دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی مكانیك

گرایش :دینامیك و كنترل

عنوان : طراحی و پیاده‌سازی شبیه‌ساز مجازی سامانه كنترل وضعیت و موقعیت ماهواره‌

دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

دانشكده مهندسی مكانیك

پایان‌نامه كارشناسی ارشد

گرایش دینامیك و كنترل

عنوان:

طراحی و پیاده‌سازی شبیه‌ساز مجازی سامانه كنترل وضعیت و موقعیت ماهواره‌

اساتید راهنما:

دكتر علی نحوی

دكتر مهران میر‌شمس 

شهریور ماه 1389

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چكیده

هدف از اجرای پروژه طراحی و پیاده‌سازی شبیه‌ساز مجازی سامانه كنترل وضعیت و موقعیت ماهواره‌، تست الگوریتم‌ها و واحدهای كنترل وضعیت و موقعیت ماهواره و نیز آموزش بخش‌های مختلف این سامانه به كاربران می‌باشد. فضای مجازی ایجاد شده برای آموزش كاربران به نحوی طراحی شده است كه كاربر را در درك صحیح، سریع و بهتر مسائل مرتبط با كنترل وضعیت و موقعیت ماهواره یاری می‌دهد. در این پروژه كلیه مسائل دینامیكی و سینماتیكی كه در طراحی پایه یك سامانه كنترل وضعیت و موقعیت مدنظر قرار می‌گیرد تشریح، طراحی و پیاده‌سازی شده است. به منظور بررسی دقیق شرایط حاكم بر ماهواره سعی شده است تا اثر كلیه اغتشاشات خارجی موثر بر موقعیت و وضعیت ماهواره در طراحی اعمال شود. این سامانه برای دو دسته ماهواره ارتفاع‌پایین و زمین‌آهنگ طراحی شده است. مبنای طراحی سیستم كنترل وضعیت ماهواره ارتفاع پایین بر اساس طراحی سیستم كنترل وضعیت فعال بوده و ماهواره برای كنترل دقیق وضعیت از چرخ‌های عكس‌العملی استفاده می‌كند. طراحی بر روی ماهواره زمین‌آهنگ بر اساس یك طراحی جامع صورت گرفته و سامانه كنترل وضعیت و موقعیت به نحوی مدل‌سازی شده است كه امكان ایجاد ارتباط با یك نرم‌افزار واسط را جهت تعامل با كاربر دارا می‌باشد. سامانه كنترل وضعیت و موقعیت ماهواره زمین‌آهنگ دارای قابلیت اصلاح مداری، كنترل وضعیت، مانور وضعیت و مانور موقعیت می‌باشد. نتایج شبیه‌سازی انجام شده برای ماهواره‌های نمونه ارتفاع‌پایین و زمین‌آهنگ حاكی از پیاده‌سازی مناسب مجموعه ساختارها، الگوریتم‌ها، عملگرها، حسگرها و پردازشگرها می‌باشد.

كلمات كلیدی: سامانه كنترل وضعیت و موقعیت ماهواره‌- واقعیت مجازی- ماهواره ارتفاع‌پایین- ماهواره زمین‌آهنگ- مانور وضعیت- مانور موقعیت

فهرست مطالب

1- مقدمه  1

2- طراحی وپیاده‌سازی شبیه‌ساز واقعیت مجازی.. 6

2.1  واقعیت مجازی.. 7

2.2 كاربرد واقعیت مجازی در علوم فضایی.. 8

2.2  روند طراحی و پیاده‌سازی محیط واقعیت مجازی.. 10

2.2.1                                                                           بررسی و انتخاب روش تولید تصاویر سه‌بعدی.. 12

2.2.2                                                 ابزارهای تولید تصاویر سه‌بعدی.. 18

