Микрин Е.А., Михайлов М.В. Ориентация, выведение, сближение и спуск КА по измерениям от ГНСС (2017) (1246989), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Кратковременные всплески амм представляют собой ошибки КСВ, обусловленные переотражениями сигналов НС от элементов конструкции МКС. В результате динамической фильтрации КСВсоставляют3 ... 5ошибки формируемой оценки орбиты МКСм. Такая точность достигается благодаря точному моделированию движения станции. Модель движения МКС, реализованная с применением динамической фильтрации измерений АСН, включает модель гравитационного поля Земли порядка 72х72 и самонастраивающуюся модель аэродинамическоготорможениястанции,т.
е.разработанныйдинамическийфильтр по измерениям АСН оценивает реальное текущее аэродинамическоеторможение и учитывает его в модели движения. На рис.3.8приведен графикоценки аэродинамического торможения МКС, полученный в результате динамической фильтрации измерений АСН.0 aero•м/с24.10-7з -10-72-10- 71-10- 7997822800Рис.3.8.997844400997866000997887600t,сОценка аэродинамического торможения МКС, сформированнаяпо измерениям АСН-МИз рисунка видно, что аэродинамическое торможение на рассмотренном2участке орбиты составило -2,5-10- 7 м/с • Колебания графика относительносреднего значения с периодом один виток обусловлены различием плотностиатмосферы на светлой и теневой частях орбиты.Оцененное значение вектора состояния и аэродинамического моментапередаются в составе цифровой телеметрической информации в ЦУП длявыполнения различных баллистических расчетов, в том числе для прогнозирования орбиты МКС.
Благодаря высокой точности формируемой оценкивектора состояния и оценке аэродинамического торможения обеспечиваетсявысокая точность выполняемого по этим данным прогноза орбиты МКС. Нарис.3.9оказаны графики ошибок трехвиткового прогноза орбиты МКС, выполненного по двум случайным выборкам сформированных АСН-М на бортуМКС векторов состояния, переданных в ЦУП.Глава1503. Относительная навигация по измерениям АСН при сблю,сении КАЛХ, ЛУ, ЛZ, м80604020о,~-=--wлz- 20- 40- 60-80- 100 ~ - - - - ' - - - - - - - - - ~ - - - - - - - ~ - - - - - - ~о89082 1800890827200890832600t, сЛХ, Л У, ЛZ, м8060лх4020ЛУо- 20лz- 40- 60- 80- 100890989200оРис.3.9.890994600891000000t, сОшибки трехвиткового прогноза орбиты МКС, построенного по формируемой оценке орбиты и выполненного по двум случайным выборкам векторов состоянияТочность прогноза орбиты МКС на три витка по формируемым оценкамвектора состояния составляет-60м.
Сравнив эти графики с графикамитрехвиткового прогноза орбиты МКС, выполненного по измерениям КСВ(см. рис.3.6),можно сделать вывод, что точность трехвиткового прогноза,выполненного по оценке вектора состояния, формируемой в результате динамической фильтрации измерений КСВ, выше в-15- 20 раз.Для расчета корректирующих импульсов дальнего сближения активногоКА необходимо знать не только орбиту активного КА, но и орбиту пассивного КА. Если расчет импульсов выполняется в ЦВМ активного КА, то для выполнения этого расчета вектор состояния пассивного КА должен быть передан на активный КА.
Такая передача осуществляется через ЦУП сразу после3.2. Решение навигационной задачи дальнего сбли:жения по измерениям АСН151выведения активного КА. По этому вектору состояния в ЦВМ активного КАможет быть выполнен прогноз орбиты пассивного КА на расчетный моментвстречи. При «быстрой» стыковке интервал прогноза составляет примернотри витка.
Точность такого прогноза, в соответствии с графиками рис.составляет-603.9,м, что вполне достаточно для участка дальнего сближениядаже если точка встречи расположена на малой дальности от пассивного КА.При выполнении двухсуточного сближения вектор состояния станции, покоторому в ЦВМ корабля осуществляется прогноз ее орбиты, может периодически, один раз за три-четыре витка, обновляться для того, чтобы точностьпрогноза оставалась в пределах-60 м.Алгоритмы динамической фильтрации измерений АСН-М на МКС предполагают, что станция находится в пассивном полете, а ее ориентация обеспечиваетсягироскопическимиисполнительнымиорганамисвыполнениемгравитационной разгрузки, т.
е. на станции не срабатывают ни двигателиориентации, ни двигатели коррекции, возмущающие орбиту. Только в этомслучае алгоритмы динамической фильтрации измерений КСВ, реализованныена МКС, обеспечивают формирование высокоточной оценки орбиты станции.Но на активных кораблях, реализующих сближение, происходят частые срабатывания как двигателей коррекции, так и двигателей ориентации, приводящие к существенным возмущениям орбиты. Кроме того, активный КА длявыполнения пространственной коррекции при сближении выполняет угловыеманевры, при которых может существенно уменьшиться число видимых антеннами АСН навигационных спутников. В этих условиях АСН активногоКА должна формировать достаточно точную оценку орбиты.Рассмотрим, как влияют на точность формируемой оценки орбиты неучтенные в модели динамического фильтра внешние возмущающие ускорения, например, от двигателей коррекции.Исследования проведем по реальным лётным данными АСН-М МКС.Сначала рассмотрим влияние этих возмущений на оценку орбиты, формируемую по алгоритмам, реализованным в АСН-М МКС, на участке выполнениякоррекции траектории станции26.05.2010 г.с помощью двигателей грузовогокорабля «Прогресс».
