Автореферат (Разработка и исследование прецизионной системы информационного обеспечения бортового комплекса управления космическим аппаратом научного назначения), страница 4

Выходная информация из модуля уточнения информации поступает на вход модуля расчета параметров ориентации в качестве новых начальных условий для интегрирования. Разработанный алгоритм комплексирования в сочетании с предложенными алгоритмами работы СИО в измерительном тракте ИИБ и ЗП позволяет осуществлять эффективную фильтрацию высокочастотной ошибки измерений ЗП и формировать прецизионную ориентацию КА.

В четвертой главе работы проводится описание структуры применяемого моделирующего стенда, основных математических моделей и результатов отработки принятых решений и предложенных алгоритмов. Для отработки и анализа алгоритмов, разработанных в ходе настоящей работы, задействован стенд математического моделирования БКУ КА. На примере работы БКУ КА серии «Спектр» на платформе «Навигатор» с вновь разработанными алгоритмами продемонстрировано выполнение требований к БКУ в части точности определения ориентации и стабилизационных отклоне)гнй, На Рисунке 3 изображены ошибки определения ориентации КА до и после внедрения разработанных алгоритмов. До внедрения разработанных автором в настоящей работе алгоритмов, для фильтрации высокочастотной погрешности ЗП применялся фильтр Калмана с постоянными коэффициентами.

Уровень ошибки от шумов ЗП снизился в 3 раза. Рисунок 3 также включает участок действия возмущений. Предложенный алгоритм комплексирования позволяет реализовать эффективную фильтрацию шумов звездных приборов и выполнение требований к стабилизационным отклонениям. Результаты работы алгоритма фильтрации высокочастотной погрешности ЗП при применении модели виртуального звездного прибора отражены на графике Рисунка 4. При моделировании использовался характеристики высокочастотной погрешности ЗП, представленные в Таблице 1, угол между визирными осями звездного прибора задавался равным 54 градусам. 11 30000 35000 5000 10000 15000 20000 25000 Время, с Модуль случайнои ошибки определения ориентации звездного прибора 2 с О 04 „, -чз — модуль случайной ошибзи определения ориентации виртуального звездного прибора » ° 1гс „,1т~;,";~,,:у~':::г":,','Р), "1,'зчч;,.ГФ"ь1 З; ь ~!'-„!~.:.,:;-':;-',''~!ь':,':", г|:;~ гг1~.:",'$1 И 0.025 о з 002 о.

О 015 6 0 01 О О. 005 О 3500 4000 4200 4400 4600 Время, с 3500 Рисунок 4. Модули случайной погрешности определения ориентации ЗП и ВЗП 12 ~~ 20 6 15 Я Е 10 о а В О 5 Рисунок 3. Графики ошибки определения ориентации КА до внедрения разработанных алгоритмов и после О. 045 Модуль случайной ошибни определения ориентации звездного прибора 1 Таблица 1, Характеристики высокочастотной погрешности ЗП ~ Наименование Высокочастотная шумовая составляющая ПСК 1амаононватотнвн аттматвы~ ааатввлвющвв пск Результат совместной работы алгоритма фильтрации высокочастотной погрешности ЗП и алгоритма комплексирования информации ИИБ и ЗП в сравнении с одиночной работой алгоритма комплексирования представлен на Рисунке 5.

— ошибка определения ориентации без модели виртуального звездного прибора — ошибка определения ориентации с заделью виртуального звездного прибора $ 4.5 4 С в. 3.5 о 2.5 о. 1.5 о 1 3 О О.б 1 5 1 51 1 52 1 55 1 54 1 55 1 55 1 57 1 55 Время, с х 10 Рисунок 5. Ошибки определения ориентации без модели виртуального ЗП и с применением модели виртуального ЗП Результаты моделирования функционирования БКУ КА научного назначения с предложенными в работе алгоритмами, показывают выполнение требований по точности, предъявленным в постановке задачи.

Основные результаты диссертации 1. Показано, что космические аппараты научного назначения отличаются высокими требованиями, как к определению параметров ориентации, так и к поддержанию ориентации по углу и угловой скорости. Отсутствуют отечественные приборы ориентации, обеспечивающие выполнение требований к КА серии «Спектр», Применение многих существующих алгоритмов фильтрации и комплексирования затруднительно в вычислительных машинах БКУ КА из-за низкой вычислительной мощности этих машин. 2.

Проработаны основные принципы построения системы информационного обеспечения БКУ КА, обеспечивающей точное определение параметров ориентации КА. На основании анализа исходных данных к разработке БКУ КА серии «Спектр» сформулированы основные функции и принципы построения СИО БКУ КА, обеспечивающие выполнение требований по точности определения ориентации КА научного назначения. 3. Разработана методика оценки точности определения ориентации БКУ КА.

Проведен анализ объекта исследования, литературы и литературных источников по решениям задач оценки точности ориентации КА, осуществлено обобщение частных задач. Предложены коэффициенты индивидуального учета составляющих погрешностей, позволяющих уточнять влияние составляющей при различных условиях применения приборов и КА в целом. 4. Представлена структурно-функциональная схема СИО и предложены алгоритмы, направленные на обеспечение заданных требований по точности определения параметров ориентации. 5. Рассмотрена полная модель задачи оценивания параметров ориентации КА и проведено обоснованное редуцирование модели. Для редуцированной модели оценивания автором разработан алгоритм фильтрации.

