سنسور ستاره (Star Tracker)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
سنسور ستاره (Star Tracker) :
سنسور ستاره (یا ردیاب ستاره) دقیق ترین ابزار برای تعیین وضعیت (attitude) یک فضاپیما در فضا است. این سنسور با گرفتن تصویری از آسمان پرستاره و مقایسه موقعیت ستارگان مشاهده شده با یک کاتالوگ ستاره ای که در حافظه خود دارد، وضعیت فضاپیما را در سه محور با دقت بسیار بالا (تا چند ثانیه قوسی) محاسبه می کند. سنسور ستاره یک دوربین دیجیتال با کیفیت بالا (معمولا CCD یا CMOS) و یک پردازشگر قدرتمند است.
فرآیند کار:
تصویربرداری: دوربین از یک میدان از آسمان عکس می گیرد.
استخراج ستارگان: نرم افزار، پیکسل های روشن (ستارگان) را از زمینه تشخیص داده و مختصات آنها را در تصویر مشخص می کند.
تشخیص الگو (Star Identification): الگوریتمی فاصله زاویه ای بین ستارگان شناسایی شده را محاسبه کرده و با الگوهای موجود در کاتالوگ ستاره ای (که شامل مختصات ستارگان در یک دستگاه مختصات اینرسی مرجع است) تطبیق می دهد.
محاسبه وضعیت: پس از تطبیق حداقل سه ستاره، یک الگوریتم (مانند روش QUEST یا SVD) ماتریس چرخشی (یا کواترنیون) را محاسبه می کند که دستگاه مختصات سنسور را به دستگاه مختصات اینرسی مرجع تبدیل می کند. این ماتریس وضعیت کامل فضاپیما را نشان می دهد.
سنسورهای ستاره بسیار دقیق هستند، اما دارای معایبی نیز می باشند: آنها حجیم، گران قیمت، و نسبتا کند هستند (نرخ به روزرسانی پایین). همچنین نمی توانند در نور شدید خورشید (زمانی که خورشید در میدان دید است) کار کنند و برای عملکرد به یک کاتالوگ ستاره ای دقیق نیاز دارند. آنها اغلب در ترکیب با ژیروسکوپ ها (که نرخ بالا اما رانش دارند) استفاده می شوند تا یک سیستم تعیین وضعیت دقیق و با نرخ بالا ایجاد کنند.
کاربردها: ماهواره های سنجش از دور و مخابراتی با نیاز به دقت بالا، تلسکوپ های فضایی (مانند هابل و جیمز وب)، و فضاپیماهای اکتشافی.
\[ \mathbf{q} = \text{argmin} \sum_{i} \left| \mathbf{r}_i^{obs} - \mathbf{R}(\mathbf{q}) \mathbf{r}_i^{cat} \right|^2 \]که
\[ \mathbf{q} \]کواترنیون وضعیت،
\[ \mathbf{r}_i^{obs} \]جهت مشاهده شده ستاره iام،
\[ \mathbf{r}_i^{cat} \]جهت ستاره iام در کاتالوگ، و
\[ \mathbf{R}(\mathbf{q}) \]ماتریس چرخش متناظر با
\[ \mathbf{q} \]است.
