Reihe an Funktionen des Sternensensors, die nicht im optischen Kopf enthalten sind ANMERKUNG Insbesondere besteht die Sensorelektronik aus: Sensorprozessor; Leistungsr

26、egelung; Software-Algorithmen; Onboard-Sternkatalog (falls vorhanden). 3.2.2.5 optischer Kopf Teil des Sensors, der das eingehende Signal erfasst und misst ANMERKUNG Dieser besteht aus: dem optischen System; dem Detektor (einschlielich Khleinrichtung); der Ansteuer- und Ausleseelektronik (blicherwei

27、se Detektorsteuerung, Anzeige und Schnittstelle, und Vorverarbeitung der Pixel); dem mechanischen Aufbau, der alle Komponenten trgt. 3.2.2.6 optisches System System, das Bauteile zum Erfassen und Fokussieren der eingehenden Photonen umfasst ANMERKUNG blicherweise besteht dieses aus einer Anzahl Lins

28、en oder Spiegeln und Filter und der tragenden mechanischen Struktur wie Blendeneinstellung, Lochblenden und Schlitzen. 3.2.3 Bezugssysteme 3.2.3.1 Bezugssystem mit Ausrichtung nach optischem Wrfel (ARF) Bezugssystem, das sich fest am externen optischen Wrfel des Sensors orientiert, wobei der Nullpun

29、kt des ARF eindeutig vom externen optischen Wrfel des Sensors ausgeht ANMERKUNG 1 Die X-, Y- und Z-Achsen des ARF sind eine Reihe von rechtshndigen und rechtwinkligen Achsen, die sich eindeutig auf die Senkrechten der Flchen des externen optischen Wrfels beziehen. Bild 3-2 ist eine schematische Dars

30、tellung des ARF. ANMERKUNG 2 Das ARF ist das Bezugssystem zur Ausrichtung des Sensors whrend der Integration. ANMERKUNG 3 Diese Definition versucht nicht eine Definition des ARF vorzuschreiben, sondern gibt nur an, dass es sich um ein Bezugssystem handelt, das sich auf die physikalische Geometrie de

31、s optischen Wrfels des Sensors bezieht. ANMERKUNG 4 Wenn die Flchen des optischen Wrfels nicht genau rechtwinklig zueinander liegen, kann die X-Achse als Projektion der Senkrechten der X-Flche, die rechtwinklig zur Ebene der Z-Achse liegt, definiert werden. Die Y-Achse vervollstndigt dabei das RHS.

32、DIN EN 16603-60-20:2014-12 7 Bild 3-2 Beispiel eines Bezugssystems mit Ausrichtung nach optischem Wrfel 3.2.3.2 Bezugssystem mit Ausrichtung nach Hauptstrahlrichtung (BRF) Bezugssystem, bei dem: der Nullpunkt eindeutig hinsichtlich der Montage-Schnittstelle des optischen Kopfs definiert ist ANMERKUN

33、G Bei einem ideal ausgerichteten optoelektronischen System ergibt dies eine Messposition in der Mitte des Detektors. d ie Z-Achse des BRF dabei antiparallel zur Richtung eines eingehenden gebndelten Lichtstrahls liegt, der parallel zur optischen Achse liegt; d ie X-Achse des BRF auf der Ebene liegt,

34、 die sich ber die Z-Achse des BRF und den Vektor von der Mitte des Detektors erstreckt, der entlang der positiven Detektorzeilen wie die Achse senkrecht zur Z-Achse des BRF verluft. Die Y-BRF-Achse vervollstndigt dabei das rechtshndige rechtwinklige System. ANMERKUNG 1 Die X- und die Y-Achse des BRF

35、 liegen (nominal) senkrecht zur Z-Achse auf der Ebene des Detektors, und bilden so eine rechtshndige Gruppe mit einer Achse entlang der Detektorzeile und der anderen entlang der Detektorsule. Bild 3-3 ist eine schematische Darstellung des BRF. ANMERKUNG 2 Die Definition des Bezugssystems mit Ausrich

36、tung nach Hauptstrahlrichtung bezieht sich nicht auf den Detektor, sondern auf die Kombination von Detektor und optischem System. Bild 3-3 Beispiel eines Bezugssystems mit Ausrichtung nach optischem Wrfel DIN EN 16603-60-20:2014-12 8 3.2.3.3 Inertialsystem (IRF) Bezugssystem, das dazu dient, eine Tr

37、gheitsreferenz zur Verfgung zu stellen ANMERKUNG 1 So kann z. B. das J2000-Bezugssystem als IRF verwendet werden, wie in Bild 3-4 dargestellt. ANMERKUNG 2 Das J2000-Bezugssystem (zlestisches Inertialsystem nach dem Julianischen Datum J2000) wird normalerweise definiert als ZIRF= Erdrotationsachse (n

