Диссертация (Разработка и исследование прецизионной системы информационного обеспечения бортового комплекса управления космическим аппаратом научного назначения), страница 12

Даннымкоэффициентомрегулируетсянеобходимостьучетасвязаннойснимсоставляющей погрешности. Для КА телекоммуникационного назначения данныйкоэффициент может приравниваться нулю.K10 –коэффициентдляошибкиориентациизвездногоприбора,возникающая при не учете релятивисткой аберрации. Данным коэффициентомрегулируется необходимость учета связанной с ним составляющей погрешности.Для КА телекоммуникационного назначения данный коэффициент можетприравниваться нулю.K11 – коэффициент для ошибки баллистического расчета, пересчитанной вугловые величины. Коэффициент для учета в погрешности ориентации КАошибки баллистико-навигационного обеспечения для КА, наведение которыхосуществляется в ОСКK12 – коэффициент для ошибки ведения бортовой шкалы времениотносительно СЕВ, для привязки баллистических данных, выраженная в угловых77величинах.

Данным коэффициентом регулируется необходимость учета связаннойс ним составляющей погрешности.Приведем несколько примеров оценки погрешности ориентации КАразличного назначения и применения предложенных коэффициентов влиянияпогрешностей.Телекоммуникационный КАДляоценкипогрешностиориентацииКАтелекоммуникационногоназначения зададимся следующими ограничениями:1. Максимальная погрешность не должна превышать 0.1º;2. Некалибруемые ошибки Δ2 не превышают 20";3.

Дрейф измерительных каналов ИИБ не превышает 0.002 º/ч;4. Погрешность масштабных коэффициентов не превышает 0.001%;5. Отклонение измерительных осей ИИБ не превышает 1";6. Высокочастотнаяошибкаопределенияориентациизвезднымприбором не превышает 55";7. Низкочастотная ошибка определения ориентации звездным приборомне превышает 10";8.

Ошибка определения ориентации звездным прибором, вызваннаярелятивисткой аберрацией не превышает 26";9. Ошибка баллистического прогноза не превышает 1км ~ 5";10. Ошибка ведения БШВ не превышает 0.1 с ~ 1".11. Коррекция уходов системы под действием дрейфа происходит спериодичностью раз в 4 часа.Таким образом, оценка погрешности будет выглядеть:222202  7,23  411   15  0,000014  411  3600 222222  15   556   107   268   59   110 93  0.025.78Приведенная оценка показывает наличие запаса по величине погрешностиориентации.

Верхний уровень погрешности ориентации телекоммуникационногоКА в сравнении с отдельными составляющими погрешности допускаютвозможность пренебречь ими при оценке:K 2  202  K 4  7,2  4 2  K 6  15  0,00001  4  36002  K 5  12  K 8  552  K 9  102  K10  262  K11  52  K12  120  202  1  7,2  42  1  15  0,00001  4  36002  1  12  1  552  1  102  0  262  0  52  0  12(2.6) 86  0.024.Применение коэффициентов влияния погрешностей продемонстрировано напримере выражения 2.6. В текущем примере величиной погрешностей Δ2, Δ10, Δ11и Δ12 допустимо пренебречь без значительно роста суммарной погрешностиориентации.КА ДЗЗДля оценки погрешности ориентации для случая КА дистанционногозондирования Земли «Электро-Л» зададимся следующими ограничениями:1.

Максимальная погрешность не должна превышать 1';2. Некалибруемые ошибки Δ2 не превышают 20";3. Дрейф измерительных каналов ИИБ не превышает 0.002 º/ч;4. Погрешность масштабных коэффициентов не превышает 0.001%;5. Отклонение измерительных осей ИИБ не превышает 1";6. Высокочастотнаяошибкаопределенияориентациизвезднымприбором не превышает 55";7. Низкочастотная ошибка определения ориентации звездным приборомне превышает 10";798. Ошибка определения ориентации звездным прибором, вызваннаярелятивисткой аберрацией не превышает 26";9.

Ошибка баллистического прогноза не превышает 0,1км ~ 0,5";10. Ошибка ведения БШВ не превышает 0.1 с ~ 1".11. Коррекция уходов системы под действием дрейфа происходит накаждом такте работы БКУ.Перед проведением оценки приведем значения коэффициентов влиянияпогрешностей для данного примера.Следующие коэффициенты допустимо принять равными 0, в виду того чтопроисходит постоянная коррекция ориентации по данным звездных приборов: K4= K5 = K6 = 0.Для случая применения алгоритмов фильтрации высокочастотной ошибкизвездныхприборовдопустимоскорректироватьзначениекоэффициентасоответствующей погрешности до уровня фильтрации. В качестве примерапримем значение коэффициента K8 равным эффективности фильтрации: K8=0,2.Принимая во внимание верхний уровень ошибки ориентации, в БКУнеобходимо также проводить коррекцию релятивисткой аберрации, то есть K10=0.Оценка погрешности определения ориентации, с учетом уточненныхзначений коэффициентов влияния погрешностей, примет вид:K 2  202  K 4  7,2  4 2  K 6  15  0,00001  4  36002  K 5  15  42  K 8  552  K 9  102  K10  262 22 K11  0,5  K12  11  202  0  3  4 2  0  3 5 2  0  3  6 2  0,2  552  1  102  0  3 10 2  1  0,52  1  12(2.7) 25  0.007.На основании известных работ и результатов проектных работ по решениямзадач оценки точности ориентации космических аппаратов осуществленообобщение частных задач определения точности ориентации и на базе обобщения80представлена методика, позволяющая провести наиболее полную оценкупогрешности ориентации космических аппаратов различного назначения.

