Автореферат (Современные и перспективные интегрированные системы высокоточной навигации космических аппаратов на геостационарной и высоких эллиптических орбитах на основе использования ГНСС-технологий)

На правах рукописи Крухчиов Дмитрий Михайлович СОВРЕМЕННЫЕ И ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ИНТЕГРИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ ВЫСОКОТОЧНОЙ НАВИГАЦИИ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НА ГЕОСТАЦИОНАРНОЙ И ВЫСОКИХ ЭЛЛИПТИЧЕСКИХ ОРБИТАХ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГНСС-ТЕХНОЛОГИЙ Специатыюсты 05.13.01 Системный анализ, управление и обработка информации (Авиационнак н ракетно-космическая техника) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва — 2014 год Работа выполнена в Московском авиационном институте гнациональнохг исследовательском университете). Козорез Дмитрий Александрович, кандидат технпческих наук доцент, доцент кафедры «Информационно-упрашиющие комплексы» Московского авиационного института (национального исследовательского университета) На)чный руководитель: Сошников Валерий Николаевич, доктор технических наук, профессор, заместитель начальника подразделения Федерального государственноз о унитарного предприятия «Государственный научно- исследовательский институт авиационных систем» ФГУП «ГосНИИАС», 1Россия, 125319, г.

Москва, ул. Викторенко, 7) Тычинский К зрий Дмитриевич, кандидат технических наук, начальник бригады Открытого акционерного общества «Государственного научно- производственного предприятия «Регион» ОЛО «ГНПП «Регион» (Россия, 115230, г Москва, Каширское шоссе, д. 13А). Официальные оппоненты: Ведущая орщнизация: Федеральное государствонное унитарноо предприятие «Научно-производственное объединение имени С.Л. Лавочкина», 141400, г.Хнзгки,Московская область, ул Ленинградская, д. 24 С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского авиационного института (государственного зехнического университета).

Лвюрефсрат разослан зоз октября 2014 г. Ученый секретарь диссертационного совета Д 212 125 12 В.В. Дарнопых к т н., доцент Защита состоится «18» декабря 2014 г, в 15.00 часов па заседании диссертационного совета Д 212.125.12 в Московском авиационном инсппуте Вициональном исследовательском университете) по адресу; 125993, г.

Москва, Л-80, ГСП-З, Волоколамское шоссе, дом 4. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Одной лз наибюлее актуальных тенденций совершенствования спутниковых систем мониторинга, связи, навигации, телекоммуникаций и телевещания, мультььмедиа и ретрансляпии на геостационарной и высоких эллиптичоских орбитах является постоянное повышение требований к точности гюддержания расчезиых параметров орбит или, иными словами, повышение требований к зочиости позиционирования центра масс целевого космического аппарата (КЛ) по когипонентам положения и скорости, а также по парамезрам ориентации Гуглам и утловым скоростям).

Уровень этих требований в настоящее время характеризуется следующими параметрами в терминах зрех среднеквадратических отклонений ]10] ° Удержание КЛ на геосзационарной ороитс (ГСО) в рабочей точке о точностью не менее 0.05. 0 1 градуса ° Поддержание наклонения орбиты КЛ па ГСО с точностькз не менее 0.3 зрадуса) Удержание КЛ на высокой эллиптической орбите (В:ЗО) в рабочей точке с точпостькэ не менее 0.5 градуса: ° Точность знания параметров движения КЛ на ГСО лля обнаружения излучения менее 100 метров, ° Сохранения пространственной ориентации связанных осей КЛ относительно орбитальных с точностью на уровне 6 угловых минут ° Оценка компонент координат КЛ нс хуже 9 и и компонент вектора скорости КЛ 1 и/о при выведении КЛ на 1'СО с использованием стазпзонарного шзазмонного двигателя гСПД); ° Оценка фактического уровня тяги СП1] не хуже 1'Ь от номинала и углов ее ориентации не хуже 1О угловых минут при приведении КА в точку стояния на ГСО с использованием СПД; Причины такой тенденции связаны со следукзщпми обстоятельотвами ° Рост международных требований к точности позиционирования целевых КЛ, в первую очередь, па геостапионарной орбите.

