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

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.01835v1
• Date: Wed, 02 Apr 2025 15:42:37 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-03 13:17:52.469627
• Title: Autonomous optical navigation for DESTINY+: Enhancing misalignment robustness in flyby observations with a rotating telescope
• Title（参考訳）: DESTINY+の自律光航法:回転望遠鏡によるフライバイ観測における不整合性向上
• Authors: Takayuki Hosonuma, Takeshi Miyabara, Naoya Ozaki, Ko Ishibashi, Yuta Suzaki, Peng Hong, Masayuki Ohta, Takeshi Takashima,
• Abstract要約: DESTINY+は、パエソンを含む複数の小惑星を飛ばすJAXA Epsilonの中級ミッションである。 小惑星フライバイ観測装置として、TAPと呼ばれる1軸回転が可能な望遠鏡が宇宙船に搭載され、フライバイ中にターゲット小惑星を追跡し観測する。 航法精度の低下を軽減するため、過去のミッションでは光航法を開始する前に航法カメラのアライメントを校正した。 本稿では,回転望遠鏡の誤配に頑健な自律型光ナビゲーションアルゴリズムについて述べる。
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• Abstract: 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.
• Abstract（参考訳）: DESTINY+は、パエソンを含む複数の小惑星を飛ばすJAXA Epsilonの中級ミッションである。 小惑星フライバイ観測装置として、TAPと呼ばれる1軸回転が可能な望遠鏡が宇宙船に搭載され、フライバイ中にターゲット小惑星を追跡し観測する。 回転望遠鏡を利用した過去のフライバイミッションと同様に、TCAPは最も接近した段階で自律的な光ナビゲーションのためのナビゲーションカメラとしても使用される。 航法精度の低下を軽減するため、過去のミッションでは光航法を開始する前に航法カメラのアライメントを校正した。 しかし、そのようなキャリブレーションは、操作シーケンスを完了し、制約を課すのにかなりの操作時間を必要とする。 上記の背景から、DESTINY+チームはTCAPアライメントエラーを継続させることで、運用コストを削減する可能性を検討した。 本稿では,回転望遠鏡の誤配に頑健な自律型光ナビゲーションアルゴリズムについて述べる。 提案手法では、衛星の軌道とフライバイターゲットの軌道を同時に補正する。 誤配位と観測値の間の非線形性に対処するため,提案手法では,従来の研究で広く用いられている拡張カルマンフィルタの代わりに,無色カルマンフィルタを用いる。 提案手法は,PC上での数値シミュレーションとハードウェア・イン・ザ・ループシミュレーションにより評価され,DESTINY+ミッションにおけるPhaethonフライバイを例に挙げた。 提案手法は,光学ナビゲーション精度の劣化を,オンボードコンピュータに適した合理的な計算コストで軽減できることを示す。

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