Микрин Е.А., Михайлов М.В. Ориентация, выведение, сближение и спуск КА по измерениям от ГНСС (2017) (1246989), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Повышение точности установкиантенн на изделии требует достаточно сложной системы наземной юстировкикоординат антенн);• незнаниекоординат фазового центра антенны относительно посадочного места антенны (могут составлять1 ... 2см);• незнание истинного расположения ССК относительно осей изделия (длякораблей «Союз» и «Прогресс» составляет -0,1 °.
Определяется точностьюустановки на изделии различной датчиковой аппаратуры ориентации, чтотребует существенного усложнения наземных юстировочных испытаний).В полете целесообразно проводить юстировку АСН-уточнение координат антенн по измерениям АСН. Юстировка может выполняться двумяспособами:• сравнениерезультатовопределения координат антенн поизмерениямАСН с оценкой этих координат при построении ориентации КА по болееточным датчикам ориентации;• автономное уточнение координат по длительным измерениям АСН.В первом случае ориентация КА оценивается по более точным измерителям, например, по звездным датчикам.
Во втором случае поправки к координатам антенн определяются одновременно с ориентацией КА по измерениямАСН.Рассмотрим первый метод юстировки, проведенной во время лётных испытаний работы АСН-К, установленной на КА «Прогресс». Юстировка проводилась на участке совместного полета КА с МКС. Ориентация МКС определялась с помощью звездных датчиков. Точность ориентации не хуже0,1 °.С соответствующей точностью была известна и ориентация КА «Прогресс».Задачей юстировки являлось уточнение координат трех антенн относительнозафиксированных координат первой антенны.Пусть х1 , •• • ,х4 -оценка координат четырех антенн АСН-К в ССК.
Приизмерении по четырем антеннам в алгоритмах определения ориентации формируются шесть антенных пар:11 =х2 -х1;12 = :Хз -xi;lз= Х4 -xi;= хз - х2;ls = Х4 - х2;16 = Х4 - хз.l4При фиксированной оценке координат первой антенны (Лх 1ки векторов антенных пар имеют вид(2.243)=О) поправГлава1142.Определение ориентации КА по измерениям АСНЛl1= Лх2;Л/4Лl2= Лхз;Лls =Лх4 - Лх2;Л/3 =Лх4;Лlб= Лхз= Лх°4- Лх2;(2.244)-Лхз.Введем следующие обозначения:(2.245)Связь между вектором Лl и Лх определяется соотношениемЛlгде А-= АЛх,(2.246)матрица размером 18х9,А=ЕоооЕоооЕ-ЕЕо-ЕоЕо-ЕЕЕ - единичная матрица размером ЗхЗ; О-(2.247)'нулевая матрица размером ЗхЗ.Если в процессе измерений АСН бьш определен 18-мерный вектор Лlто 9-мерный Лх определяется из уравнения,(2.246):(2.248)Рассмотрим алгоритм определения вектора Лlв эксперименте по юстировке антенн АСН-К корабля «Прогресс», пристыкованного к МКС. МКСстабилизировалась в ОСК с известной матрицей перехода из ОСК к ССКМКС Аоск-мкс - Эта матрица в системе управления МКС формировалась поизмерениям БИНС с коррекцией по измерениям звездного датчика.
ТочностьАоск-мкс оценивается как0,1 °.Корабль «Прогресс» пристыкован к МКС под определенными углами.Матрица перехода от системы координат МКС к системе координат КААмке-КА также известна с точностью-0,1 °.Тогда для i-й пары антенн связь между вектором измерений и ориентацией КА определяется уравнением(2.249)где Ии;Ио;-вектор второй разности фазовых измерений i-й пары антенн;вектор констант неопределенности i-й пары антенн;В1 -матрица2.13. Полетная юстировкаАСН115направляющих косинусов для i-й пары антенн; /КА; в ССК КА; Агск-0ск -В уравнениивектор i-й пары антеннматрица перехода из ГСК в ОСК.(2.249)неизвестным является вектор lкл;, хотя с опреде-ленной точностью известна оценка этого вектораl;°.Пусть!КА;=!;* +Лl;,где Лl; -неизвестная ошибка вектораТогда уравнение(2.250)t;•.(2.249) можно представить в видеИи; -Ио; -В;Аlск-оск/45ск-мксАl~кс-КАl~;=(2.251)Будем предполагать, что ошибка Л/; мала, и вектор, стоящий в правойчасти уравнения(2.251)не превышает полдлины волны л. Тогда учитывая,что все компоненты вектора Ио; кратны длине волны л, можно записатьуравнение для определения Л/;:Иид.'! = (Ии; -В;Аfск-оск/45ск-мксАl~ке-КАl~;)Д.4= В; Аlск-оск АJск-мксА~кс-КАl;,где (х)д.ч=(2.252)означает выделение дробной части по л каждой компоненты век-тора Х.Введем следующие обозначения:В;= В;Аlск-оскАбск-мксАl~ке-КАТогда для i-й пары антенн уравнение(2.252) примет видИид.ч.i = В;Лl;.(2.253)Если для i-й пары антенн выполняется серия из т измерений, то дляопределения Л/; можно составить систему уравнений(2.254)из которой по серии из т измерений определяется поправка вектора Л/;:(2.255)Глава1162.Определение ориентации КА по измерениям АСНАналогично определяются поправки к остальным векторам пар антенн ипо алгоритма(2.245) и (2.248)Описанная вышеформируются векторы Лl и Лх.процедураопределения поправок координатантеннх2 , ..
