Диссертация (Разработка и исследование прецизионной системы информационного обеспечения бортового комплекса управления космическим аппаратом научного назначения), страница 22

Ошибка определения ориентации ССК КА относительно ИСК6Ошибка ориентации, угл. секундошибка ориентации54321011.52Время, с2.533.5x 104Рисунок 4.17. Ошибка определения ориентации ССК КА относительно ИСК научастке функционирования алгоритмов комплексирования161ошибка ориентацииОшибка ориентации, угл. секунд12010080604020045004510452045304540Время, с455045604570Рисунок 4.18. Ошибка определения ориентации ССК КА относительно ИСК научастке запуска алгоритмов комплексированияx 10-31Проекция на X ССКПроекция на Y ССКПроекция на Z ССКУгловая скорости, гр/с0-1-2-3-4-55000100001500020000Время, сРисунок 4.19.

Проекции угловой скорости КА на оси ССК КА на интервалеработы алгоритмов комплексирования162На Рисунке 4.16 на интервале времени до 4505 секунд БКУ проходит стадииначального участка полета. На данном участке для обеспечения устойчивостиБКУ к дрейфам ИИБ функционируют алгоритмы грубой астрокоррекции. Ошибкаориентации на этом участке имеет большой размах, но не подвержена уходам поддействиями нескомпенсированных дрейфов. Начиная с 4505 секунд, наблюдаетсяработа алгоритмов фильтрации, предложенных в главе 3 настоящей работы.Постановка задачи к разработке СИО, обеспечивающей прецизионноеопределение ориентации, относится к участкам функционирования КА безсущественных возмущений движения: вращения СБ, открытия элементовконструкции КА и выдачи импульсов коррекции орбиты КА. Несмотря на то, чтотребование к точности определения ориентации не распространяется науказанные режимы, работа алгоритма комплексирования и фильтрации вуказанных режимах должна быть устойчивой.

На Рисунке 4.20 представленграфик ошибки определения ориентации КА на участке с 22000 секунд по 26000секунд перехода КА со стабилизации на управляющих двигателях-маховиках нареактивные исполнительные органы и выдача корректирующего импульсаорбиты.6Ошибка ориентации, угл. секундошибка ориентации5432102.22.252.32.352.4Время, с2.452.52.552.6x 104Рисунок 4.20. Ошибка определения ориентации ССК КА относительно ИСК научастке выдачи импульса коррекции орбиты163Из графика видно, что при действии возмущения ошибка определенияориентации находится в пределах заданных требований. Угловые скорости КА наэтом интервале времени отображены на Рисунке 4.21.0.02Проекция на X ССКПроекция на Y ССКПроекция на Z ССК0.0150.010.0050-0.005-0.01-0.0152200022500230002350024000Время, с245002500025500Рисунок 4.21.

Проекции угловой скорости КА на оси на участке выдачи импульсакоррекции орбитыДлядемонстрации работы алгоритмов комплексированиявместесалгоритмами астрокалибровки проведено моделирование функционирования КАс остаточным дрейфом ИИБ 0.02 º/ч по каждой оси чувствительности ИИБ. Стоитотметить, что моделируемая величина дрейфа 0.02 º/ч на порядок превосходитвеличину дрейфа при штатной работе БКУ (0.002 º/ч), которая была принята припроведении редуцирования модели оценивания (3.18).

На Рисунке 4.22представлен график ошибки ориентации в случаедействияуказанногонескомпенсированного дрейфа. Как видно из графика, в момент времени 8000происходитсхлопываниесрабатываниеошибкиалгоритмовориентации,астрокоррекции,рассчитаннойпонаправленныеинформациинаИИБ.Наблюдается скачкообразное изменение величины ошибки ориентации с моментвремени 8000 секунд, что вызвано работой алгоритмов астрокоррекции.164Одновременно с алгоритмом астрокоррекции работает алгоритм астрокалибровкидрейфов ИИБ.20ошибка ориентацииОшибка ориентации, угл.