Отличием алгоритма фильтрации является оценивание вектора малого поворота между соответствующими одному моменту измерениями параметров ориентации ЗП и ИИБ. Проведен стохастический анализ точности редуцированной модели оценивания. Реализован расчет матрицы коэффициентов усиления фильтра, разложенный на пять тактов работы алгоритмов. Указанные свойства алгоритма являются его отличительной чертой. Алгоритм позволяет снизить ошибку определения ориентации КА в 3 раза по сравнению с алгоритмами фильтрации, основанными на фильтре Калмана с постоянными коэффициентами усиления.

Разработанный алгоритм имеет сниженные в 2,7 раза требования к вычислительным ресурсам БКУ по отношению к алгоритмам, основанным на полном фильтре Калмана. б, Разработана модель виртуального звездного прибора, реализующая интегральную обработку измерений двух звездных приборов. На основании модели разработан алгоритм фильтрации высокочастотной шумовой погрешности ЗП на базе совместной обработки измерительной информации звездных приборов. Алгоритм, за счет использования модели виртуального прибора, при фильтрации не вносит дополнительного запаздывания.

Определена зависимость степени фильтрации высокочастотной погрешности ЗП от величины угла между визирными осями ЗП. 7. Разработан алгоритм двухточечной калибровки дрейфов гироскопов ИИБ. Алгоритм позволяет при задействовании малых вычислительных ресурсов БКУ проводить автономную оценку дрейфов гироскопов по двум точкам наблюдения измерительных данных ЗП.

8. Разработан метод описания программного обеспечения БКУ с помощью использования современных графических средств системного анализа, который позволяет наглядно и качественно представить строение, структуру и внутреннее взаимодействие программного обеспечения БКУ КА. 9. Разработан, обоснован и испытан программно-алгоритмический комплекс, обеспечивающий прецизионное определение ориентации БКУ КА и эффективную фильтрацию высокочастотной шумовой погрешности ЗП„при одновременной минимизации требований к вычислительным ресурсам БКУ.

10. Проведено внедрение разработанных автором алгоритмов в объект исследования и моделирование объекта исследований. С применением метода математического моделирования показана работоспособность разработанных автором алгоритмов системы информационного обеспечения. Проведенное моделирование доказывает правильность построения алгоритмов комплексирования информации ИИБ и ЗП, а также показывает выполнение требований как по точности определения ориентации, так и по реализуемым вследствие работы предложенного алгоритма комплексирования стабилизационным отклонениям. Основные результаты диссертации изложены в работах: 1.

Рябогин Н.В., Задорожная Н.М. Влияние упругих деформаций корпуса космического аппарата на точность ориентации целевой аппаратуры // Вестник МГТУ им. Н.Э, Баумана: электронное издание. 2013. 13В1.: ЬПр://еп81оигпа1.тц/са1а1о8/11/азу/523.Ьпп1 2. М,М. Лисаков, С.М. Войнаков, А.С, Сыров, В.Н. Соколов, Д,А. Добрынин, М.А. Шатский, Р.А. Комальдинова, В.В.

Сосновцев, Т.Б. Вьюницкая, Н.В. Ряб огин, Е.Н. Филиппова. Работа системы ориентации космического аппарата Спектр-Р // Космические исследования. 2014. Т. 52. С. 399-407. ~0.5 пл/ 0.2 пл) 3. Соловьев И.В., Рябогин Н.В. Метод полетной калибровки резервированного гироскопического измерителя вектора угловой скорости космического аппарата // Авиакосмическое приборостроение. 2016.

№3. С. 11-21. 10.68 пл/ 0.1 пл) 4. Рябогин Н.В., Соколов В.Н., Задорожная Н.М. Методика оценки точности определения ориентации космического аппарата // Авиакосмическое приборостроение. 2016. №7. С. 10-23. (0.875 пл/ 0.8 пл) 5. Рябогин Н.В., Шатский М.А., Косинский М.Ю., Соколов В.Н., Задорожная Н.М. Применение БузМЕ в задачах разработки и отработки программного обеспечения бортовых комплексов управления космическими аппаратами // Программная инженерия. 2016. Т. 7. №8, С. 373-382. 10.625 пл/ 0.3 пл) 6. Способ функционального контроля и резервирования плат измерительного канала угловой скорости космического аппарата и устройство для его реализации: патент №2490697 РФ / Рябогин Н.В., Шатский М.А., Колбецкий А.Н., Соколов В.Н., Сыров А.С.; опубл.

2012. 7. Способ измерения вектора угловой скорости космического аппарата и устройство для его реализации: патент №2519603 РФ / Рябогин Н.В., Шатский М.А., Колбецкий А.Н., Соколов В.Н., Сыров А.С., Самуе П.А.; опубл. 2012. 15 8. Способ ориентации космического аппарата по углу крена и устройство для его реализации: патент №2567312 РФ / Рябогин Н.В., Шатский М.А., Соколов В.Н., Сыров А.С., Самус П.А., Лащев А.Я.; опубл.