2.3 نحوه اتصال محیط واقعیت مجازی با شبیه‌ساز سامانه كنترل وضعیت و موقعیت… 23

3- شبیه‌سازی دینامیكی مدارات زمین‌گرد. 26

3.1  دینامیك مداری و مسئله دو جسم.. 27

3.1  دینامیك وضعیت… 30

3.2  اغتشاشات مداری و وضعیتی.. 32

3.3.1 اغتشاشات مداری.. 33

3.3.2 اغتشاشات وضعیتی.. 46

4- طراحی و شبیه‌سازی سامانه كنترل وضعیت و موقعیت… 50

4.1 سامانه كنترل وضعیت و موقعیت (AOCS) 51

4.1.1 وظایف سامانه كنترل وضعیت و موقعیت… 51

4.1.1.7 اجرای مانور. 57

4.1.2 واحدهای سامانه كنترل وضعیت و موقعیت… 57

4.1.3 مودهای عملكرد سامانه كنترل وضعیت و موقعیت… 60

4.2 طراحی الگوریتم سامانه كنترل وضعیت و موقعیت… 64

4.3 ابزارهای مورد نیاز در شبیه‌سازی سامانه كنترل وضعیت و موقعیت… 69

4.3.1 زمان [15-17]. 69

4.3.2 موقعیت اجرام آسمانی ماه و خورشید [18]. 73

4.3.3 دستگاه‌های مختصات.. 76

4.3.4 مدل‌سازی سینماتیكی.. 79

4.4 مدل سامانه كنترل وضعیت و موقعیت… 83

4.5 طراحی كنترل كننده. 85

4.5.1 قاعده فرمان کنترلی با استفاده از خطای زوایای اویلر. 85

4.5.2 قاعده فرمان کنترلی با استفاده از ماتریس خطای کسینوس جهتی [9]. 86

4.5.3 قاعده فرمان کنترلی با استفاده از بردار خطای کواترنیون.. 88

4.5.4 انتخاب كنترل‌كننده. 89

4.6 مدل‌سازی عملگرهای سامانه كنترل وضعیت و موقعیت… 90

4.6.1 تراستر عكس العملی.. 91

4.6.2 چرخ عكس العملی و مومنتومی.. 95

4.6.3 موتور اصلی.. 98

4.7 مدل‌سازی حسگرهای سامانه كنترل وضعیت و موقعیت… 100

4.7.1 حسگر خورشیدی [22]. 100

4.7.2 حسگر افق‌سنج.. 104

4.7.3 حسگرهای اینرسی.. 106

4.8 الگوریتم‌های بكار رفته جهت كنترل و اصلاح موقعیت… 107

4.8.1 اصلاح شیب مداری یا حفظ شمال و جنوب مداری.. 108

4.8.2 اصلاح طول جغرافیایی یا حفظ شرق و غرب مداری.. 115

4.9 الگوریتم تعیین وضعیت… 118

4.10 الگوریتم باربرداری از چرخ مومنتومی.. 120

5- بررسی نتایج شبیه‌سازی سامانه كنترل وضعیت و موقعیت… 121

5.1  بررسی و ارزیابی نتایج اطلاعات موقعیتی ماهواره.. 122

نتایج و ملاحظات ارزیابی مرحله اول (مدار ارتفاع پایین) 130

نتایج و ملاحظات ارزیابی مرحله دوم (مدار زمین‌آهنگ) 138

5.2  بررسی نتایج اطلاعات وضعیتی ماهواره.. 139

5.3  بررسی نتایج مانور وضعیت… 141

5.4  بررسی نتایج اصلاح مداری.. 149

5.5  بررسی نتایج باربرداری از چرخ مومنتومی.. 151

5.6  بررسی نحوه انتقال مداری.. 153

6- جمع‌بندی و نتیجه گیری.. 155

6.1 جمع‌بندی.. 155

6.2 نتیجه گیری.. 155

6.3 پیشنهادات.. 156

7- پیوست… 157

لیست مقالات ارائه شده. 163

مراجع و منابع: 164

 

 

فهرست تصاویر

شکل  ‏1‑1 محیط مركز كنترل ماهواره ای [4]…………………………………………………………….. 4

شکل  ‏1‑2 تئاتر واقعیت مجازی  [6]………………………………………………………………………… 4

شکل  ‏2‑1 شبیه‌سازی ماهواره در فضای واقعیت مجازی [2]…………………………………………. 11

شکل  ‏2‑2 اختلاف منظر صفر بین تصاویر………………………………………………………………… 13

شکل  ‏2‑3 اختلاف منظر مثبت بین تصاویر………………………………………………………………. 14

شکل  ‏2‑4 اختلاف منظر واگرا بین تصاویر……………………………………………………………….. 15

شکل  ‏2‑5 اختلاف منظر منفی بین تصاویر………………………………………………………………. 15

شکل  ‏2‑6 انفصال میانمحوری به اندازه ………………………………………………………………… 16

شکل  ‏2‑7 ویدئو پروژكتور SONY  VPL-CX120…………………………………………………….. 19

شکل  ‏2‑8 فیلتر Polaroid…………………………………………………………………………………… 20

شکل  ‏2‑9 ابعاد و موقعیت پرده ها و ویدئوپروژكتورهای تولید تصایر سه بعدی…………………… 21

