Диссертация (Разработка и исследование прецизионной системы информационного обеспечения бортового комплекса управления космическим аппаратом научного назначения), страница 8

Математический аппарат МНК и ОФК основан налинеаризованной модели объекта, и вектор состояния фильтра может достигать20-гопорядка.Частотакогородафильтрацияприменяетсявузкоспециализированных задачах: решение навигационной задачи по сигналамспутниковойнавигационнойсистемы,решениезадачиустойчивогораспознавания ориентации по звездам [102], [103], [104], [105], [106].В настоящее время известно большое количество работ по фильтрации иоценке параметров ориентации [9], [29], [73], [87], [90], [95], [158], [161], [162],[164], [165]. В этих работах предлагаются алгоритмы фильтрации показаний ЗПнаоснованиилинеаризованныхмоделейугловогодвиженияКАбез48использования информации от ИИБ, либо алгоритмы фильтрации ЗП поинформации ИИБ, но с использованием моделей высокого порядка.

Всуществующих фильтрах предлагается производить оценку ошибки определенияориентации ЗП между текущим и предыдущим тактом получения измерительнойинформации.В работе зарубежного автора [43] рассматривается решение схожей задачи:построение системы ориентации КА. В работе рассматриваются, в том числе,механизмы фильтрации измерений приборов с помощью расширенного фильтраКалмана.Задача коррекции показаний ИИБ по ЗП рассмотрена в работах [94], [95].Работы посвящены задаче корректировки инерциальных систем по информацииот ЗП. Стоит отметить, что современные астроинерциальные системы [94], [95],как и многие другие системы с использованием измерительной информацииразличныхприборов[9],[43],[159],[160],[161]используютдлякомплексирования и фильтрации измерений расширенный фильтр Калмана смоделями 10 и выше порядка.Фильтры высокого порядка требуют значительных вычислительныхресурсов, даже с применением методов упрощения вычислений, таких как методквадратного корня при решении уравнений фильтра Калмана.Задачафильтрациивычислительныхсредств,средствамипоэтомуМНКилиподобныеОФКсредстватребуетбольшихприменяютсяврассмотренных задачах, зачастую, в составе независимых блоков и вычислителей.Для уменьшения вычислительных требований к алгоритмам фильтрацииМНК и ОФК проводят упрощения, например, коэффициенты усиления фильтроврассчитываются на среднее значение и фиксируются.Существуют подходы по увеличению точности определения параметровориентации с помощью механизмов осреднения кватернионов [158], [159].

Ксожалению, такой подход требует значительных вычислительных ресурсов.49Внедрение методов комплексной обработки информации ДУС и звездногоприбора на основе фильтра Калмана позволит с высокой эффективностьюподавлять шумы звездного прибора при построении прецизионной системыинформационногообеспеченияБКУКАнаучногоназначения.Однако,существующие решения обладают высокими требованиями к вычислительнымресурсам КА и не могут быть реализованы в вычислителе БКУ КА серии«Спектр».Предложенныеавторомвнастоящейработеалгоритмыкомплексирования информации в задаче прецизионного определения параметровориентации КА обладают меньшей вычислительной сложностью и сниженнымитребованиями к вычислительным ресурсам БКУ.1.4.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕНа основании анализа материалов исследования, представленных в разделе,можно сделать следующие выводы.Телекоммуникационные КА, КА ДЗЗ и навигационные КА в части точностиопределения и поддержания ориентации не требуют специфических мер пообработке измерительной информации в БКУ [1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], [27],[31], [85], [101], [110], [112], [129], [132], [133], [136]. Космические аппаратынаучного назначения отличаются высокими требованиями, как к определениюпараметров ориентации, так и к поддержанию ориентации по углу и угловойскорости [2], [5], [6], [25], [27, [87], [129], [132], [136].

Решение задач определенияпараметров ориентации для КА научного назначения определяется требованиямик точности ориентации ЦА, как правило, уникальной для каждого КА научногоназначения.Применяемые алгоритмы фильтрации и комплексирования измерительныхданных приборов ориентации в каждом отдельном случае учитывают спецификуКА и приборного состава [1], [2], [3], [101], [110], [112], [129], [132], [133], [136].Применение многих существующих алгоритмов фильтрации и комплексирования50затруднительно в вычислительных машинах из-за низкой вычислительноймощности этих машин.В настоящее время отсутствуют отечественные приборы ориентации,обеспечивающие выполнение требований к КА серии «Спектр», в тоже времятребованияпоимпортозамещениюиограничительныеспискиделаютневозможным применение большого количества зарубежных приборов в составеБКУ.

Таким образом, решение задачи прецизионного определения ориентациидолжно быть обеспечено на имеющихся приборах с обеспечением точностипараметров ориентации БКУ КА серии «Спектр» через внедрение комплекснойобработки информации.1.5. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ПО ИТОГАМ АНАЛИЗАНа основании проведенного исследования для обеспечения основной целиработы необходимо решить следующие задачи:1. Для обеспечения точности определения параметров ориентацииразработать требования по применению располагаемых приборовопределения и расчета ориентации в составе БКУ;2.

