Микрин Е.А., Михайлов М.В. Ориентация, выведение, сближение и спуск КА по измерениям от ГНСС (2017) (1246989), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Полетная юстировкаАСНтогда уравнение121(2.266) примет видИи =ВЛу.Уравнение(2.268)(2.268)записано для измерений всех п антенн, но для одногомомента времени. Для серии из т измерений получим систему уравнений(2.269)Введем следующие обозначения:Ии=[~иl]; Во=(~ ].1ИитТогда система(2.270)Вт(2.269) может быть представлена в виделлИи =ВоЛу,(2.271)откуда1лу· =(вlво)- вlйи.Решение(2.272) позволяет определить поправку(2.272)<р к матрице ориентациид; и поправку Лх; координат антенн АСН. При этом необходимо помнить,что так как совокупность антенн АСН с координатами х; допускает параллельный перенос в ИСК без изменения результатов измерений, координатыодной из антенн могут назначаться произвольно.
Например, ЛХ1=О, тогдачисло неизвестных поправок к координатам антенн будет равно п-1. Поэтомудля АСН-К кораблей «Союз» и «Прогресс», имеющей четыре антенны, решение(2.272)определяет трехмерный вектор поправки ориентации <р и тритрехмерных вектора Лх;, т. е.
размерность вектора лу• равна 12.Для проведения юстировки АСН должна быть установлена ориентацияКА, при которой обеспечивается видимость большого количества НС всемиантеннами . Такой для КА «Союз» и «Прогресс» является, например, орбитальная ориентация.В процессе юстировки векторq5определяется как константа. Для выпол-нения этого условия необходимо чтобы дрейф БИНС на интервале измеренийне превышал0,2 ...
0,3°количества измерений.и обеспечивал возможность накопления достаточногоГлава1222.Определение ориентации КА по измерениям АСН2.14. Особенностиориентации по измерениям АСНвысокоорбитальных КАПри выводе различных алгоритмов решения задачи ориентации не бьmисделаны какие-либо замечания относительно орбит КА. Это означает, чтопредложенные выше алгоритмы справедливы и для высокоорбитальных КА,хотя для высоких орбит имеется ряд особенностей, которые необходимо учитывать при разработке систем ориентации по измерениям АСН.На высоких орбитах видимыми для АСН являются обратные спутники,линии визирования которых проходят в окрестности горизонта Земли.
Количество одновременно видимых обратных спутников, например, с ГСО, всреднем составляет1- 3НС, при этом на достаточно больших временных интервалах спутники вообще отсутствуют. Число видимых НС для ВЭО и ГСОв режимахGPS,ГЛОНАСС, GРS+ГЛОНАСС показано на рис.2.30и2.31ответственно.Число видимых НС16~128',ч11,,(1'.,-J'IJip-J'~ wn.11V\u\l~ ~~\/J ~~-л/J ~t.л--\/ V\~,nJ1J~1V4о~i\'-------'------'------'------'-------'------'О43 20086 400129 600172 8002 16 ОООt,с172 800216 ОООt,саЧисло видимых НС43 200о86 400129 6006Число видимых НСНiI129 600172 800!1l1:.':\!!~ 1 \/~Jvч~\J \ыf\МfµJ~ vVv¼J~ ~~~~wJ ~-J'VVчfiV \ьi~tJ~'V1\8О43 20086 40011'216 ОООt,свРис.2.30.Графики числа видимых НС для ВЭО в режимахГЛОНАСС(6), GРS+ГЛОНАСС(в)GPS(а),со2.14.
Особеююсти ориентации по измерениям АСН высокоорбитальных КА123Число видимых НС6о86 400172 800259 200345 600432 ОООt,345 600432 ОООt, с345 600432 ОООt,саЧисло видимых НСО86 400172 800бЧисло видимы х НСо86 400259 200172 800259 200свРис.2.31.Графики числа видимых НС для ГСО в режимахГЛОНАСС(6),GPS(а),GРS+ГЛОНАСС (в)Это означает, что для геостационарных КА и ВЭО из-за отсутствия непрерывного навигационного поля может быть реализована только интегрированная система определения ориентации по измерениям АСН на базе БИНС.