شکل  ‏2‑10 عینك Polaroid……………………………………………………………………………….. 23

شکل  ‏2‑11 نحوه اتصال بخش‌های شبیه‌ساز با یكدیگر………………………………………………… 24

شکل  ‏2‑12 نمای بخش واقعیت مجازی آزمایشگاه تحقیقات فضایی………………………………… 24

شکل  ‏2‑13 نمای بخش واقعیت مجازی آزمایشگاه تحقیقات فضایی………………………………… 25

شکل  ‏3‑1 بردارهای جابجایی در سیستم دو جسمی [9]…………………………………………….. 27

شکل  ‏3‑2 نمایش پارامترهای ? و ?………………………………………………………………………. 29

شکل  ‏3‑3 نمایش پارامترهای ،    و ?………………………………………………………………….. 30

شکل  ‏3‑4 مقایسه شتاب‌های مزاحم ناشی از منابع اغتشاشی عمده و مهم [10]……………….. 32

شکل  ‏3‑5 ناهمواری‌های مدل ژئوید بر اساس طول جغرافیایی………………………………………. 35

شکل  ‏3‑6 ارتفاع ژئوید………………………………………………………………………………………… 36

شکل  ‏3‑7 سیستم چهار جسمی……………………………………………………………………………. 41

شکل  ‏4‑1 معماری وضعیت (مود) سامانه كنترل وضعیت و موقعیت……………………………….. 62

شکل  ‏4‑2 معماری كلی سامانه كنترل وضعیت و موقعیت……………………………………………. 65

شکل  ‏4‑3 الگوریتم طراحی سامانه كنترل وضعیت و موقعیت……………………………………….. 66

شکل  ‏4‑4 الگوریتم كنترل وضعیت در ماهواره زمین آهنگ…………………………………………. 68

شکل  ‏4‑5 نحوه دوران زمین حول خود و بدور خورشید [17]………………………………………. 70

شکل  ‏4‑6 رابطه بین زمان نجومی محلی، گرینویچ [17]…………………………………………….. 73

شکل  ‏4‑7 سیستم مختصات اینرسی………………………………………………………………………. 76

شکل  ‏4‑8 نمایش دستگاه‌های مختصات اینرسی، مداری……………………………………………… 77

شکل  ‏4‑9 نمایش طول وعرض جغرافیایی……………………………………………………………….. 78

شکل  ‏4‑10 نحوه استخراج  [9]……………………………………………………………………… 81

شکل  ‏4‑11 مدل كنترل وضعیت یك فضاپیما توسط تراستر عكس‌العملی……………………….. 91

شکل  ‏4‑12 مدولاتور PWPF……………………………………………………………………………….. 94

شکل  ‏4‑13 مدل دینامیك عملگر تبادل مومنتوم [9]………………………………………………… 96

شکل  ‏4‑14 مدل اصطكاكی چرخ عكس‌العملی [9]……………………………………………………. 97

شکل  ‏4‑15 آرایش چرخ‌های عكس‌العملی……………………………………………………………….. 97

شکل  ‏4‑16 مدل موتور اصلی و عملگرهای كنترل بردار پیشران…………………………………….. 99

شکل  ‏4‑17 حسگر خورشیدی دو محوره………………………………………………………………. 101

شکل  ‏4‑18 جهت‌گیری حسگر دو محوره………………………………………………………………. 102

شکل  ‏4‑19 هندسه حسگر افق‌سنج…………………………………………………………………….. 105

شکل  ‏4‑20 صفحات مداری [24]……………………………………………………………………….. 109

شکل  ‏4‑21 هندسه مشخصات مداری [9]…………………………………………………………….. 109

شکل  ‏4‑22 اصلاح شیب مداری [9]……………………………………………………………………. 110

شکل  ‏4‑23 استراتژی حفظ بردار شیب مداری در دایره شیب مجاز [9]……………………….. 111

شکل  ‏4‑24 تغییرات شیب مداری……………………………………………………………………….. 112

شکل  ‏4‑25 استراتژی بكار رفته جهت اصلاح شیب مداری………………………………………… 114

شکل  ‏4‑26 مسیری فاز در اصلاح طول جغرافیایی [9]…………………………………………….. 116

شکل  ‏5‑1 موقعیت ماهواره در دستگاه اینرسی……………………………………………………….. 123

شکل  ‏5‑2 محور شبه بزرگ مدار ماهواره……………………………………………………………….. 123

شکل  ‏5‑3 خروج از مركز مدار ماهواره………………………………………………………………….. 124

شکل  ‏5‑4 شیب مدار ماهواره……………………………………………………………………………… 124

شکل  ‏5‑5 آرگومان حضیض مدار ماهواره………………………………………………………………. 125

شکل  ‏5‑6 نقطه گره مد صعودی مدار ماهواره…………………………………………………………. 125

شکل  ‏5‑7 آنومالی حقیقی مدار ماهواره…………………………………………………………………. 126

شکل  ‏5‑8 خطای نیم‌قطر بزرگ مدار ماهواره (اختلاف نتایج تولید شده در نرم‌افزار شبیه‌ساز با  نتایج بدست آمده از نرم‌افزار STK)……………………………………………………………………………………………………………. 127

شکل  ‏5‑9 خطای خروج از مركز ماهواره (اختلاف نتایج تولید شده در نرم‌افزار شبیه‌ساز با  نتایج بدست آمده از نرم‌افزار STK)……………………………………………………………………………………………………………………. 127

شکل  ‏5‑10 خطای شیب مداری ماهواره (اختلاف نتایج تولید شده در نرم‌افزار شبیه‌ساز با  نتایج بدست آمده از نرم‌افزار STK)……………………………………………………………………………………………………………………. 128

شکل  ‏5‑11 خطای آرگومان حضیض ماهواره (اختلاف نتایج تولید شده در نرم‌افزار شبیه‌ساز با  نتایج بدست آمده از نرم‌افزار STK)……………………………………………………………………………………………………………. 128

شکل  ‏5‑12 خطای نقطه گره مد صعودی ماهواره  (اختلاف نتایج تولید شده در نرم‌افزار شبیه‌ساز با  نتایج بدست آمده از نرم‌افزار STK)……………………………………………………………………………………………………………. 129

شکل  ‏5‑13 خطای آنومالی حقیقی ماهواره (اختلاف نتایج تولید شده در نرم‌افزار شبیه‌ساز با  نتایج بدست آمده از نرم‌افزار STK)……………………………………………………………………………………………………………………. 129

شکل  ‏5‑14 موقعیت ماهواره در دستگاه اینرسی……………………………………………………… 131

شکل  ‏5‑15 محور نیم‌قطر بزرگ مدار ماهواره…………………………………………………………. 132

شکل  ‏5‑16 خروج از مركز مدار ماهواره………………………………………………………………… 132

شکل  ‏5‑17 شیب مدار ماهواره…………………………………………………………………………… 133

شکل  ‏5‑18 آرگومان حضیض مدار ماهواره…………………………………………………………….. 133

شکل  ‏5‑19 نقطه گره مد صعودی مدار ماهواره………………………………………………………. 134

شکل  ‏5‑20 آنومالی حقیقی مدار ماهواره………………………………………………………………. 134

شکل  ‏5‑21 خطای محور شبه بزرگ مدار ماهواره (اختلاف نتایج تولید شده در نرم‌افزار شبیه‌ساز با  نتایج بدست آمده از نرم‌افزار STK)……………………………………………………………………………………………………………. 135

شکل  ‏5‑22 خطای خروج از مركز ماهواره (اختلاف نتایج تولید شده در نرم‌افزار شبیه‌ساز با  نتایج بدست آمده از نرم‌افزار STK)……………………………………………………………………………………………………………………. 136

شکل  ‏5‑23 خطای شیب مداری ماهواره (اختلاف نتایج تولید شده در نرم‌افزار شبیه‌ساز با  نتایج بدست آمده از نرم‌افزار STK)……………………………………………………………………………………………………………………. 136