° Повьппепие потребительских требований к качеству предоставляемых услуг соответствтющими системами мониториьпа, связи, вещания, навигации и ретрансляции, что связано, в свою очередь, с постоянно растущей конкуренцией на рынке этих услуг: ° Стремление к автономизации процссоов выведения, коррекции орбиты и удержания в рабочей точке цолевых КЛ на геостационарной орбите и высоких эллизпических орбитах, с целькз снижения расходов ца содержание наземной инфрасзруктурьь Одним из путей достижения поставлснных требований является повьппение точности решения навигационных задач в процессе выведения, коррекции орбиты и удержания целевых КЛ.

В свокз очередь, точность решения навигационной задачи является определяющей при формировании требований к аппаратному составу и характеристикам соответствующих бортовых систем. Наиболее доступной лля реализации возможностьк~ обеопечить все возрастающие требования по точности навигации является использование технологий Глобальных навигационных спутниковых систем (ГПСС) Однако, при попытках использования таких технологий для решения задач навигации на ГСО и ВЭО возникает целый ряд новых технических подзадач, связанных.

в первую очередь, о анализом видимости соответствующих навигационных КА, а также с интеграцией данных, поступающих от бортового многоканального ГНСС приемника и других аппаратных средств на борту целевого КА Из сказанного следует что задача аовышенги точности решения навигационных задач на основе ГНСС-технологий целевых КА на ГСО и ВЭО является актуальной. Цель работы.! 1елью настоящей работы является повышение точности решения навигационных задач путем разработки облика интегрированных навигационных систем, функционирующих на основе Г11СС-технологий применительно к рассматриваемым целевым КА на ГСО и ВЭО, а также в процессе довыведения полезной нагрузки на ГСО с помощью стационарного плазменного двиштоля малой тяги.

В работе осуществляется формирование облика бортовых интегрированных сисзнм. При этом понятие «облики вклкэчаег; архитектуру соответствующей системы, набор математических моделей, используемых для решения навигационной задачи, алгоритмы решения навигациозшой задачи, состав бортовых аппаратных средств и требования к их характеристикам, а также характеристики системы в целом Объект исследования. Бортовая интегрированная система навигации КА систем мониторинга, связи, телекоммуникаций и телевещания, мулыимсдиа и ретрансляции, функционирующих на ГСО, на ВЭО, а также выводимых на ГСО с использованием стационарных плазменных двигателей малой тяги.

Предмет исследования Совокупность алгорзпьчов и аппаратно-программных средств обеспечивающих достижение поставленной цели Метод исследования Имитационное математическое моделирование процессов функционирования интезрированных систем навигации рассматриваемых КА с учетом ископгролнрусгиых факторов на основе непользования специального прозрамьчноматематического обеспечения Научная новизна полученных в работе результатов состоит в следующем - сформированы архитектура, алгоритмы, математические к«одели и определен состав и характеристики аппаратных средств интегрированных систем навигации КА на ГСО, ВЭО, а также прп довывсдении на ГСО с помощью С11Д1 — созданы имитационные модели процесса функпионировапия интегрированных систем навигации для КА на ГСО, ВЗО и при довыведепии на ГСО с использованием П 1СС-технологий; - разработаны алгоритмы высокоточного решения навигационной задачи КА на ГСО, ВЭО разработан алгорипч высокоточной оценки компонент вектора тяги сзапионарного плазменного двигателя без использования данных инерциальпых элементов на основе обработки «цевязокя между опорной и «истиннойв (ззе.

формируемой на борту оц-1ше по данным измерений) траекториями при выведении КА на ГСО; - разработано специализированное программно-математическое обеспочение для моделирования процессов функционирования интегрпрованных систем навигации КА на ГСО, ВЗО и при выведении на ГСО с учетом неконтролируемых факторов различной физической природы.

Практическая значимость результатов работы — получены оценки точностных характеристик разработанных интегрированных систем навигации КА на ГСО и ВЭО на основе использования П1СС-технологий - показано, что разработанные интегрированные навигационные систелпа КА на 1'СО и ВЭО обеспечивают приведенные выше требования к решению навиьационной задачи сформированы требования к программно-аппаратным средствам ьппегрированпых систем навигации КА на ГСО и ВЗО, обеспечивая>щиьь приведенные выше требования. Достоверность результатов подтверждается использованием корректных математических моделей, результатами имитационного моделирования, а также частичной верификацией результатов отработки проьраммно-математического обеспечения даььными, полученными от зкспериментальных КА па высоких орбитах. Внедрение результатов диссертационной работы.