Микрин Е.А., Михайлов М.В. Ориентация, выведение, сближение и спуск КА по измерениям от ГНСС (2017) (1246989), страница 18
Текст из файла (страница 18)
= -. + -.dm,¾(/)z m+I* [ -~z m+I= Аотdm+I(2.241)Лdm+I!(2.242)Лdm+I•После уточнения матрицы A;m+I выполняется ее ортонормирование поалгоритму(2.106),муле (2.63).а оценка матрицы ориентации л:+~ определяется по форНеобходимым условием сушествования решениящаемость матрицы Wm .(2.241)является обра-Для этого на первом этапе измерений в течение~5 мин необходимо выполнять накопление матрицыW и вектораИ, послечего может быть сформировано начальное приближение вектора ~•.
Сформировав начальное приближение, можно переходить к формированию поправки начального приближения Л~: на каждом шаге измерения.Сравнивая алгоритмы (2.240) и (2.125), можно заметить, что в алгоритме(2.125) матрица Wразмером 3х3 и вектор И размерностью 3, а в алгоритме(2.235) матрица W имеет размер 6х6, а вектор И - размерность 6. Повышение размерности с трех до шести обеспечивает матрица ( Е -D~) размером3х6, умножаемая на каждом шаге слева на матрицу Вт. Матрицаразмер 3х3 и формируется по алгоритмуDmимеет(2.224).Несмотря на кажушуюся громоздкость, приведенные алгоритмы формирования оценок-<р* и wd-*достаточно просты для реализации, например, внавигационном процессоре АСН-М МКС и перспективных КА «Союз» и2.11. Определение ориентации по измерениям АСН и БИНС с учетом дрейфа БИНС«Прогресс».
Анализ достигаемой точности формируемых оценок107<j)* и wjбыл проведен путем моделирования решения задачи ориентации КА «Союз» .На рис.2.22,а показаны графики ошибки формируемой оценки ориентации Л<j)* , а на рис.2.22,б - оценки дрейфа БИНС roj. В данном случае КАнаходился в орбитальной ориентации, и использовались четыре антенны АСН.2,01,0о<Зг~-;е-tC.lF- 1,0-2,0о720014400 2160028800360004320050400 57600t,с28800 360004320050400 57600t,саrodx, rody, rodz, град/ч2,01,0о-1 ,0- 2,0о720014400 21600бРис.2.22.Ошибки определения ориентации (а) и оцениваемой угловойскорости дрейфа БИНС(6) при орбитальной ориентации КАДрейф БИНС по трем осям КА задавался в виде монотонной, медленноменяющейся функции от1°/чдо 0°/сут.
Из рисунка видно, что формируемаяоценка дрейфа БИНС отслеживает реальный дрейф. При этом оценка дрейфапо каналу тангажа отслеживает реальный дрейф практически без ошибок,а по каналам крена и рыскания-колеблется относительно реального дрейфа. Отклонение от реального дрейфа составляеториентации не превышают0,1... 0,2°/ч.Ошибки оценки0,2°.При выводе алгоритмов формирования оценок<j)*, wjпредполагалось,что ffid равна константе.
В реальных условиях дрейф БИНС медленно изменяется во времени. Обычное поведение дрейфа во времени соответствуетГлава1082.Определение ориентации КА по измерениям АСНграфикам, приведенным на рис.ции (см. рис.2.22)2.22.Кроме того, графики ошибок ориентаполучены для орбитальной ориентации КА, относительновидимости НС антеннами АСН. Интерес представляет случай, когда КАнаходится в произвольной ориентации и вращается по трем осям (рис.2.23).При этом скорость изменения дрейфа БИНС значительно превышает реальнонаблюдаемые значения.Л<рi , Л<р_t, Л<рf, град2,01,0о- 1,0- 2,0о720014400 2160028800360004320050400 57600l,с360004320050400 57600l,са2,01,0о- 1,0- 2,07200о14400 2 160028800бРис.2.23.Ошибки определения ориентации (а) и оцениваемой угловойскорости дрейфа БИНС (б) при произвольной ориентации КА и вращенииКА по трем осямПри таком моделировании КА произвольно вращался с угловыми скоростями по трем осям~0,1°/с.Угловое положение КА относительно системы координат было произвольным и часто неблагоприятным, с точки видимости НС антеннами АСН.