. , х4 КА «Прогресс» была реализована в совместном полете КА с МКС. Нарис.2.27приведены графики поправок координат антенн ЛХ2 , ЛХ3 , ЛХ4 порезультатам суточного сеанса измерений. ПервыережимеGPS8 ч измерения проводились вс определением ориентации по измерениям от четырех антенн.Последующие16 ч выполнялся режим ГЛОНАСС+GРSс определением ориентации по измерениям от трех антенн. Графики найденных поправок координатантенн ЛХ2 , ЛХ3 , ЛХ4 вышли на установившийся уровень через-4ч измерений и далее оставались близкими к константам. Найденные ошибки лежат вдиапазоне- 1..
.4см. Учет найденных ошибок при определении ориентации заметно повысил точность ориентации КА, формируемой как интегральным методом по приращениям первых разностей интегральных фаз, так и методомдинамической фильтрации одномоментных определений ориентации.На рис.2.28показаны ошибки ориентации, полученной интегральнымметодом по приращениям первых разностей интегральных фаз как без учетаО ш ибки координат, м0,030,020,01ог~~- - --..
-- --l~' ~ ~-'- 0,0110800о0,050,040,030,020,01~216003240043200t--~~с---10800о2160032400540006480075600t, са- - - --43200540006480075600--t, сб0,0100,0051~~о~-~~~-се~ ,..- 0,005- 0,010о108002160032400~,::_432005400064800----75600t, свРис. 2.27. Ошибки координат антенн ЛХ2 (а), ЛХз (6), лх4 (в), полученные по лётным измерениям АСН-К корабля «Прогресс»2.13. Полетная юстировкаАСН117Л<рх, Л<ру, Л<р2 , град168о lfjt~~~-P.c=::::=::::::::;::;:=~~ ~ ~~:::::=;;:::::=:~-8- 16 ~ - - ~ - - ~ - - ~ - - - ~ - - ~ - - ~ - - - ~ - ~о10800216003240043200540006480075600t,саЛ<рх, Л<ру, Л<р2 , град168o ~~~~?r~~~-ю~~~~~~;i,;-:;;A~~-8-1610800о2160032400432006540006480075600/,с216003240043200540006480075600t,сЧисло пар НС10800овРис.2.28.Ошибки ориентации КА «Прогресс», полученные интегральным методом по приращениям первых разностей интегральных фаз безучета найденных поправок координат антенн (а) и с учетом поправок координат антенн(6),а также графики числа используемых НС и пар антенн (в)найденных поправок координат антенн (рис.координат антенн (рис.2.28,2.28, а), так иб), а также графики числа используемых для решения задачи ориентации НС и пар антенн (рис.На рис.2.29с учетом поправок2.28, в).приведены графики ошибок ориентации КА «Прогресс»,сформированные методом динамической фильтрации одномоментных изме2.29, а), с учетом поправок координат антенн (рис.