38、rdliche Richtung) im Jahr J2000 (01.01.2000 um 12:00 Uhr WEZ) und als XIRF= Richtung des Frhlingspunktes im Jahr J2000. YIRFvervollstndigt das rechtshndige orthonormale Bezugssystem. Bild 3-4 Beispiel eines Inertialsystems 3.2.3.4 mechanisches Bezugssystem (MRF) Bezugssystem, bei dem der Nullpunkt e

39、indeutig mit Bezug auf die Montage-Schnittstelle des Sensors des optischen Kopfs definiert ist ANMERKUNG 1 Bei Konfigurationen mit mehreren optischen Kpfen kann die Montageebene von einem der optischen Kpfe ausgewhlt werden, um das MRF festzulegen. Die Ausrichtung muss dabei festgelegt werden. ANMER

40、KUNG 2 So muss z. B. die Z-Achse des MRF senkrecht zur Montage-Schnittstelle stehen. Die X- und die Y-Achse des MRF mssen so zur Montageebene stehen, dass sie ein rechtwinkliges RHS mit der Z-Achse des MRF bilden. ANMERKUNG 3 Bild 3-5 ist eine schematische Darstellung des MRF. Bild 3-5 Mechanisches

41、Bezugssystem 3.2.3.5 Stern-Bezugssystem (SRF) Bezugssystem fr jeden Stern, bei dem der Nullpunkt bereinstimmend mit dem BRF definiert ist ANMERKUNG 1 Die Z-Achse jedes SRF ist definiert als die Richtung vom Nullpunkt des SRF zu der tatschlichen Position des ausgewhlten Sterns. Bild 3-6 zeigt eine sc

42、hematische Darstellung der Bezugssysteme. Bild 3-7 zeigt eine schematische Darstellung des SRF. DIN EN 16603-60-20:2014-12 9 ANMERKUNG 2 Die X- und die Y-Achse des SRF erhlt man unter der Annahme, dass das BRF mithilfe von zwei Drehungen mit dem SRF in bereinstimmung gebracht werden kann. Die erste

43、Drehung muss dabei um die X-Achse des BRF und die zweite um die neue Y-Achse des BRF stattfinden (die gleich der Y-Achse des SRF ist). Bild 3-6 Schematische Darstellung von Bezugssystemen Bild 3-7 Stern-Bezugssystem DIN EN 16603-60-20:2014-12 10 3.2.4 Definitionen, die sich auf Zeit und Hufigkeit be

44、ziehen 3.2.4.1 Integrationszeit Bestrahlungsdauer, whrend der Photonen in der Detektorreihe vor dem Auslesen und der Verarbeitung fr die Ausgabe (Sternpositionen oder Lage) gesammelt werden. ANMERKUNG 1 Die Integrationszeit kann festgelegt werden, manuell einstellbar oder unabhngig sein. ANMERKUNG 2

45、 Bild 3-8 stellt schematisch die verschiedenen festgelegten Zeiten und ihre Wechselbeziehungen dar. Das Bild enthlt Daten, die von zwei optischen Kpfen ausgegeben werden und vor Erzeugung der Ausgabe des Sensors separat verarbeitet werden. Es ist zu beachten, dass bei einem Sensor mit mehreren optis

46、chen Kpfen begrifflich angenommen wird, dass die gefilterte Ausgabe ber die sequentielle Verarbeitung von Daten eines einzelnen Kopfs erreicht wird, wenn die Daten empfangen werden. Mit diesem Verstndnis gelten daher das Bild und die damit verbundenen Zeitdefinitionen auch fr diese Sensorkonfigurati

47、on. Bild 3-8 Schematisches Zeitdiagramm DIN EN 16603-60-20:2014-12 11 3.2.4.2 Datum der Messung Datum der gelieferten Messung ANMERKUNG 1 Falls die Filterung an Bord stattfindet, kann der Messzeitpunkt von einzelnen Messzeitpunkten abweichen. ANMERKUNG 2 blicherweise wird der Mittelpunkt der Integra

48、tionszeit als Messzeitpunkt fr die CCD-Technologie betrachtet. 3.2.4.3 Ausgabebandbreite maximale Frequenz, mit der die Ausgabe des Sensors erfolgt ANMERKUNG 1 Die Bandbreite des Sensors ist im Allgemeinen durch mehrere Faktoren begrenzt, einschlielich: Integrationszeit; Abtastfrequenz; Verarbeitung

49、sgeschwindigkeit der Lage; Filterung der Daten an Bord (vor allem bei Sensoren mit mehreren Kpfen). ANMERKUNG 2 Die Ausgangsbandbreite entspricht der Bandbreite des Sensors, der als Tiefpassfilter betrachtet wird. 3.2.5 Sichtfeld 3.2.5.1 halbrechtwinkliges Sichtfeld Winkelregion um die Z-Achse des BRF, die durch die Winkelauslenkungen um die X- und Y-Achse des BRF zwischen der Z-Achse des BRF und de