Имелись интервалы времени, когда общие НСдля всех пар антенн отсутствовали в течениезадан в виде синусоиды амплитудой1°/ч5 ... 1Омин . Дрейф БИНС былс периодом~3ч. Из рисунка видно, что даже в этом случае ошибки ориентации КА в основном не превышают0,5°,0,1 ... 0,2°/ч.а оценка дрейфаrodотслеживает реальный дрейф с точностью2.11. Определение ориентации по измерениям АСН и БИНС с учетом дрейфа БИНС109Важным достоинством рассмотренных алгоритмов является возможностьопределения ориентации КА по измерениям только от двух антенн АСН.На рис.2.24приведены графики Л<р* иw:;,для случая, когда КА находился в орбитальной ориентации, использовались две антенны АСН, по трем осямзадавался постоянный дрейф 0,5 °/ч.
Очевидно, что и в этом случае ошибкиориентации КА не превьШiают0,5°,но дрейф БИНС правильно оцениваетсятолько для канала тангажа. По каналам крена и рыскания дрейф не оценивается (из-за недостатка информации), тем не менее, благодаря орбитальному вращению КА, постоянный дрейф по каналам крена и рыскания не приводит к ве-ковым уходам оценки ориентации <р* от их истинного значения, и оценка ориентации КА определяется с достаточно высокой точностью(~0,5°).2,01,0о- 1,0- 2,0о720014400 2160028800360004320050400 57600t, с360004320050400 57600t, саWJx, WJy, WJz, град/ч2,01,0о- 1,0- 2,0о720014400 21600288006Рис.2.24.Ошибки определения ориентации (а) и оцениваемой угловойскорости дрейфа БИНС(6) по измерениям АСН от двух антеннПолученные в настоящем разделе алгоритмы оценки и компенсациидрейфа БИНС по измерениям АСН позволяют исключить влияние на точность формируемой оценки ориентации медленно меняющейся составляющей дрейфа БИНС и осуществлять фильтрацию измерений АСН с большойГлава110Определение ориентации КА по измерениям АСН2.постоянной времени.
Благодаря этому разрабатываемая система АСН-К кораблей «Союз» и «Прогресс» при наличии значительного дрейфа БИНСобеспечит точность оценки ориентации не хуже2.12.0,5°.Посл едо ват ел ьн ость реал и за ци иалгоритмов ориентации при построении ориентации КААлгоритмы, относящиеся к решению задачи ориентации КА, должнывыполняться в определенной последовательности, решая так называемыевспомогательные или основные задачи определения ориентации . Здесь рассмотрена последовательность реализации упомянутых алгоритмов и условия начала и окончания их выполнения на примере кораблей «Союз» и«Прогресс».Включение АСН-К осуществляется только на старте.
До старта в АСН-Кзакладываются альманахи всех КА ГЛОНАСС иGPS.Первостепенная задачаАСН-К - сформировать вектор состояния КА как можно быстрее от момента отделения КА от третьей ступени носителя. Для этого на старте в памятьЦВМ закладывается номинальный массив векторов состояния КА в зависимости от времени(отмомента старта). После сброса главного обтекателяАСН осуществляет поиск и захват сигналов НС. Благодаря наличию альманаха и массива векторов состояния поиск осуществляется в «теплом» стартеи, как правило, к моменту отделения в АСН-К формируются КСВ. При этомориентация КА произвольная, и угловая скорость может достигать 3°/с, поэтому-0,1°/с.в первую очередьосуществляется гашение угловой скорости доДалее начинается поиск всех видимых НС в назначенные (включенные) антенны.Рассмотрим худший вариант, когда после отделения КА от носителя непойман сигнал ни от одного НС.
В этом случае проводится так называемоеслучайное назначение НС на каналы, когда на24канала трех антенн АСНслучайным образом назначаются спутники из списка видимых (в соответствии с альманахом и вектором состояния КА) . В течение1- 2мин каналыкаждой из антенн захватывают сигнал хотя бы одного НС. Далее назначениесигналовнаканалысмотренными в2.3.осуществляетсявсоответствииСформированная по алгоритмамсалгоритмами ,(2.26), (2.27)расматрицаориентации передается на контур управления ориентацией, который выпол-няет разворот КА, устанавливая средний вектор антенн /4:р в направлении,близком к направлению местной вертикали для увеличения числа пар сигналов НС , участвующих в решении задачи.
