Диссертация (Разработка и исследование прецизионной системы информационного обеспечения бортового комплекса управления космическим аппаратом научного назначения), страница 19

Однако,интегральная обработка измерительной информации двух и более ЗП может бытьосуществлен благодаря модели виртуального звездного прибора (ВЗП), чтопозволяет фильтровать ВШП ЗП и использовать разработанный алгоритмкомплексирования без его модернизаций под два ЗП.Предварительно, на этапе НЭО при определении матриц установкизвездных приборов относительно ССК КА, определяется матрица установкивиртуального звездного прибора, который является совокупностью информациидвух ЗП.

Матрица установки ЗП состоит из ортов направлений осей ПСК ЗП вССК КА. Образуется матрица путем измерения углов вращенияПСКотносительно ССК [139], [140], [141], [142]. Матрица установки виртуального ЗПполучается согласованием положения визирных осей ЗП в ССК. X1X1 Y1  M УСТЗП1  Y1 ,Z Z  1  ССК 1  ПСКX2X2 Y2  M УСТЗП 2  Y2 ,Z Z  2  ССК 2  ПСК132M УСТВЗПZ 2ССК  Z1ССК  Z1ССК  Z 2ССК  Z1ССКZ1ССК,где M УСТЗП1 , M УСТЗП 2 , M УСТВЗП - матрицы установки ЗП1, ЗП2 и виртуальногоЗП относительно ССК КА,  X 1 Y1Z1  ССК ,  X 2 Y2Z 2  ССК - орты направленийприборных осей ЗП в ССК.В процессе эксплуатации КА, на каждом такте приема измерительнойинформации от ЗП происходит расчет кватерниона ориентации ВЗП.

Учитываяхарактер распределения случайной ошибки ориентации в информации ЗП, покоторому максимально точно определяется положение визирной оси ЗП,моделирование измерений ВЗП происходит за счет ориентации двух визирныхосей в инерциальном пространстве.ОРМ ЗП1 X ЗП1  X ЗП 2 ОР  YЗП1 , М ЗП 2   YЗП 2 ,Z Z  ЗП 1  ЗП 2 ОРM ВЗПZ ЗП 2  Z ЗП 1 Z ЗП 1  Z ЗП 2  Z ЗП 1Z ЗП 1ОРОРгде М ЗП1 , М ЗП 2,- матрицы ориентации ЗП1 и ЗП2 относительноОРинерциального пространства, M ВЗП- матрица ориентации виртуального ЗПотносительно инерциального пространства.Предложенный алгоритм является реализацией модели ВЗП, основанной наизмерительной информации двух ЗП.

Выходом модели является кватернионориентации ВЗП, который содержит уменьшенную ВШП ориентации за счеткомбинации ориентации визирных осей двух ЗП относительно инерциальногопространства.133Погрешность измерений звездного прибора, вызванную высокочастотнойпогрешностью можно выразить:  ЗП   X2   Y2   Z2  K   X ,где  X ,  Y ,  Z – паспортизованные СКО высокочастотных погрешностейопределения ориентации ЗП, K – коэффициент, связывающий суммарнуюпогрешность и погрешность относительно оси X ПСК ЗП.ПогрешностьВЗПтакжеможноопределитьчерезпогрешностьотносительно оси X ПСК ЗП, на основании которого строится ВЗП:  ВЗП  K     X ,где  – угол между визирными осями пары ЗП, по измерительнойинформации которых строится ВЗП, K   – коэффициент, связывающийсуммарную погрешность ВЗП и погрешность относительно оси X ПСК ЗП изависящий от угла между визирными осями ЗП.Для определения значений коэффициента K   проведено моделированиеВЗП при разных углах между визирными осями ЗП.

Значения K   , полученныепри разных значения угла  , занесены в Таблицу 3.3 и отображены на графике наРисунке 3.3.Для оценки эффективности при различных значениях угла междувизирными осями ЗП, участвующих в формировании информации ЗВП,определена зависимость K   :K    3  4  ctg 2  .(3.65)Значения зависимости K   , рассчитанные по (3.44) от значения угла  ,занесены в таблицу и отображены на графике на Рисунке 3.4. Модуль разностимежду экспериментально полученным значением K   и рассчитанным попредложенной формуле (3.65) не превышает 0.05.

Таким образом, ошибка в134оценке погрешности ВЗП по формуле (3.65) не превышает 1 угловой секундыотносительно экспериментального значения.Таблица 3.3.Значения K   при различных значениях угла K   – экспериментальное22,9511,57,75,744,683,873,3732,672,442,292,122,041,921,861,761,721,69K   – расчетное22,9211,477,665,764,623,873,342,942,642,412,222,081,961,871,811,761,741,73|Δ|0,030,030,040,020,0400,030,060,030,030,070,040,080,050,0500,020,0425K экспериментальное20Значение К, безраз.5101520253035404550556065707580859015105001020304050607080Значение угла между визирными осями, угл.

градусы90Рисунок 3.3. Экспериментальная зависимость K  135120K экспериментальноеК расчетноеЗначение К, безраз.10080604020001020304050607080Значение угла между визирными осями, угл. градусы90Рисунок 3.4. Расчетное значение K   с наложенными значениямиэкспериментального K  Учитывая разницу между экспериментальными и расчетными значениямиK   и соответствующую разности ошибку оценку погрешности ВЗП, допустимопри оценке погрешности ВЗП использовать формулу (3.44).Таким образом, погрешность ВЗП можно определить по следующемусоотношению:  ВЗП  K     X   X  3  4  ctg 2  ,где  – угол между визирными осями пары ЗП, по измерительнойинформации которых строится ВЗП.3.5. ЦИКЛОГРАММА РАБОТЫ АЛГОРИТМОВ СИСТЕМЫИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯРанее в главе представлен и описан набор алгоритмов, направленных наобеспечение заданной точности определения ориентации.