شکل  ‏5‑24 خطای آرگومان حضیض ماهواره (اختلاف نتایج تولید شده در نرم‌افزار شبیه‌ساز با  نتایج بدست آمده از نرم‌افزار STK)……………………………………………………………………………………………………………. 137

شکل  ‏5‑25 خطای نقطه گره مد صعودی ماهواره (اختلاف نتایج تولید شده در نرم‌افزار شبیه‌ساز با  نتایج بدست آمده از نرم‌افزار STK)……………………………………………………………………………………………………………. 137

شکل  ‏5‑26 خطای آنومالی حقیقی ماهواره (اختلاف نتایج تولید شده در نرم‌افزار شبیه‌ساز با  نتایج بدست آمده از نرم‌افزار STK)……………………………………………………………………………………………………………………. 138

شکل  ‏5‑27 وضعیت ماهواره زمین‌آهنگ در مدت زمان 10 روز………………………………….. 140

شکل  ‏5‑28 میزان مصرف سوخت ماهواره زمین‌آهنگ در مدت زمان 10 روز  جهت كنترل وضعیت ماهواره 141

شکل  ‏5‑29 مانور وضعیت ماهواره ارتفاع پایین   …………………….. 142

شکل  ‏5‑30  سرعت چرخ های عكس‌العملی برای مانور وضعیت … 142

شکل  ‏5‑31 مانور وضعیت ماهواره ارتفاع پایین   …………………… 143

شکل  ‏5‑32  سرعت چرخ‌های عكس‌‌العملی برای مانور وضعیت .. 143

شکل  ‏5‑33 مانور وضعیت ماهواره ارتفاع پایین   ……………… 144

شکل  ‏5‑34 سرعت چرخ‌های عكس‌العملی برای مانور وضعیت 144

شکل  ‏5‑35 اندازه مومنتوم زاویه‌ای كل چرخ‌های عكس‌العملی…………………………………… 145

شکل  ‏5‑36 مانور وضعیت ماهواره زمین آهنگ ……………………… 145

شکل  ‏5‑37 فعالیت تراسترهای عكس العملی برای مانور وضعیت . 146

شکل  ‏5‑38 مانور وضعیت ماهواره زمین آهنگ …………………… 146

شکل  ‏5‑39 فعالیت تراسترهای عكس العملی برای مانور وضعیت 147

شکل  ‏5‑40 مانور وضعیت ماهواره زمین آهنگ ……………….. 147

شکل  ‏5‑41 طول جغرافیایی متوسط ……………………………………………………………….. 150

شکل  ‏5‑42 تغییرات طول جغرافیایی ماهواره در زمان اصلاح طول جغرافیایی………………… 150

شکل  ‏5‑43 مصرف سوخت ماهواره در زمان اصلاح طول جغرافیایی…………………………….. 151

شکل  ‏5‑44 سرعت چرخ مومنتومی در فرآیند باربرداری……………………………………………. 152

شکل  ‏5‑45 فعالیت تراسترها برای باربرداری از روی چرخ مومنتومی……………………………. 152

شکل  ‏5‑46 انتقال مداری به روش Hohmann……………………………………………………….. 154

شکل  ‏7‑1 محیط نرم‌افزار سیستم كنترل وضعیت و موقعیت……………………………………… 157

شکل  ‏7‑2 نمایش بلوك‌های نرم‌افزار به تفكیك وظایف……………………………………………… 159

شکل  ‏7‑3 نرم افزار واسط كاربر- واحد تله‌متری………………………………………………………. 162

 

فهرست جداول

جدول ‏4‑1 ضرایب مدولاتور PWPF. 95

جدول ‏5‑1 مشخصات مدار ارتفاع پایین.. 122

جدول ‏5‑2 مشخصات مدار زمین‌آهنگ… 130

جدول ‏5‑3 محدوده خطای مجاز برای اصلاح مداری.. 149

جدول ‏5‑4 مشخصات مدار پاركینگ و مدار هدف.. 153

 

 

