Автореферат (Разработка и исследование прецизионной системы информационного обеспечения бортового комплекса управления космическим аппаратом научного назначения), страница 3

Проведен анализ существующей литературы и литературных источников с решениями задач оценки точности ориентации космических аппаратов. Осуществлено обобщение частных задач и на основе обобщения автором представлена методика, позволяющая провести оценку погрешности ориентации космических аппаратов различного назначения. Погрешность ориентации КА можно разделить на две составляющие: погрешность определения ориентации (Л„) и погрешность поддержания ориентации (Л,.). Ошибка поддержания ориентации определяется как законом управления, так и характеристиками органов управления, в работе она не рассматривается.

Погрешность определения ориентации космического аппарата является суммой независимых ошибок. Независимость погрешностей, обусловленных приведенными выше факторами, следует из различной, независимой природы их возникновения. В этом случае дисперсия общей погрешности может быть определена по известным значениям частных дисперсий.

Принимая во внимание, что различные ошибки могут иметь различные веса в погрешности определения ориентации для различных КА, введены коэффициенты влияния погрешностей, которые предназначены для уточнения уровня влияния составляющих погрешности в зависимости от предназначения КА, особенностей его функционирования и конструктивных особенностей. Р! 2 2 О; =',~ К, 0;-,. ~=! Методика позволяет провести оценку погрешности ориентации космических аппаратов различного назначения. БКУ КА представляет собой сложный многокомпонентный комплекс, содержащий в себе как аппаратные, так и программные средства. При проектировании архитектуры бортового программного обеспечения (БПО) основной целью является создание иерархической структуры БПО, включающей системы, подсистемы и отдельные модули.

Существующие методы документирования ПО уделяют повышенное внимание вопросам программирования, при этом недостаточно описывая архитектуру ПО и общую логику работы системы. Альтернативой может быть широко используемый при разработке прикладного программного обеспечения язык 1)п16ей Моде11пд 1апццаяе (1)МЬ). Подходящим для рассматриваемой задачи можно считать язык Буз1ет Моде11пд 1.ащцаце (ЯузМ1.), развиваемый как расширение 1)М1. в целях разработки, анализа и верификации сложных динамических систем. Представленный метод описания программного обеспечения бортовых комплексов с помощью диаграмм 1ХМ1 и БувМ1.

позволяет наглядно и качественно представить строение, структуру и внутреннее взаимодействие программного обеспечения бортовых комплексов управления космическими аппаратами, Диаграммы применяется при анализе телеметрической информации с космического аппарата при возникновении нештатных ситуаций. Однозначность переходов позволяет восстанавливать причину отказа или перехода в отказное состояние, избежать возможного зацикливания алгоритмов. Пример диаграммы, отражающей состояния и переходы между состояниями системы при отказах, представлен на Рисунке 1. Рисунок 1. Диаграмма переходов между режимами использования звездных приборов в составе БКУ КА На основании анализа БКУ КА серии «Спектр» предложены функции и сформулированы принципы построения СИО БКУ КА, направленные на обеспечение выполнения требований по точности определения ориентации КА научного назначения.

8 третьей главе предложена функциональная схема и алгоритмы комплексирования информации от ИИБ и ЗП. Построение алгоритмов комплексирования производится из предположения, что все постоянные составляющие ошибки между приборными системами координат скомпенсированы по итогам процедур союстировки, ошибки, вызванные ошибками отклонения измерительных осей ИИБ и масштабных коэффициентов, убраны по итогам механизма компенсации. Измерительный тракт СИО при использовании в составе БКУ НКА ИИБ и ЗП имеет вид, представленный на Рисунке 2. На схеме предложен состав алгоритмов СИО, образующих измерительный тракт ИИБ и ЗП и направленных на выработку информации об ориентации КА.

В структуру измерительного тракта входят алгоритмы, не находящиеся в сфере ответственности автора, но их описание необходимо для понимания работы системы в целом. Рисунок 2. Структура измерительного тракта ИИБ и ЗП Алгоритмы предварительной обработки информации (ПОИ) ИИБ предназначены для реализации преобразования первичной информации от ИИБ, выраженной некоторым сигналом 13, в вектор приращений углов измерительных каналов ИИБ за время между опросами и контроля данной информации. Алгоритмы ПОИ ЗП предназначены для проведения функционального контроля измерительной информации ЗП и преобразования кватернион а, измеренного ЗП, из ПСК ЗП в ВСК КА. Соответственно, выходом алгоритмов ПОИ ЗП является кватернион ориентации ВСК КА относительно ИСК, рассчитанный по кватерниону ориентации ПСК ЗП.

