論文の概要: RETINA: a hardware-in-the-loop optical facility with reduced optical aberrations
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.02172v1
- Date: Tue, 2 Jul 2024 11:26:37 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-07-03 15:45:15.790471
- Title: RETINA: a hardware-in-the-loop optical facility with reduced optical aberrations
- Title（参考訳）: RETINA:光収差を低減したループ式ハードウェア・イン・ザ・ループ光学設備
- Authors: Paolo Panicucci, Fabio Ornati, Francesco Topputo,
- Abstract要約: 視覚に基づくナビゲーションアルゴリズムは、低コストで汎用的なセンサーで軌道上の宇宙船の状態を決定する効果的な解決策として自らを確立している。
実験室で軌道環境をエミュレートするために、専用のシミュレーションフレームワークを開発する必要がある。
本稿では,RETINAと呼ばれる低収差光学設備の設計について述べる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
- Abstract: The increasing interest in spacecraft autonomy and the complex tasks to be accomplished by the spacecraft raise the need for a trustworthy approach to perform Verification & Validation of Guidance, Navigation, and Control algorithms. In the context of autonomous operations, vision-based navigation algorithms have established themselves as effective solutions to determine the spacecraft state in orbit with low-cost and versatile sensors. Nevertheless, detailed testing must be performed on ground to understand the algorithm's robustness and performance on flight hardware. Given the impossibility of testing directly on orbit these algorithms, a dedicated simulation framework must be developed to emulate the orbital environment in a laboratory setup. This paper presents the design of a low-aberration optical facility called RETINA to perform this task. RETINA is designed to accommodate cameras with different characteristics (e.g., sensor size and focal length) while ensuring the correct stimulation of the camera detector. A preliminary design is performed to identify the range of possible components to be used in the facility according to the facility requirements. Then, a detailed optical design is performed in Zemax OpticStudio to optimize the number and characteristics of the lenses composing the facility's optical systems. The final design is compared against the preliminary design to show the superiority of the optical performance achieved with this approach. This work presents also a calibration procedure to estimate the misalignment and the centering errors in the facility. These estimated parameters are used in a dedicated compensation algorithm, enabling the stimulation of the camera at tens of arcseconds of precision. Finally, two different applications are presented to show the versatility of RETINA in accommodating different cameras and in simulating different mission scenarios.
- Abstract（参考訳）: 宇宙船の自律性への関心が高まり、宇宙船によって達成される複雑なタスクは、誘導、航法、制御の検証と検証を行うための信頼できるアプローチの必要性を高める。
自律的な操作の文脈において、視覚に基づくナビゲーションアルゴリズムは、低コストで汎用的なセンサーで軌道上の宇宙船の状態を決定する効果的な解決策として自らを確立してきた。
それでも、飛行ハードウェア上でのアルゴリズムの堅牢性と性能を理解するために、地上で詳細なテストを行う必要がある。
これらのアルゴリズムを直接軌道上でテストすることは不可能であるので、実験室で軌道環境をエミュレートするために専用のシミュレーションフレームワークを開発する必要がある。
本稿では,RETINAと呼ばれる低収差光学設備の設計について述べる。
RETINAは、カメラ検出器の正しい刺激を確保しつつ、異なる特性(例えば、センサーサイズ、焦点距離)のカメラを収容するように設計されている。
施設の要件に応じて施設内で使用可能なコンポーネントの範囲を特定するための予備設計を行う。
そして、Zemax OpticStudioで詳細な光学設計を行い、施設の光学系を構成するレンズの数と特性を最適化する。
最終設計は、この手法により達成された光学性能の優位性を示すために、予備設計と比較される。
本研究は,施設の誤調整と中心誤差を推定するための校正手順も提示する。
これらの推定パラメータは専用の補償アルゴリズムで利用され、カメラを数十秒の精度で刺激することができる。
最後に、2つの異なるアプリケーションを示し、異なるカメラを収容し、異なるミッションシナリオをシミュレートするRETINAの汎用性を示す。
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