فهرست علائم واختصارات

LEO	مدار ارتفاع‌پایین
GEO	مدار زمین‌آهنگ
MEO	مدار ارتفاع‌متوسط
r	بردار موقعیت
cm	مركز جرم
	جرم جسم i- ام
F	بردار نیرو
G	ثابت گرانشی
h	مومنتوم زاویه‌ای
	حاصل‌ضرب ثابت گرانشی در جرم زمین
a	نیم قطر بزرگ بیضی مدار- فاصله میانگین زمین از خورشید
e	خروج از مركز مدار
q	آنومالی حقیقی- زمان نجومی محلی
?	شیب مداری
?	نقطه مد صعودی
?	آرگومان حضیض
?	آنومالی متوسط
	بردار گشتاور
	ممان‌های اصلی اینرسی
	بردار سرعت‌های زاویه‌ای در مختصات بدنی
	بردار شتاب‌های زاویه‌ای در مختصات بدنی
	بردار گشتاور اغتشاشات
	بردار گشتاور كنترل كننده
Ji	ضریب هارمونیك منطقه ای از درجه i
	پخی زمین
	خروج از مركز كره زمین
	عرض جغرافیایی زمین‌مركز
V	تابع پتانسیل جاذبه
n	درجه چند جمله‌ای لژاندر
m	مرتبه چند جمله‌ای لژاندر
	درجه مدل جاذبه EGM96
λ	طول جغرافیایی
	ضرایب نرمال شده گرانشی
	ضرایب نرمال شده گرانشی
	تابع شبه لژاندر نرمالیزه شده
	بردار جاذبه گرانشی
	شعاع متوسط زمین در استوا
?	چگالی اتمسفر
	ضریب پسای اتمسفر
?	سرعت ماهواره
?	مساحت سطح مقطع ماهواره
	بردار یكه سرعت
	میانگین شار مومنتومی در سطح زمین
	ثابت انعكاس نور
	بردار جهت خورشید نسبت به ماهواره
	سرعت نور در خلاء
	ضریب انعكاس تمركز
	ضریب انعكاس پخش‌شوندگی
	بردار یكه عمود بر سطح -ام
	جهت بردار تابش خورشید می‌باشد
	آرایه‌های ماتریس
R	فاصله ماهواره از مركز زمین
	زوایای اولر
	گشتاور آیرودینامیك
	نیروی پسای اتمسفر
	بردار فاصله از مركز جرم تا مركز فشار آیرودینامیكی ماهواره
	بردار فاصله از مركز جرم تا مركز فشار تشعشعی ماهواره
	بردار نیروی حاصل از تشعشعات خورشیدی
M	بردار گشتاور مغناطیسی تولید شده در داخل ماهواره
	شدت میدان مغناطیسی زمین
	سمبل شماره روز جولین
UT	زمان جهانی
	روز جولین
J2000	مبدا زمانی روز جولین  از ظهر روز اول ژانویه سال 2000 میلادی
	كجی محور دوران زمین
	سرعت‌های زاویه‌ای محورهای بدنی در مختصات مرجع
	بردار دوران كواترنیون
	فركانس طبیعی
	ضریب میرایی
PWPF	مدولاتور پهنای پالس- فركانس پالس
PSR	مدولاتور شبه نرخ
TVA	عملگر كنترل بردار پیشران