Назначение алгоритма грубой астрокоррекции в коррекции ухода базиса ориентации под действием некомпенсированных дрейфов ИИБ на начальном участке полета КА. Алгоритм астрокоррекции предназначен для периодической коррекции ухода базиса ориентации, вызванных некалибруемыми дрейфами ИИБ, на участке штатного функционирования КА. Выходом алгоритмов астрокоррекции является рассчитанный с требуемой точностью кватернион ориентации ВСК КА относительно ИСК. Алгоритм подготовки данных для коррекции масштабов и перекосов измерительных осей ИИБ обрабатывает измерительную информацию ИИБ и ЗП, упаковывает эту информацию и передает в составе ТМИ в НКУ. На основании данных бортового алгоритма наземная часть производит расчет поправок к матрице установки измерительных осей ИИБ в ВСК КА и поправок к масштабным коэффициентам измерительных каналов ИИБ. Для выполнения требований по точности определения параметров ориентации автором в дополнение к описанным выше предлагаются следующие алгоритмы.

Алгоритм двухточечной калибровки дрейфов ИИБ осуществляет компенсацию остаточных дрейфов ИИБ, вызванных нестабильностью дрейфа измерительных каналов ИИБ. Алгоритм применяется на участке штатного функционирования КА. Отличительной чертой алгоритма калибровки дрейфов является расчет дрейфов гироскопов по двум точкам получения данных об ориентации КА от ЗП. Алгоритм модели виртуального звездного прибора осуществляет фильтрацию высокочастотной шумовой погрешности ЗП. Алгоритм отличает отсутствие запаздывания информации при фильтрации шумов ЗП за счет использования модели виртуального звездного прибора. Модель виртуального звездного прибора строиться на информации о положении визирных осей в ССК и ИСК двух работающих ЗП.

2 сск ~сск х ясск (ясск х усск ) у ССК ! Мястт = установки ЗП1, ЗП2 и > 1 2! ~ сск, ~Х, У2 721 сск ! де Мус7э!и ™уГпп2 Муствзл матриць! виртуального ЗП относительно ССК КА, 1Х! 1'! орты направлений приборных осей ЗП в ССК. 3~~ 2 3П! гзл, х [К„„~К.,л,) ~зл! „~а ""ви = 10 где М~!!!, М",'„- матрицы ориентации ЗП! и ЗП2 относительно инерциального пространства, М, — матрица ориентации виртуального ЗП ог относительно инерциального пространства.

Определена зависимость эффективности фильтрации от угла между визир ными осями ЗП. При увеличении угла происходит увеличение эффективности фильтрации. о~ -— К(р) сгк, где ~к — СКО ВШП относительно оси Х ПСК ЗП, ~х — суммарная ошибка определения ориентации ВЗП. Алгоритм комплексирования предназначен для совместной обработки данных от ИИБ и ЗП. Алгоритм отличается оценкой вектора малого поворота между истинной и рассчитанной ориентациями в совокупности с расчетом ковариационных матриц и матриц коэффициентов усиления с тактом меньшим такта формирования оценки. Алгоритм фильтр аци при комплексирования измерений ЗП по информации от ИИБ имеет вид: модель системы и модель измерений: Х „= Ф!.

Х~ +~„, К„=О, Х„. +~„ Х =1В'"-! Π— Π— 1г где ' ~ ." у ' - вектор малого поворота между соответствующими одному моменту времени ориентацией по данным ЗП и ориентацией, рассчитанной по данным ИИБ Фильтр имеет вид: 2-1 Р„,,=Ф" Р,,„)1 Ф К" = Р,„, (Р„,, +Л„) О'" = Ф' ' 0' '"' '+ К" (О" "— Ф" ' О" "" ') х 11) х 11) ), х 11) х 02)2 Ф)-) 02-1)2-1 ~2 102)2 Ф2-1 02-) 12-1 ) 12 ) х «2,) 'Х х )2 ) 2 Π— Ф О К О вЂ” Ф О ) )2. 1 х (2.) х х 12,) Р, =(т — К,) Р«,, Такт работы алгоритма комплексирования совпадает с тактом получения данных от звездного прибора и не совпадает с тактом работы БВУ БКУ КА. Выходная информация поступает на вход модуля уточнения информации, где происходит умножение кватерниона ориентации, рассчитанного по данным ИИБ, и вектора малого поворота.