После построения указаннойориентации переходят к стабилизации КА на ДУС в ИСК и определениеориентации КА интегральным методом по приращениям интегральной фазыв соответствии с алгоритмом, приведенным вется- 102.5.Данный режим выполнямин. В результате ориентация определяется с точностью- 5°.Параллельно во время стабилизации КА осуществляется накопление измере-2.12. Последовательность реализации алгоритмов ориентации при построении...ний в соответствии с алгоритмами, рассмотренными в2.1 О,111реализующимиинтегральный метод раскрытия фазовой неопределенности.
В результатеформируется матрица оценки ориентации А;. Эта матрица используется вкачестве начального приближения в алгоритмах динамической фильтрацииодномоментных определений ориентации, рассмотренных в2.8.При этомобъект может выполнять угловые маневры с помощью ДУС, а измеренияАСН-К обеспечивают коррекцию БИНС. Время накопления измерений интегральным методом зависит от числа пар НС и числа пар антенн на интервале накопления. На рис.2.25и2.26показаны ошибки ориентации интегральным методом и методом динамической фильтрации на этапе начальноПоказатель достоверности0,3 ~0,40,2о, 1""-,====-r=-=:::г::О300600900:::::r: _1200 1500= -~-=1800 2 100 2400 2700 3000 3300t,саЛ<рх, Л<ру, Л<рz, град-~·.~~1 ~k:.:::::_~~~::_:._.:. =:.=~E=='-~=~--се,,:_-;:~--О130011600900111111200 1500 1800 2 100 2400 2700 3000 3300t,с6Л<рх, Л<ру, Л<рz, град-~~ k~~О3006009001200 1500 1800 2 100 2400 2700 3000 3300t,сt,свЧисло пар НС18126О3006009001200 1500 1800 2 100 2400 2700 3000 3300гРис.2.25.Переход от интегрального метода определения ориентациипо фазовым приращениям к методу динамической фильтрации фазовыхизмерений:а-достоверность и среднеквадратичная ошибка фазы; бпри динамической фильтрации фазовых измерений; втегрального метода фазовых прирашений; г -(условия перехода благоприятные:--ошибки ориентацииошибки ориентации инчисло пар антенн и НС в решении12- 17 пар НС)Глава1122.Определение ориентации КА по измерениям АСНПоказатель достоверностиo,•rГ0,3~:T I1 1 11О,j300t}---,-- = ===r=:::t6001800 2100 2400 2700 3000 33009001200 1500-·--, -t,сt,сf,сt,саЛ<рх, Л<ру, Л<рz, град~,~~ ~ ~\11~с===----~---11о300600f19001111200 1500111111800 2100 2400 2700 3000 3300бЛ<рх, Л<рJ" Л<рz, град10о- 10о3006009001200 15001800 2100 2400 2700 3000 3300вЧ исло пар НС18126о3006009001200 15001800 2100 2400 2700 3000 3300гРис.
2.26. Переход от интегрального метода определения ориентациипо фазовым приращениям к методу динамической фильтрации фазовыхизмерений:адостоверность и среднеквадратичная ошибка фазы; б-при динамической фильтрации фазовых измерений; втегрального метода фазовых приращений; г (условия перехода неблагоприятные:--ошибки ориентацииошибки ориентации инчисло пар антенн и НС в решении4-6 пар НС)го определения ориентации. Графики на рис.2.25соответствуют благоприятному участку перехода, когда число пар НС составляетантенн4- 6.а число парВ этом случае время достоверного решения составилоГрафики на рис.2.264-6,верного решения составило - 800 с.Динамическая- 150с.соответствуют неблагоприятным условиям перехода,когда число пар НС составляло= 1ООО с.12- 17,фильтрацияа число пар антеннвыполнялась-2.Время достос постоянной времениТ=В обоих случаях в установившемся состоянии точность ориентациибыла не хуже0,5°. Полученнаяточность бьша достигнута после выполненияполетной юстировки АСН, рассматриваемой в следующем разделе.2.13.
Полетная юстировкаАСН2.13.113Полетная юстировка АСНОпределение ориентации по измерениям АСН предполагают точное знание координат фазовых центров антенн АСН относительно связанной системы координат КА. Желательно, чтобы ошибки этих координат не превышали2 ... 3 мм, их составляющими являются:• ошибки координат посадочных мест антенн на изделии (для кораблей«Союз» и «Прогресс» они составляют -5 мм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