1-   مقدمه

شبیه‌سازی یك سامانه، بیان فرآیند مدل‌سازی مجموعه كنش‌ها و واكنش‌های مرتبط با اجزا و ساختار آن سامانه است، به‌گونه‌ای كه به ازای ورودی‌های یكسان و شرایط اولیه و مرزی مشابه، رفتار مدل بدست آمده، مشابه و نزدیك به رفتار سامانه واقعی می‌باشد. بر این اساس جهت شبیه‌سازی یك سامانه ابتدا لازم است كه تمامی اجزا و ساختارهای موجود در سامانه مورد نظر شناسایی گردد. شناخت هرچه دقیق‌تر و جزئی‌تر یك سامانه، امكان تحلیل رفتار و عملكرد آن و همچنین هزینه و زمان شبیه‌سازی آن‌را افزایش می‌دهد. لذا شبیه‌سازی یك سامانه با توجه به سطح دانش مورد نیاز می‌تواند بسیار سطحی و اولیه و یا بسیار عمیق و پیشرفته باشد. در میان انواع سامانه‌های ساخت بشر، سامانه‌های فضایی به‌دلیل دور از دسترس بودن پس از پرتاب به فضا و هزینه و زمان بسیار زیاد، باید از قابلیت اعتماد بالایی برخوردار باشند. این قابلیت اعتماد بالا نشانه شناخت دقیق و جزئی مهندسین از عملكرد تك‌تك اجزای سامانه‌های فضایی می‌باشد. ایجاد هرگونه نقص در بخشی از یك سامانه فضایی می‌تواند حجم عظیمی از زمان و هزینه را به یك سازمان تحمیل نماید و لذا شبیه‌سازی و تست پیش از پرتاب سامانه‌های فضایی از اهمیت فوق‌العاده‌ای برخوردار است. از میان انواع سامانه‌های فضایی، سامانه كنترل وضعیت و موقعیت فضاپیما جایگاه خاصی را به لحاظ شبیه‌سازی و تست دارا می‌باشد. این سامانه به‌دلیل قرار دادن فضاپیما در موقعیت و وضعیت مناسب، تامین پایداری و حفظ مسیر و وضعیت فضاپیما در برابر انواع حوادث متعارف و غیر متعارف باید از سطح قابلیت اعتماد بالایی برخوردار باشد. سامانه كنترل وضعیت و موقعیت یكی از بخش‌های كلیدی در فضاپیما به‌شمار می‌رود كه در صورت اجرای فرمان اشتباه و یا اجرای الگوریتم‌های ناقص و نامطلوب ممكن است باعث شكست ماموریت فضاپیما گردد. بر این اساس آموزش كافی و شناخت درست از عملكرد این سامانه می‌تواند فضاپیما را در اجرای صحیح ماموریت یاری رساند. به‌دلیل پیچیدگی نیازهای كاری و وابستگی به سطح مهارت بالا در اجرای موفق ماموریت‌های فضایی، فناورهای آموزشی كاربران فضایی از سطح اعتماد بالا و سهولت یادگیری قابل ملاحظه‌ای در بیان مباحث تخصصی برخوردار می‌باشد. بدون مداخله یك فناوری آموزشی پیشرفته، كاربران فضایی باید به روش‌های آموزشی قدیمی با كارآیی پایین اعتماد كنند. روش‌های قدیمی به‌دلیل به‌روز نبودن مفاهیم آموزشی ماهواره و مجموعه‌های ماهواره‌ای، پتانسیل افزایش رخدادهای ناگوار ناشی از خطاها و عملكرد‌های ناكارا را به دنبال دارد. به‌منظور محاسبه و كاهش ناكارایی عملكردها، فناوری‌های آموزشی، در حال توسعه هستند. این فناوری‌ها كاربران فضایی را در فهم بهتر داده‌های مرتبط با كار آن‌ها و سیستم‌های فیزیكی كه در حال مدیریت و مشاهده آن‌ها هستند یاری می‌رساند.  