секунд1816141210864200.60.81Время, с1.21.41.6x 104Рисунок 4.22. Ошибка определения ориентации ССК КА относительно ИСК научастке действия нескомпенсированного дрейфа при работе алгоритмовастрокоррекции и астрокалибровкиРабота алгоритма астрокалибровки дрейфов ИИБ видна также на графике наРисунке 4.23 после 8000 секунд изменением характера поведения оценки векторамалого поворота. Моделирование происходит с остаточным дрейфом ИИБ в0.02 º/ч, который учитывается в алгоритмах БКУ после 8000 секунд по итогамработы алгоритма астрокалибровки дрейфов ИИБ. На графики на Рисунке 4.23отображены элементы оценки вектора малого поворота между ориентацией ИИБи ЗП, являющегося выходом алгоритмов комплексирования. Наблюдаетсяскачкообразное изменение величины оценки вектора малого поворота с моментвремени 8000 секунд, что вызвано работой алгоритмов астрокоррекции.

После8000 секунд наблюдается изменение характера изменения компонент оценкивектора малого поворота между ориентацией ИИБ и ЗП, вызванное работой165алгоритмов калибровки дрейфов и учета дрейфа в алгоритмах расчетаориентации.-5x 10Проекция на X ССКПроекция на Y ССКПроекция на Z ССКВеличина проекции, рад20151050-55000600070008000Время, с90001000011000Рисунок 4.23. Проекции оценки вектора малого поворота между ориентациейрассчитанной по данным ИИБ и ЗП на участке работы алгоритмовастрокоррекции и астрокалибровки дрейфов ИИБКак было написано в третьей главе настоящей работы, на алгоритмкомплексирования и фильтрации налагаются существенные ограничения повычислительной нагрузке на БКУ, в связи с этим ограничением была предложенасхема с уточнением коэффициентов усиления алгоритма раз в пять тактов работыалгоритма.

На Рисунке 4.24 представлен график коэффициентов усиленияалгоритма, соответствующих ошибке определения ориентации, представленнойна графиках на Рисунках 4.16 – 4.18. Как видно из графика на Рисунке 4.24изменение элементов матрицы усиления происходит ступенчато на каждом пятомтакте работы алгоритма и на каждом 10 такте работы БКУ. На графике Рисунка4.24представленначальныхучастокработыалгоритмафильтрацииикомплексирования при котором происходит уточнение начальных условийработы алгоритма.

При такой схеме работы алгоритмов происходит снижение166требований к вычислительным ресурсам БКУ в 2,7 раза, по сравнению с полнымфильтром.Величина коэффициентов усиления0.2К(1,1)К(2,2)К(3,3)0.150.10.0504510451545204525Время, с4530453545404545Рисунок 4.24. Диагональные элементы матрицы усиления алгоритма фильтрациии комплексирования на начальном участке работы алгоритмаНа графике, представленном на Рисунке 4.25, представлена ошибкаопределения ориентации с моделированием возрастания ВШП определенияориентации ЗП. Моделирование возрастание ошибки происходит в моментвремени 12000 секунд.

Величины моделируемых ошибок представлены Таблицей4.3. Как видно из представленного графика, ошибка определения ориентации КАне изменяет своего характера поведения. Это доказывает адаптивностьразработанного в настоящей работе алгоритма фильтрации и комплексированияинформации ИИБ и ЗП к изменению высокочастотной ошибки определенияориентации ЗП, вызванной воздействием ВВФ и ИИКП.1676ошибка ориентацииОшибка ориентации, угл.

секунд5432100.80.911.11.2Время, с1.31.41.51.6x 104Рисунок 4.25. Ошибка определения ориентации ССК КА относительно ИСК привозрастании высокочастотной ошибки ЗПТаблица 4.3.Моделируемые высокочастотные ошибки прибора SED 26НаименованиеЗначениеВысокочастотная шумовая составляющая ПСК X, Y (3σ), "45Высокочастотная шумовая составляющая ПСК Z (3σ), "215Награфике,стабилизационныепредставленномотклоненияКАнаприРисункеработеЦА4.26,представленыприиспользованииразработанных в настоящей работе алгоритмов комплексирования и фильтрацииизмерительной информации ИИБ и ЗП.

