Диссертация (Разработка и исследование прецизионной системы информационного обеспечения бортового комплекса управления космическим аппаратом научного назначения), страница 21

Выходная информация модели ИИБ, выраженная в импульсах,эквивалентных углу поворота, за такт опросаПроекции угловой скорости КА на оси ССК, угл.градусы/с151x 10-3ось Х ССКось Y ССКось Z ССК1050-522350224002245022500Время, сРисунок 4.7. Проекции угловой скорости КА на оси ССК, рассчитанные повыходная информации ИИБ4.1.7. МОДЕЛЬ ЗВЕЗДНОГО ПРИБОРАВ качестве звездного прибора предполагается использовать прибор SED 26производства EADS Sodern, доступный для российского потребителя.

Приборхарактеризует точность определения и сопровождения ориентации КА винерциальном пространстве, высокая частота работы и выдачи информации обориентации и летная характеристика. Основные характеристики представлены вТаблице 4.2.Таблица 4.2.Характеристики прибора SED 26НаименованиеДопустимое угловое ускорение, °/с2Допустимая угловая скорость, °/сВысокочастотная шумовая составляющая ПСК X, Y (3σ), "Высокочастотная шумовая составляющая ПСК Z (3σ), "Значение5324164Модель звездного прибора разрабатывается с учетом технических условийна прибор SED26 [121] и представления (3.7). Последующие вызовы модели ЗП152ИПО осуществляет в циклическом режиме.

Вызов модели ЗП производится сшагом кратным длительности основного цикла БКУ.На Рисунках 4.8 и 4.9 представлены графики элементов кватернионаориентации ССК КА относительно ИСК, являющегося выходом модели ЗПприведенным из ПСК ЗП к ССК КА и соответствующего кватернионуориентации, представленному на Рисунках 4.4 и 4.5.-0.22 элемент3 элемент-0.3-0.4-0.5-0.6-0.7-0.8-0.9-17000800090001000011000Время, с12000130001400015000Рисунок 4.8. Второй и третий элементы кватерниона ориентации ССК КАотносительно ИСК по данным ЗП-4x 101 элемент4 элемент10.50-0.5-1-1.57000800090001000011000Время, с12000130001400015000Рисунок 4.9. Первый и четвертый элемент кватерниона ориентации ССК КАотносительно ИСК по данным ЗП1534.2.

ИССЛЕДУЕМЫЙ ОБЪЕКТРассматривается КА научного назначения серии «Спектр», строящийся набазе унифицированной космической платформы «Навигатор». В составе БКУплатформы реализовано изменение приборного состава и соответствующаядоработка алгоритмов БКУ. Однако существующие алгоритмы не удовлетворяютзаданным в ведении требованиям по точности определения ориентации.Разработанные в настоящей работе алгоритмы призваны заменить ранееразработанные и удовлетворить требования к точности определения ориентации.Основным рассматриваемым критерием является ошибка определенияориентации,являющаясяразностьюмежду рассчитанной ориентациейиистинным значением ориентации, выраженная через модуль вектора малогоповорота между двумя ориентациями.

Истинное значение ориентации примоделировании реализуется при помощи ИПО.Дополнительнымкритериемявляетсястабилизационноеотклонение,являющее разницей между заданным значением ориентации и оценкойориентации на выходе системы стабилизации и ориентации.Имеющиеся в составе БКУ платформы «Навигатор» алгоритмы былиисполнены для сеансной работы целевой аппаратуры и не рассчитаны длянепрерывной работы.На Рисунке 4.10 представлен график ошибки ориентации КА с имеющимисяалгоритмами обработки информации. Как видно из графика, ошибка ориентациипревышает заданный порог в 10 угловых секунд.Одним из ограничений при доработке алгоритмов БКУ при сменеприборногосоставаявляетсянеобходимостьсохраненияпротоколоввзаимодействия между программными подсистемами БКУ.

Таким образом, присмене приборов ориентации доработкам подвергается только СИО, доработокдругих подсистем происходить не должно. Это привело к тому, что шум навыходе СИО идет в систему стабилизации, которая в свою очередь не рассчитана154для такого уровня шумов. При таком построении системы, очевидно, уровеньстабилизационных отклонений будет превышать заданный.На Рисунке 4.11 представлен график стабилизационных отклонений БКУпризаданномпостроениисистемы.Каквидноизграфика,величинастабилизационных отклонений превышает заданный порог в ±2.5 угловыхсекунды или ±0.0007 угловых градуса. Для выполнения требований по величинестабилизационных отклонений было принято решение об исключении у контурауправления данных от ЗП при работе ЦА.

График стабилизационных отклоненийпри исключении из контура управления данных ЗП представлен на Рисунке 4.12.На Рисунке 4.13 представлен график ошибки ориентации при периодическомотключении информации ЗП из контура управления БКУ.Ошибка ориентации25Величина ошибки, угл. секунды20151050-5-100.60.811.21.41.6Время, сx 104Рисунок 4.10. Ошибка ориентации ССК КА относительно ИСК, полученнаясравнением данных ИПО и рассчитанных ПМО БКУ155-3x 10Величина стабилизационных отклонений, угл. градусы3Стаб. откл.

XСтаб. откл. YСтаб. откл. Z210-1-2975098009850990099501000010050Время, с10100101501020010250Рисунок 4.11. Стабилизационные отклонения БКУ по осям ССК КА призашумленной информации об ориентации на выходе СИО-4x 10Величина стабилизационных отклонения, угл. градусы5Стаб. откл. XСтаб. откл. YСтаб. откл. Z43210-1-2-3-4-598009850990099501000010050Время, с1010010150102001025010300Рисунок 4.12. Стабилизационные отклонения БКУ по осям ССК КА приисключении измерительной информации ЗП из контура управления156Ошибка ориентацииОшибка ориентации, угл. секунд40353025201510500.911.11.21.31.4Время, с1.51.61.71.8x 104Рисунок 4.13.