بدین منظور در این رساله سامانه كنترل وضعیت و موقعیت ماهواره جهت آموزش و شناخت كافی كاربران و نیز اجرای تست‌های اولیه از بخش‌های گوناگون این سامانه، طراحی و شبیه‌سازی گردیده است. در این رساله در راستای ایجاد فضای آموزشی مناسب و افزایش سطح درك كاربران، از محیط واقعیت مجازی برای پیاده‌سازی شبیه‌سازی بهره‌گیری شده است تا كاربران بتوانند در محیطی جدید و در تعامل با یك سامانه فضایی قرار گیرند. در راستای تسهیل در آموزش تكنیك‌های فضایی از فناوری‌های بصری جهت فهم عمیق‌تر داده‌های مرتبط با محیط كاری كاربران و ارتباط مستقیم با سیستم‌های فضایی استفاده شده است. در این راستا در زمینه شبیه‌سازی مجازی سامانه‌ها و ماموریت‌های فضایی، فعالیت‌های زیادی در دنیا انجام شده است. در مورد شبیه‌سازی محیط مجازی و ایجاد حس تعامل در كاربران، آشنایی با فضای مدارات ماهواره‌ای و آموزش سامانه‌های فضایی فعالیت‌هایی صورت گرفته است كه هدف كلی اشاره شده در آن‌ها ارائه یك محیط مناسب جهت آموزش بهتر كاربران فضایی بوده است. محیط ایجاد شده در بعضی از این تحقیقات بصورت یك اتاق كنترل می‌باشد كه احساس تعامل و غرق‌شدگی بیشتری را در كاربران ایجاد می‌نماید. شکل  ‏1‑1 فضای كاری كاربران را كه در حال آموزش هستند نشان می‌دهد. در مرجع [1] نحوه ایجاد یك محیط واقعیت مجازی برای آموزش كاربران ماهواره پیشنهاد شده است. در این مرجع با توجه به نیاز كاربران فضایی، از صنعت تولید تصاویر سه‌بعدی به همراه دسته فرمان[1] برای ایجاد تصور و تعامل با فضای مجازی برای شناخت عمیق‌تر روابط بین ماهواره‌ها در یك مجموعه چند ماهواره‌ای استفاده شده است. مرجع [2] بیشتر به بحث الگوریتم شبیه‌سازی سیستم‌های فضایی و روش تولید تصاویر سه‌بعدی پرداخته است. مرجع [3] از تولید تصاویر سه‌بعدی به عنوان یك فناوری یادگیری نام برده و بر این اساس استراتژی‌ها و سناریوهای آموزشی مرتبط با ماهواره را پیشنهاد داده است. در این مرجع نحوه امتیازدهی به كاربران به لحاظ میزان یادگیری و تعامل با بخش‌های مختلف نیز مورد بررسی قرار گرفته است. مرجع‌‌ [4] با ارائه یك الگوریتم پیشنهادی، نحوه ارزیابی عملكرد كاربر در محیط شبیه‌سازی شده  را بررسی می‌كند. در این الگوریتم دو دسته فرامین به عنوان ورودی برای فضاپیما ارسال می‌گردد كه یك دسته، اطلاعات مورد انتظار و دسته دیگر اطلاعات واقعی هستند كه می‌تواند با اطلاعات غلط همراه باشد و كاربر اختلاف رفتار فضاپیما را در اجرای هر دو دسته از فرامین مورد پردازش قرار می‌دهد. مرجع [5] بخشی از تحقیقات گسترده‌ی سازمان فضایی آمریكا (NASA)  را جهت شبیه‌سازی ماموریت‌های فضایی در محیط واقعیت مجازی برای آموزش فضانوردان خود تشریح كرده است. آژانس فضایی اروپا (ESA) نیز در زمینه كاربرد واقعیت مجازی در علوم فضایی اقدامات زیادی را انجام داده است. یكی از اقدامات ESA ساخت سالن تئاتر واقعیت مجازی برای تولید تصاویر و صدای سه‌بعدی است كه این امكان را فراهم می‌نماید تا افراد با حوادث طبیعی نظیر آثار مخرب سیل و آتشفشان بر روی منابع طبیعی و پدیده النینو آشنا گردند. همچنین با استفاده از این سالن مباحثی مانند مدیریت بحران و مدیریت تخمین امنیت پرسنل آموزش داده می‌شود [6]. محیط طراحی سالن تئاتر واقعیت مجازی در شکل  ‏1‑2 نشان داده شده است.