Дляпроведенияоценкидостижимойточностиопределенияориентации КА на различных этапах функционирования КА, наосновании существующих частных решения задачи обеспеченияточностиориентации,разработатьметодикуоценкиточностиопределения ориентации БКУ КА;3. Для реализации в бортовом вычислителе БКУ КА серии «Спектр»,учитываяимеющиесяограниченияпорасполагаемымвычислительным ресурсам, разработать программно-алгоритмическийкомплекс, обеспечивающий требования по точности определенияориентацииинформации.иреализующийРазрабатываемыевычислительной простотой;механизмыалгоритмыкомплексированиядолжныобладать514. Для подтверждения выполнения требований по точности определенияпараметров ориентации, а также подтверждения работоспособностиалгоритмоввсоставебортовоговычислителя,провестимоделирование функционирования БКУ КА серии «Спектр» насоответствующихстендахсприменениемразработанногопрограммно-алгоритмического комплекса.Решение перечисленных задач обеспечивает построение прецизионнойсистемы информационного обеспечения БКУ КА научного назначения.52ГЛАВА 2.

ПОСТРОЕНИЕ СИСТЕМЫ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯВ настоящей главе в дополнение к проведенному обзору решения задачиопределения параметров ориентации КА определяются и формулируются задачи,решениекоторыхнаправленонапостроениепрецизионнойсистемыинформационного обеспечения. Автором предлагаются направления решениясформулированных задач, подразумевающих разработку новых алгоритмовсистемыинформационногообеспечения,втомчислеалгоритмакомплексирования информации ИИБ и ЗП в СИО БКУ. Для оценки достижимогоуровня погрешности определения параметров ориентации автором представленаметодика оценки погрешности определения параметров ориентации БКУ КА.Требования к точности определения параметров ориентации формируются изтребований к режимам работы целевой аппаратуры.

Без оценки погрешностей,присутствующих между ориентацией визирной СК ЦА и приборной СК приборовСИО, невозможно решение задачи прецизионного определения параметровориентации.Такимипогрешностями,кпримеру,являютсядеформацииконструкции КА, возникающие при выведении КА на рабочую орбиту. Методикаоценки погрешности определения параметров ориентации основывается наобобщении накопленного опыта по разработке КА различного назначения,позволяет производить оценку характеристик ориентации КА как на этапепроектирования, так и на этапе ЛКИ.

С целью повышения эффективностипроцесса разработки и описания функционирования программного обеспеченияБКУ КА различного назначения предложен метод, основанный на применениисовременныхграфическихсредствсистемногоанализа(ГССА).Методпредполагает в дополнение к существующим государственным стандартам,предъявляющим требования к документированию ПО, использовать диаграммысостояния для описания функционирования ПО БКУ для различных этапов жизниПО: разработки, отработки и функционирования.532.1. АНАЛИЗ РАБОТЫ СИСТЕМЫ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯВ первой главе настоящей работы проведен анализ существующихотечественныхизарубежныхрешенийзадачиопределенияпараметровориентации КА, в том числе анализ решения задачи в БКУ КА «Спектр-Р».

Задачаобеспечения точности определения параметров ориентации БКУ КА серии«Спектр» ставится с учетом использования имеющего задела, поэтому с цельюопределения необходимых решений проведем анализ циклограмм и режимовфункционирования КА серии «Спектр». Анализ дополняется данными офункционировании КА различного назначения, опыта разработки и эксплуатацииКА «Спектр-Р», а также технических заданий и исходных данных на разработкуБКУ КА серии «Спектр» [5], [6], [7], [27], [109], [110], [111], [112], [129], [130],[131], [132], [133], [136], [138], [139], [140], [141], [142], [143]. Результатоманализа является перечень задач, решение которых позволяет доработанной БКУКА серии «Спектр» достичь требуемой точности определения параметровориентации.СИО предназначена для формирования необходимой измерительной ирасчетной информации, обеспечивающей решение задач управления и контроляКА в различных режимах, таких как: демпфирования остаточной угловойскорости КА после отделения от РБ, построения и поддержания постояннойсолнечной ориентации, построения и поддержания заданной ориентации КА напротяжении всего срока активного существования и т.д.Работа СИО начинается вместе с началом вычислительного процесса БКУ.Космическийаппаратпоследовательнопроходитнесколькоэтаповфункционирования.

Эти этапы могут быть следующими: включение и инициализация СУ; развертываниециклограммвключениясистемиприборовкосмического аппарата; функционирование на интервале подготовке к штатной работе;54 функционирование на интервале штатной эксплуатации; функционированиевнештатныхситуацияхвтомчислеипарирование НШС.На СИО возлагается решение следующих задач: включение (выключение) информационных датчиков; предварительная обработка сигналов информационных датчиков; непрерывное вычисление параметров ориентации ССК относительноусловной инерциальной системы координат (УИСК) по данным ИИБ; формирование информации об угловой скорости КА относительноУИСК по данным ИИБ; формированиеастропоправоккпараметрамориентации,определяемым по сигналам ИИБ; астрокоррекция параметров ориентации ССК относительно ИСК; калибровка дрейфов ИИБ; комплексирование информации от ИИБ и ЗП; формирование данных для ТМИ.В начальный момент работы происходит инициализация основныхпараметров и переменных, в зависимости от дополнительных параметров РПЗУвыбор циклограмм включения приборов из состава СИО.Для реализации основной циклограммы работы космического аппарата припервомвключениисоответствующиепослекомандыотделениядляотразгонногоблока,выдаютсядатчиковугловойскорости,включенияисполняемых в виде ИИБ.ВидыавтоматическогообнаруженияипарированияотказовИИБреализованы в программных модулях СИО и выполняются на основе анализаданных об обмене, поступающих из прибора аппаратных признаков состояния ифункционального контроля ИИБ на основе анализа измерительной информации.55После включения прибора ИИБ и получения его функциональнойготовности СИО осуществляет пересчет информации ИИБ в необходимуюсистему координат и передачу потребителям.