Ошибка ориентации ССК КА относительно ИСК, полученнаясравнением данных ИПО и рассчитанных ПМО БКУ, при исключенииизмерительной информации ЗП из контура управленияКак видно из графиков, представленных на Рисунках 4.12 и 4.13,исключение из контура управления информации ЗП при работе ЦА позволяетвыполнитьтребованияТЗпостабилизационнымотклонениям,однако,наблюдается увеличение ошибки определения ориентации до 40 угловых секунд.Стоит отметить, что при исключении из контура управления информации от ЗПошибка определения ориентации будет возрастать под действием случайныхдрейфов ИИБ.

Очевидно, что такое построение системы не может применятьсяпри длительных сеанса работы ЦА.Необходимо отметить, что графики ошибки определения ориентации,представленные на Рисунках 4.10 и 4.13, получены при условии отсутствияошибок масштабных коэффициентов и перекосов осей чувствительности ИИБ.При моделировании работы БКУ с уровнем ошибок задания масштабныхкоэффициентов и перекосов осей чувствительности согласно документации на157ИИБ ошибка определения ориентации значительно возрастает. На Рисунке 4.14представлен график ошибки определения ориентации БКУ при ошибках заданиямасштабных коэффициентов и перекосов осей чувствительности.

Графики наРисунках 4.13 и 4.14 получены моделированием идентичных режимов. Разностьповедения ошибки ориентации вызвана заданием ошибок задания масштабныхкоэффициентов и перекосов осей чувствительности ИИБ.ВысокочастотнаяошибкаопределенияориентацииЗПвомногомопределяется текущим состоянием ВВФ и ИИКП и в некоторых режимах работыможет превышать значения, установленные документацией, что не учитывается втекущейконфигурацииалгоритмовфильтрацииБКУ.НаРисунке4.15представлен график ошибки определения ориентации на выделенном интервалевремени в режиме моделирования аналогичном представленному на Рисунке 4.14.В момент времени 12000 секунд моделировалось возрастание высокочастотнойошибки определения ориентации ЗП.ошибка ориентации45Ошибка ориентации, угл.

секунд4035302520151050-50.80.911.11.21.3Время, с1.41.51.61.7x 104Рисунок 4.14. Ошибка ориентации ССК КА относительно ИСК, при исключенииизмерительной информации ЗП из контура управления и заданием ошибокзадания масштабных коэффициентов и перекосов осей чувствительности ИИБ158Ошибка ориентации, угл. секунд25ошибка ориентации201510500.911.11.2Время, с1.31.41.5x 104Рисунок 4.15. Ошибка ориентации ССК КА относительно ИСК, примоделировании возрастания шумовой погрешности определения ориентации ЗПНа графике на Рисунке 4.15 наблюдается рост ошибки определенияориентации КА после начала моделирования повышенной погрешности ЗП.График наглядно демонстрирует отсутствие адаптивности ранее разработанныхалгоритмов БКУ и необходимость их замены.Как видно из представленных графиков, существующая система неудовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к БКУ в части точностиопределения ориентации и стабилизационным отклонениям.Продемонстрируем влияние разработанных в настоящей работе алгоритмов,направленных на построение прецизионной СИО БКУ НКА.4.3.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОТРАБОТКА АЛГОРИТМОВНа примере работы БКУ КА на платформе «Навигатор» с внедреннымивновь разработанными автором алгоритмами продемонстрируем выполнение159требований к БКУ в части точности определения ориентации и стабилизационныхотклонений.Постановкаэкспериментасмоделированиемработыалгоритмовкомплексирования осуществляется для подтверждения правильности принятыхпри разработке упрощений и допущений. На первом этапе моделированиястатические ошибки, описанные в главе 2, приравниваются нулю.

Работаалгоритмов моделируется на интервале работы КА после юстировки ЦА и КП икомпенсации всех статических погрешностей определения ориентации. Измоделируемых погрешностей присутствуют: высокочастотная ошибка определения ориентации ЗП; остаточный дрейф измерительных каналов ИИБ; шум измерительных каналов ИИБ.Для проведение сравнения работы алгоритмов, в качестве моделируемогоучастка работы КА также выбирается участок одноосного вращения КА свозмущениями от вращения СБ, соответствующего движению, представленнымграфиком на Рисунке 4.3. Остаточный дрейф задан на уровне 0.002 º/ч на осьчувствительности ИИБ.На Рисунке 4.16 представлен график ошибки определения ориентации БКУсвнедренными,разработаннымиалгоритмами.НаРисунках4.17,4.18представлены участки графика Рисунка 4.16.

График включает в себя несколькоинтервалов функционирования БКУ и предложенных в главе 3 алгоритмов. Награфиках, изображенных на Рисунке 4.17 и 4.18, представлены выделенныефрагментыграфикаРисунка4.16,отображающиеработуалгоритмовкомплексирования информации ИИБ и ЗП с момента времени 4505 секунд. Каквидно из графика Рисунка 4.18, выход фильтра на заданную точность происходитза 35 секунд. Проекции угловой скорости КА на оси ССК, сопровождающиережим комплексирования, выражены графиком на Рисунке 4.19.160300Ошибка ориентации, угл. секундошибка ориентации25020015010050000.511.52Время, с2.533.54x 104Рисунок 4.16.