شکل  ‏1‑1 محیط مركز كنترل ماهواره ای [4]

 

شکل  ‏1‑2 تئاتر واقعیت مجازی  [6]

فعالیت‌های انجام شده در این رساله شامل بخش‌های زیر می‌باشند كه به‌ترتیب در مورد هریك در فصل های آینده به تفصیل صحبت می شود.

• طراحی و پیاده‌سازی شبیه‌ساز واقعیت مجازی كه روند طراحی و نحوه اتصال محیط واقعیت مجازی را به شبیه‌ساز سامانه كنترل وضعیت و موقعیت شرح می‌دهد (فصل دوم).
• شبیه‌سازی دینامیكی مدارات زمین‌گرد كه به نحوه مدل‌سازی مدارات با ارتفاع‌پایین و زمین‌آهنگ می‌پردازد (فصل سوم).
• طراحی و پیاده‌سازی سامانه كنترل وضعیت و موقعیت كه كلیه فعالیت‌های صورت گرفته جهت شبیه‌سازی سامانه كنترل وضعیت و موقعیت را تشریح می‌كند (فصل چهارم).
• بررسی نتایج شبیه‌سازی سامانه كنترل وضعیت و موقعیت كه تمامی نتایج و داده‌های استخراجی از شبیه‌سازی را مورد بررسی قرار می‌دهد (فصل پنجم).

تعداد صفحه : 189

قیمت : 14700تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        ****       [email protected]

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

***  *** ***