Дляобобщеннойметодикипредложеныкоэффициентыучетасоставляющихпогрешностей, позволяющих регулировать влияние составляющей при различныхусловиях применения приборов и КА в целом.2.3. ТРЕБОВАНИЯ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРЕЦИЗИОННОЙ ТОЧНОСТИОПРЕДЕЛЕНИЯ ОРИЕНТАЦИИ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТАОсновываясь на проведенном системном анализе объекта и предметаисследований, методике оценки точности определения ориентации, опытеэксплуатации космических аппаратов [5], [6], [7], [129], [130], [131, [132], [133],[134], [136], [149], для обеспечения прецизионного определения параметровориентации, кроме программно-алгоритмических средств БКУ КА, желательновыполнение следующих требований:1.

На этапе разработки и согласования ТЗ на КА и приборы ориентациизаложить требования к температурной стабильности применяемых материалов;2. При разработке комплексной программы экспериментальной отработки(КПЭО) предусмотреть создание образцов измерительных приборов и элементовконструкции для проведения испытаний на термоциклирование и измерениегеометрии конструкции;3. Предусмотреть в КПЭО космического аппарата и приборов измеренияориентациипроведениеиспытанийнаизмерениеизменениягеометрииконструкции при термоциклировании;4. Предусмотреть при необходимости разработку и создание средств иприборов контроля конструкции;5.НастадииразработкиконструкцииКАиЦАпредусмотретьрасположение приборов определения ориентации на единой установочной плите сминимальными расстояниями;816.

Заложить в БКУ информационный интерфейс получения информации отсистемы контроля параметров ЦА;7. Предусмотреть выполнение необходимых требований по точностипривязки измерительной информации различных приборов к бортовой шкалевремени и измерительной информации ЦА;8. Разработать и применять механизмы калибровки параметров конструкцииКА, параметров приборов измерений ориентации и их связи с параметрами ЦА.Предлагаемый набор требований базируется на опыте разработки КА ипозволяет создавать БКУ КА научного назначения с прецизионной системойопределения ориентации.2.4. ПРЕДЛАГАЕМЫЙ АЛГОРИТМИЧЕСКИЙ СОСТАВ СИСТЕМЫИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯПослеоценкиосуществляетсяполнойразделениепогрешностипогрешностиопределениянаориентацииКАкомпенсируемыеинекомпенсируемые составляющие погрешности определения.

В свою очередькомпенсируемые погрешности также делятся на погрешности, которые могутбыть автономно определены алгоритмами БКУ, и погрешности, которыекомпенсируются введением соответствующих поправок с НКУ, после проведениясоответствующих процедур.В настоящем разделе предлагается набор основных алгоритмов БКУ, исходяиз предположения, что необходимые процедуры, направленные на обеспечениетребуемой точности определения ориентации, проведены. Подробное описаниеалгоритмов изложено в следующей главе настоящей диссертации.Функциональная схема СИО приведена на Рисунке 2.6.

Представленнаяфункциональная схема основана на опыте разработок БКУ КА. Отличиепредложенной схемы заключается в наличии отдельного функциональногомодуля (выделен цветом), отвечающего за комплексную обработку информации82ИИБ и ЗП. Данная схема включает в себя результаты исследований и достижений[1], [2], [3], [6], [113], [114], [115], [116], [118].Рисунок 2.6.

Функциональная схема системы информационного обеспеченияТак для решения задачи обеспечения точного определения ориентацииминимально необходимы следующие алгоритмы:алгоритм калибровки дрейфов ИИБ и учета инструментальныхпогрешностей ИИБ; алгоритм комплексирования информации ИИБ и ЗП; алгоритмфильтрациивысокочастотнойшумовойпогрешностизвездных приборов.Способом описания алгоритмов и функционирования СИО являетсяописание через структуру состояний СИО и через определение переходов междуэтими состояниями.

Такой подход к описанию функционирования позволяетнаглядно описывать ключевые стадии и режимы работы СИО, адекватно отражатьвозможные переходы между режимами и значительно улучшает разработку83программ и методик испытаний. Подробное описание метода приводится вследующем разделе.2.5. ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ СОВРЕМЕННЫХГРАФИЧЕСКИХ СРЕДСТВ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА В ЗАДАЧАХ РАЗРАБОТКИ ИОТРАБОТКИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ БОРТОВЫХ КОМПЛЕКСОВУПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИБКУ КА представляет собой сложный многокомпонентный комплекс,содержащий в себе как аппаратные, так и программные средства [5], [7], [8].Одним из примеров БКУ КА может служить бортовая система управления (БСУ)КА «Спектр-Р», структурная схема которой представлена на Рисунке 2.7.

Каквидно из схемы, в состав БКУ кроме измерительных и исполнительных органов,входят 6 блоков управления.Основной целью при проектировании архитектуры бортового программногообеспечения(БПО)являетсясозданиеиерархическойструктурыБПО,включающей системы, подсистемы и отдельные модули.Параллельно должна быть решена и другая, не менее важная, задача –обеспечение испытаний и эксплуатации БКУ. Здесь грамотно построеннаяархитектура БПО позволяет эффективно производить контроль работы БКУ,обнаруживать и парировать нештатные ситуации, а разработанная программнаядокументациядолжнаслужитьосновойдлясозданияэксплуатационнойдокументации.В процессе создания бортовых комплексов управления космическимиаппаратами не меньше половины времени и ресурсов уходит на разработку иотработку БПО. Отработка БПО БКУ КА занимает больше 70 процентов времениего создания.