Приэтом к БИНС предъявляются значительно более жесткие требования по скорости нестабильного дрейфа. Это объясняется существенно более низкой угловойскоростью линий визирования НС для геостационарного КА по сравнению снизкоорбитальными. Для геостационарных КА эта скорость в15- 20раз ниже,соответственно и уход БИНС для геостационарных КА должен быть в15- 20раз ниже, чем для низкоорбитальных КА. Поэтому, если для низкоорбитальныхКА допустимая скорость дрейфа БИНС составляетционарных КА она должна быть0,02 ... 0,03°/ч.0,3 ... 0,5°/ч,то для геостаХотя это требование и являетсядостаточно жестким, аппаратура БИНС с указанными характеристиками существует и используется в космической технике. Следует отметить, что рассмотренные в2.11алгоритмы определения ориентации одновременно оценивают имедленно меняющуюся составляющую дрейфа БИНС.
Использование этих алгоритмов позволяет определить ориентацию КА по измерениям АСН и призначительно больших значениях дрейфа БИНС.124Глава2.Определение ориентации КА по измерениям АСНМоделирование показало возможность достижения достаточно высокойточности формируемой оценки ориентации. Однако реализованные при этомалгоритмы предполагают знание начальной оценки ориентации.
Как былоотмечено ранее, точность этой оценки должна быть выше отношения полдлины волны несущего сигнала НС к максимальной антенной базе. При антенной базе, равной2 м эта точность должна быть не хуже 2,5°.Построение и начальное определение ориентации является одной из основных задач системы ориентации любого КА, в том числе и геостационарных. Для ее решения используются различные типы датчиков ориентации,такие как ИКВ, солнечные и звездные датчики и т. п. Но если дополнительные датчики применяются для построения и определения начальной ориентации, то они же могут быть использованы и для последующего непрерывного уточнения ориентации, как это делается в настоящее время. Тогда определение ориентации посредством АСН теряет смысл.
Но может быть и так, чтопо сигналам АСН полностью решается задача ориентации, включая наведение антенн АСН на Землю, определение начальной оценки ориентации и последующее непрерывное уточнение этой оценки. Только в этом случае АСНможет использоваться первоначально в качестве резервной системы определения ориентации, обеспечивая функциональное резервирование традиционных систем, а после тщательной лётной отработки-в качестве основнойсистемы ориентации, включающей в свой состав аппаратное резервированиеи одновременно обеспечивающей решение задачи навигации.Рассмотрим возможность решения полного комплекса задач ориентациисредствами АСН.2.14.1. Наведение антенн АСН на ЗемлюВ отличие от низкоорбитальных КА, у которых практически при любойориентации КА в поле зрения антенны АСН попадает хотя бы один спутник,для геостационарных КА все видимые НС находятся в достаточно узком диапазоне в виде конуса, ось которого направлена от КА на центр Земли, а уголпри вершине равен~24 °.Для сравнения отметим, что на низкоорбитальныхКА область возможного нахождения НС превышает полусферу, диаграмманаправленности антенн также близка к полусфере.
Поэтому на низкоорбитальных КА при любой их ориентации осуществляется захват сигнала хотябы одного НС. Для геостационарных КА при произвольной ориентации сбольшой вероятностью ни один НС не попадет в поле зрения антенны. Поэтому первым этапом решения задачи ориентации геостационарных КА посигналам АСН является наведение поля зрения антенн АСН на Землю, вокрестности которой находятся видимые НС.Задача первоначального построения ориентации, обеспечивающей наведение датчиков на заданные участки неба, например, наведение ИКВ на Землю, решается на многих КА.