Уровень стабилизационных отклоненийсоответствует уровню, представленном на графике на Рисунке 4.12, иудовлетворяет заданным требованиям не более 0,0007 угл. градусов.Величина стабилизационных отклонений, угл. градусы168x 10-4Стаб. откл. XСтаб. откл. YСтаб. откл. Z420-2-4-69850990099501000010050Время, с1010010150102001025010300Рисунок 4.26. Стабилизационные отклонения БКУ по осям ССК КА приприменении в БКУ вновь разработанных алгоритмов фильтрации икомплексирования информации ЗП и ИИБНеобходимость применения алгоритмов подготовки данных для коррекцииошибок масштабных коэффициентов и ошибок установки осей чувствительностивызвана влиянием этих ошибок на работу алгоритмов комплексирования.

ВТаблице 4.4 содержатся величины моделируемых ошибок. Ошибка определенияориентации при моделировании с ошибками ИИБ отображена на графике наРисунке 4.27.Таблица 4.4.Моделируемые ошибки ИИБПараметрОшибка масштабного коэффициента, %Ошибка положения осей чувствительности ИИБ вПСК ИИБ, угл. секундОшибка положения ПСК ИИБ в ССК КА, "Дрейф измерительного канала, º/чЗначение0,130300,002169ошибка ориентации9Ошибка ориентации, угл.

секунд8765432100.511.52Время,с2.533.5x 104Рисунок 4.27. Ошибка определения ориентации ССК КА относительно ИСК приналичии ошибок масштабных коэффициентов и погрешностей положения осейчувствительности ИИБНа графике на Рисунке 4.27 наглядно видно, что величина ошибкиориентации выше случая, при котором скомпенсированы моделируемые ошибки.Представленный график погрешности ориентации демонстрирует необходимостьприменения алгоритма подготовки данных для калибровки масштабов иперекосов для уменьшения погрешности определения параметров ориентацииБКУ КА научного назначения.Разработка предложенных в главе 3 алгоритмов проведена с учетоммодульного принципа построения программно-алгоритмического обеспеченияБКУ. Это требование в том числе включает требование к инвариантностиалгоритмов: возможности применения разработанных алгоритмов для ИИБ и ЗП сразличными характеристиками и БКУ КА различного назначения.

Это требованиевключаетнеобходимостьПродемонстрируемминимальнойинвариантностьнастройкиалгоритмовалгоритмов.дляслучая170телекоммуникационного КА, в составе которого применяется ИИБ Astrix-120 набазе волоконно-оптических гироскопов. Характеристики ИИБ отображены вТаблице 4.5. Характеристики звездного прибора SED26 для этого КА отображеныв Таблице 4.6.Таблица 4.5.Характеристики ИИБ Astrix 120ПараметрПолный диапазон измеренийРасширенный диапазон измеренийМасштабный коэффициент, угл.сек/импУстойчивость масштабного коэффициентаПовторяемость после включения/выключенияЛинейность в пределах всего диапазона изменениярабочих характеристикСтабильность в течение одного месяцаСтабильность в течение 5 лет (включая всеэффекты)Стабильность измеренийПовторяемость смещения в интервалах междувключением/выключениемУстойчивость в интервале 1 часУстойчивость в интервале [-10, 50°C]Шумовая составляющая сигналаЗначение±10°/с±30°/с0,01< 100 ppm< 10 ppm< 10 ppm< 300 ppm< 0,04 °/ч< 0,01 °/ч< 0,03 °/ч< 0,0025 °/√чТаблица 4.6.Моделируемые ВШП прибора SED 26НаименованиеВысокочастотная шумовая составляющая ПСК X, Y (3σ), "Высокочастотная шумовая составляющая ПСК Z (3σ), "Значение1155На Рисунке 4.28 представлен график ошибки определения ориентациителекоммуникационного КА с предложенными алгоритмами фильтрации икомплексирования информации ЗП и ИИБ.Моделирование, в результате которого получен график на Рисунке 4.28,проводилось без перенастройки алгоритмов под начальные условия алгоритмафильтрации.Награфикеучастокначалаштатногофункционирования.171Увеличенная ошибка определения ориентации на интервале времени до 8100секунд обусловлена работой алгоритмов грубой астрокоррекции ориентации.После прохождения начального участка в момент времени 8100 секундначинается работа алгоритмов комплексирования информации ЗП и ИИБ.55ошибка ориентацииОшибка ориентации, угл.секунды50454035302520151050.850.90.9511.051.11.15Время, с1.21.251.31.35x 104Рисунок 4.28.