В текущем разделе136представлено описание циклограммы применения предложенных алгоритмов ициклограммы работы алгоритма комплексирования.Циклограмма работы алгоритмов СИО представлена на Рисунке 3.5. Какбыло сказано ранее, работа алгоритмов СИО начинается после включения БКУ,прохождения тестирования БКУ и начала вычислительного процесса. В началеработы СИО проводит инициализацию основных параметров и развертываниециклограммы включения измерительных приборов, для чего формируютсяРабота алгоритмов СИОРасчет угловых скоростейпредварительные команды на включение.Рисунок 3.5. Циклограмма работы алгоритмов СИО137НаначальномучасткефункционированияБКУ СИОобеспечиваетвключение ИИБ и начало расчета угловых скоростей для выполнения успокоенияКА после отделения от РБ и поиска Солнца.

После окончания режима поискаСолнца СИО производит включение ЗП и начинает режим грубой астрокоррекцииориентации КА. Таким образом, обеспечивается функционирование КА наначальном участке.После завершения начального участка и перехода в автономное управлениеСИОзапускаеталгоритмастрокалибровкидрейфовИИБиалгоритмыкомплексирования информации ИИБ и ЗП. Проведение астрокалибровки дрейфовпозволяет поддерживать точность определения ориентации КА и автономностьКА. До начала сеансов работы ЦА проводится калибровка масштабныхкоэффициентов и осей чувствительности ИИБ и ввод в БКУ уточненныхзначений.После ввода в БКУ уточненных значений проводится астрокалибровка ИИБдля списания ошибок масштабных коэффициентов и осей чувствительности ИИБ,которые были рассчитаны в дрейфы нулевых сигналов после проведения первыхастрокалибровок.Проведение астрокалибровки обеспечивает достижение заданной точностиопределения ориентации КА на длительный промежуток функционирования КА.НаРисункеразработанных3.6алгоритмовпредставленациклограммакомплексированияфункционированияинформацииИИБиЗП.Циклограмма отражает функционирование алгоритмов по отношению к тактуработы вычислителя БКУ и моментам получения измерительной информации отИИБ и ЗП.При запуске алгоритмов комплексирования происходит инициализациянеобходимых параметров и вычисление начальных условий работы фильтра.

Тактработы алгоритмов, как говорилось ранее, совпадает с тактом полученияизмерительной информации от ЗП.138Рисунок 3.6. Циклограмма работы алгоритмов комплексирования ИИБ и ЗПНа каждом такте работы алгоритмов комплексирования формируетсяоценка вектора малого поворота между соответствующими измерениями ИИБ иизмерениями ЗП. Оценка вектора применяется при уточнении нового кватернионаориентации.На каждом пятом такте работы алгоритмов комплексирования проводитсяуточнение коэффициентов усиления фильтра.3.6. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕНа основании анализа объекта управления, циклограммы работы БКУ,сформулированных предложений по алгоритмическому составу и методикеоценкиточностиопределенияориентациипредложенаструктурно-функциональная схема СИО и разработаны алгоритмы, предлагаемые автором дляобеспечения повышения точности определения параметров ориентации.Рассмотрена модель углового движения КА.

На основании моделидвижения разработана полная модель оценивания параметров ориентации КА.Проведенообоснованноередуцированиемоделиоценивания.Дляредуцированной модели оценивания разработан алгоритм фильтрации. Отличиемалгоритма фильтра, предложенного автором, от известных является оцениваниевекторамалогоповоротамеждусоответствующимиодномумоментуизмерениями параметров ориентации ЗП и ИИБ. Проведен стохастический анализ139точности редуцированной модели оценивания. Предложенный автором алгоритмкомплексирования не требует существенных вычислительных затрат и можетбыть реализован в вычислителе БКУ с учетом имеющихся ограниченийвычислительных ресурсов. Кроме того, для уменьшения времени работыалгоритмов комплексирования реализован расчет матрицы коэффициентовусиления фильтра, разложенный на пять тактов работы алгоритмов, тем самымпроизводя периодическое уточнение коэффициентов усиления.РазработанПредставленыалгоритмосновныедвухточечнойзависимостикалибровкиалгоритмаидрейфовусловияИИБ.примененияалгоритма.Разработанамодельвиртуальногозвездногоприбора,реализующаясовмещение измерений двух звездных приборов.

Модель предназначена дляиспользования в алгоритме комплексирования информации двух ЗП безувеличения размерности фильтра. Для модели исследована зависимость степенифильтрации шумов пары ЗП, информация которых используется для моделивиртуального ЗП, от угла между визирными осями пары ЗП. Предложеназависимость для расчета степени фильтрации в зависимости от угла междувизирными осями ЗП.Разработаны и представлены циклограммы функционирования алгоритмовСИО и алгоритмов комплексирования информации. Циклограммы отражаютнеобходимые последовательности событий и действий для достижения заданнойточности.140ГЛАВА 4.

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ПРЕЦИЗИОННОЙ СИСТЕМЫИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ БОРТОВОГО КОМПЛЕКСА УПРАВЛЕНИЯКОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА НАУЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯГлава содержит результаты моделирования предложенных в главе 3настоящей работы алгоритмов СИО в составе БКУ. Представлено описаниемоделирующего стенда и моделей, используемых при проведении исследованияалгоритмов СИО и оценки достигаемых точностных характеристик системы.Описанапостановкаэкспериментов,направленныхнаподтверждениеправильности принятых при разработке ограничений и допущений. На основаниипроведенных экспериментов проведен анализ, полученных результатов и сделанысоответствующие выводы.4.1.