1- مقدمه  1
2- طراحی وپیاده‌سازی شبیه‌ساز واقعیت مجازی.. 6
2.1  واقعیت مجازی.. 7
2.2 کاربرد 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 کنترل وضعیت و موقعیت… 23
3- شبیه‌سازی دینامیکی مدارات زمین‌گرد. 26
3.1  دینامیک مداری و مسئله دو جسم.. 27
3.1  دینامیک 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 کنترل وضعیت و موقعیت… 50
4.1 سامانه کنترل وضعیت و موقعیت (AOCS) 51
4.1.1 وظایف سامانه کنترل وضعیت و موقعیت… 51
4.1.1.7 اجرای مانور. 57
4.1.2 واحدهای سامانه کنترل وضعیت و موقعیت… 57
4.1.3 مودهای عملکرد سامانه کنترل وضعیت و موقعیت… 60
4.2 طراحی الگوریتم سامانه کنترل وضعیت و موقعیت… 64
4.3 ابزارهای مورد نیاز در شبیه‌سازی سامانه کنترل 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 سینماتیکی.. 79
4.4 مدل سامانه کنترل وضعیت و موقعیت… 83
4.5 طراحی کنترل کننده. 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 کنترل‌کننده. 89
4.6 مدل‌سازی عملگرهای سامانه کنترل وضعیت و موقعیت… 90
4.6.1 تراستر عکس العملی.. 91
4.6.2 چرخ عکس العملی و مومنتومی.. 95
4.6.3 موتور اصلی.. 98
4.7 مدل‌سازی حسگرهای سامانه کنترل 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 بکار رفته جهت کنترل 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 کنترل 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 مرکز کنترل 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 پروژکتور SONY  VPL-CX120…………………………………………………….. 19
شکل  ‏2‑8 فیلتر Polaroid…………………………………………………………………………………… 20
شکل  ‏2‑9 ابعاد و موقعیت پرده ها و ویدئوپروژکتورهای تولید تصایر سه بعدی…………………… 21
شکل  ‏2‑10 عینک Polaroid……………………………………………………………………………….. 23
شکل  ‏2‑11 نحوه اتصال بخش‌های شبیه‌ساز با یکدیگر………………………………………………… 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 کنترل وضعیت و موقعیت……………………………….. 62
شکل  ‏4‑2 معماری کلی سامانه کنترل وضعیت و موقعیت……………………………………………. 65
شکل  ‏4‑3 الگوریتم طراحی سامانه کنترل وضعیت و موقعیت……………………………………….. 66
شکل  ‏4‑4 الگوریتم کنترل 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 کنترل وضعیت یک فضاپیما توسط تراستر عکس‌العملی……………………….. 91
شکل  ‏4‑12 مدولاتور PWPF……………………………………………………………………………….. 94
شکل  ‏4‑13 مدل دینامیک عملگر تبادل مومنتوم [9]………………………………………………… 96
شکل  ‏4‑14 مدل   اصطکاکی چرخ عکس‌العملی [9]……………………………………………………. 97
شکل  ‏4‑15 آرایش چرخ‌های عکس‌العملی……………………………………………………………….. 97
شکل  ‏4‑16 مدل موتور اصلی و عملگرهای کنترل 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 بکار 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 مرکز 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 مرکز 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 مرکز 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 مرکز 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 کنترل وضعیت ماهواره 141
شکل  ‏5‑29 مانور وضعیت ماهواره ارتفاع پایین   …………………….. 142
شکل  ‏5‑30  سرعت چرخ های عکس‌العملی برای مانور وضعیت … 142
شکل  ‏5‑31 مانور وضعیت ماهواره ارتفاع پایین   …………………… 143
شکل  ‏5‑32  سرعت چرخ‌های عکس‌‌العملی برای مانور وضعیت .. 143
شکل  ‏5‑33 مانور وضعیت ماهواره ارتفاع پایین   ……………… 144
شکل  ‏5‑34 سرعت چرخ‌های عکس‌العملی برای مانور وضعیت 144
شکل  ‏5‑35 اندازه مومنتوم زاویه‌ای کل چرخ‌های عکس‌العملی…………………………………… 145
شکل  ‏5‑36 مانور وضعیت ماهواره زمین آهنگ ……………………… 145
شکل  ‏5‑37 فعالیت تراسترهای عکس العملی برای مانور وضعیت . 146
شکل  ‏5‑38 مانور وضعیت ماهواره زمین آهنگ …………………… 146
شکل  ‏5‑39 فعالیت تراسترهای عکس 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 کنترل وضعیت و موقعیت……………………………………… 157
شکل  ‏7‑2 نمایش بلوک‌های نرم‌افزار به تفکیک وظایف……………………………………………… 159
شکل  ‏7‑3 نرم افزار واسط کاربر- 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 پارکینگ و مدار هدف.. 153
 
 
فهرست علائم واختصارات