2.29, б), график числа используемыхдля решения задачи ориентации НС и пар антенн (рис. 2.29, в).рений без учета найденных поправок координат антенн (рис.Из рисунков видно существенное повышение точности ориентации послеучета найденных поправок к координатам антенн. Так, если без учета поправок интегральный метод по приращениям фаз обеспечивал построение ориентации с точностью ±10°, то с учетом поправок координат точность повысилась до±6°.Метод динамической фильтрации одномоментных измерений врежиме GPS при использовании четырех антенн без учета поправок обеспечивал точность ±1 °, а после учета антенн точность повысилась до ±0,4°.Глава1182.Определение ориентации КА по измерениям АСНЛ<рх, Л<ру, Л<р2 , град16~ ~)~~-8- 16 ' - - - - - ' - - - - - - - - ' - - - - - ' - - - - . , _ _ _ - - - ' - - - - ' - - - - ' - - - ~10800о2 16003240043200540006480075600t,саЛ<рх, Л<ру, Л<р2 , град168o ~~:i:эы~~~'11'tv~-8- 16 ' - - - - - ' - - - - - - - - ' - - - - - ' - - - - .
, _ _ ____.____,____' - - - ~10800о2 16003240043200540006480075600f,с540006480075600t,с6Число пар НС20161284о108002 16003240043200вРис.2.29.Ошибки ориентации КА «Прогресс», сформированные методом динамической фильтрации одномоментных определений ориентациибез учета найденных поправок координат антенн (а), с учетом поправоккоординат антенн(6),график числа используемых для решения задачиориентации НС и пар антенн (в)Полученный результат обусловливает необходимость полетной юстировки координат антенн АСН.
Рассмотренный метод юстировки опирается наизмерения более точных датчиков ориентации. Этот метод прост с точки зрения методического и алгоритмического обеспечения и дает хорошие результаты в плане точности определения поправок координат антенн. Однако такая возможность на многих КА может отсутствовать хотя бы из-за отсутствияболее точных датчиков ориентации. Поэтому рассмотрим алгоритмы реализации второго метода автономного уточнения координат антенн по измерениям АСН.
Будем предполагать, что определение ориентации выполняетсяметодом динамической фильтрации одномоментных измерений.Пусть в момент t0 была определена матрица ориентации ". Известнытакже оценки пар векторов у;• относительно ССК. По измерениям от моментаt 0 до t требуется определить поправку <j) матрицывсех пар антенн Л/;.,¾и поправки векторов2.13. Полетная юстировкаАСН119Обозначим ЛА 0 ошибку матрицы ориентации в момент t0 ; Лl;векторов-ошибкуi-x пар антенн.Для ЛА 0 и Лl;справедливы следующие соотношения:Ао =,¾ЛАо;(2.256)l; = Z°/ +Л/;.Тогда для i-й пары антенн с точностью до малых второго порядка малости можно записать уравнение в видеИи; -Ио; -дгт ,¾т 1тггде Г-= В;Гт ,¾т 1т Лl; + дгт ЛАо,¾т 1т1;•,матрица перехода из ГСК в ГСКо;1-(2.257)матрица БИНС перехода изиск БИНС к сек.Обозначим вектор измерений размерностиr;(2.258)матрицу размером r;ХЗ= в.гт л•т1т >0jj.1lвектор размерностью3= ,¾т 1т!;*.l;Учитывая, что правая часть уравнения(2.257)мала, уравнение(2.257)для i-й пары антенн может быть записано в виде(2.259)Введем матрицуl;и вектор <р:Оli3I; = -4з[гдеlu -i-eОli2l~-lнкомпоненты вектораl;;[<рх]-li2]<р = : : ,;(/)х, (/)у, (/)z -(2.260)соответствующие компоненты матрицы ЛА.Легко убедиться, что8Ао!;Тогда уравнение= /;<р.(2.261)(2.259) для i-й пары антенн примет вид-Ии;л= В;Лl; + В;q,,(2.262)Глава1202.Определение ориентации КА по измерениям АСНДля п пар антенн можно записать систему уравненийл-=В1Лl1 + В1<р;Ии1(2.263)л-= ВпЛl,, + Bi~-ИипВведем вектор измерений на текущей секунде йиматрицу В=[В1рица размером[Ии1]= _: ;Иип~ где В;- матрица размером~],r;x3;О мат-В"r;x3;матрицу размером В =[1:J где =t,rrx3r;,и вектор размерностью 3хп Лl =[~~]ЛlпТогда система уравнений(2.263) примет видИиВектор Л/= ВЛ/ + B'ip.(2.264)может быть выражен через вектор ошибок координат антеннЛХ с помощью равенства (2.246):--Лl =АЛХ,(2.265)в котором матрицу А для четырех антенн находим по равенствуставив выражения для Л/деления векторов ЛХ,в уравнение(2.264),(2.247).Подполучим уравнение для опре'ip:-Ии-л= ВАЛХ + В<р.(2.266)Лу=(лi)(2.267)Введем искомый вектори матрицув=(в вл),2.13.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