Для этого в состав аппаратуры может бытьвключен широкоугольный солнечный датчик, позволяющий построить одноосную ориентацию на Солнце. Солнце приводят в точку (в поле зрения дат-2.14. Особеююсти ориентации по измерениям АСН высокоорбитальных КА125чика), отстоящую от оси визирования ИКВ на угол, равный углу Солнце КА -Земля. Последующий разворот КА вокруг направления на Солнцеобеспечивает захват Земли датчиком ИКВ, после чего выполняется трехоснаяориентация КА по сигналам ИКВ и солнечного датчика.
Аналогично можновыполнить наведение полей зрения антенн АСН на Землю. Самым простым инадежным способом является наведение путем двух последовательных закруток КА вокруг осей, нормальных оси антенны АСН.Пусть после отделения КА от носителя выполнено гашение угловой скорости и по информации от БИНСстабилизация КА в инерциальном про-странстве. Пусть также в общем случае НС не попали в поле зрения антенныАСН.
Выполнив закрутку КА вокруг одной из осей, будем фиксировать моменты появления НС tн и их выхода t 2i в поле зрения (i = 1, 2, 3, ... - порядковый номер НС , попавшего в поле зрения антенн в процессе разворота). Позафиксированным значениям tp сформируем момент времени t0:~ tli+ t2ii=l2to = L,- - - ,где п-(2.273)число НС, попавших в поле зрения антенны в процессе закрутки.Момент времениt0представляет собой некоторое осредненное времяпрохождения всеми спутниками плоскости, образуемой осью антенны АСН иосью закрутки КА.
После завершения закрутки по информации от БИНС КАприводится к угловому положению, которое он занимал в момент t0 . Далеевыполняется повторная закрутка КА вокруг второй оси. Аналогично определяется момент времени, когда все НС находились в окрестности плоскости,проходящей через ось антенны и ось второй закрутки КА. Последующим разворотом вокруг оси второй закрутки КА приводится к угловому положению,в котором все НС находятся в окрестности оси антенны АСН.Существенным недостатком рассмотренного способа приведения НС вокрестность центра поля зрения антенны АСН является то, что после приведения угол рыскания КА относительно орбитальной системы координат остается неизвестным, и по мере орбитального движения КА НС удаляются отцентра поля зрения антенны и через4 ... 5 чвыйдут за пределы этого поля. Зауказанное время система определения ориентации должна, по крайней мере,приближенно определить трехосную ориентацию .
Однако, как будет показано далее, указанного времени может не хватить для определения начальнойоценки ориентации. В этом случае необходимо будет повторить все действияпо приведению НС в поле зрения антенны АСН.Для исключения такой ситуации авторами предложен более простой васпекте управления КА, но более сложный с точки зрения алгоритмическойреализации метод грубого определения начальной трехосной ориентации КА,обеспечивающий возможность наведения оси антенны АСН в окрестностьцентра Земли, определение угла рыскания КА относительно ОСК и подкрутки КА по тангажу с орбитальной угловой скоростью для длительного удер-Глава1262.Определение ориентации КА по измерениям АСНжания НС в поле зрения антенны.
При этом выполняется только одна закрутка КА вокруг оси, фиксируются моменты t 1; появления сигналов НС (моменты входа НС в поле зрения антенны) и моменты t2; исчезновения сигналов НС(моменты выхода НС из поля зрения антенны). После завершения закруткипо значениям моментов времени tji определяется трехосная ориентация КА.Точность ее определения зависит от неопределенности границы поля зренияантенны, обычно составляющей~5°.При указанной неопределенности размера поля зрения трехосная ориентация КА может быть определена с точностью~30°по трем осям. Такой точности вполне достаточно для длительногоудержания НС в поле зрения антенны АСН.Получим алгоритмы формирования оценки ориентации КА по измерениямОриентацию КА будем оценивать для момента t0, определяемого по формуле (2.273).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