Значение выданного во время коррекции импульса скорости станции было0,82 м/с,длительность работы двигателей -596 с.Соответственно, при работе двигателей создавалось возмущающее ускорение2-1,4-10- 3 м/с . В процессе выдачи корректирующего импульса МКС стабилизировалась в орбитальной системе координат. В результате возмущения орбиты МКС от двигателей, которые не моделировались в динамическом фильтре, возникли значительные рассогласования между измеряемым АСН-Мвектором координат и его оценкой (рис.3.10).Из рисунка видно, что когдаМКС находилась в свободном орбитальном полете и стабилизировалась нагиродинах, не возмущающих орбиту станции, формируемая оценка орбитыпрактически совпадала с измеряемым вектором координат.
За один виток довыдачи корректирующего импульса управление станцией стало выполнятьсяреактивнымидвигателями,которыепривеликнекоторомувозмущению152Глава3. Относительная навигация по измерениям АСН при сблю,сении КАорбиты станции, и на графиках появились рассогласования между измеряемым вектором и оценкой орбиты. Через виток после перехода на управляющие двигатели ориентации началась коррекция орбиты, при которой неучтенноевмоделидвижениястанциивозмущающееускорениесоставило1,376·10- 3 м/с2 , оно привело к значительному «разлету» фильтра, и разностьмежду измеряемым текущим вектором координат и его оценкой через пол14 кмвитка достиглапо продольной дальности ифильтр «сошелся» только через4 ч,3км по высоте.
Затеми фильтруемая оценка вновь стала близкак измеряемому АСН вектору координат МКС.Фильтрация измерений АСН с большой постоянной времени обеспечивает формирование высокоточной орбиты КА только при отсутствии неучтенных в фильтре возмущений. Даже небольшое возмущающее ускорение(~ 10- 3 м/с2 ) приводит к значительному «разлету» фильтра.ЛХ,ЛУ,ЛZ, м2000о~- - - - - - - --'""""'1-------;-- - - - - - - - --2000- 4000- 6000- 8000- 10 ООО- 12ООО-14ООО- 16ООО958852800 958867200 958881600 958896000 958910400 958924800Рис.3.10.t,сОшибки оценки орбиты МКС по измерениям координатАСН-М при коррекции орбиты двигателями корабля «Прогресс»Существенное снижение ошибок оценки орбиты, обусловленных внешними возмущающими ускорениями, обеспечивают алгоритмы динамическойфильтрации полного потока «сырых» измерений АСН.
Вектор измерений- число видимыхв этом алгоритме представляет собой 2п-мерный вектор (пНС), составленный из вторых разностей псевдодальностей и интегральных фаз:~ =(~иl ],~и2где ~и~, ~" 2-(3.6)п-мерные векторы измерений, соответствующие измерениямпсевдодальностей и интегральных фаз:3.2. Решение навигационной задачи дальнего сбли:жения по измерениям АСНPR1 -PR2PR2 -РRз=~и,-153п-мерный вектор попарных разностей псевдодаль-ностей;ЛСР~ -ЛСР2ЛСР2 -ЛСРз~и2 =п-мерный вектор попарных разностей прираще--ЛСРп -ЛСР~ний интегральных фаз на i-м такте измерений АСН.Напомним, что этот фильтр включает в себя не одну постоянную времени Т, как в случае динамической фильтрации измеренных координат, а трипостоянных времени:Тх -фильтрации псевдодальностей;Тv -фильтрации интегральных фаз;Тр -согласования псевдодальностей.Приопределенных значениях постоянных времени достигается существенная устойчивость фильтра по отношению к внешним возмущениям.ЛХ,ЛУ,ЛZ, м604020О~-kt~~~~:111-20-40- 60958885200958892400958899600958906800t,са0,30,20,1о ~~~~"~;~~~~~~~~~~~~~~IQ!t-0, 1-0,2-0,3958885200958892400958899600958906800t,сбРис.3.11.Ошибки оценки орбиты МКС (относительно КСВ), формируемой по «сырым» измерениям АСН-М (в ОСК) на участке коррекцииорбиты МКС при Тх=а-по координатам; б -1000 с, Tv= 10 с,по скоростиТр= 300 с:Глава1543.
Относительная навигация по измерениям АСН при сблю,сении КАНапример, на рис.3.11приведены графики ошибок оценки орбиты МКС относительно КСВ, сформированной по «сырым» измерениям АСН-М для того жеучастка коррекции орбиты МКС, что и графики, показанные на рис.Постоянные времени фильтра были выбраны следующие: Тх=3.10.1000 с, Tv = 10 с,Тр =300 с. Из рисунка видно, что при работе двигателя коррекции, создававше2го возмущения 1,4-10- 3 м/с , фильтр работает устойчиво, ошибка оценки орбиты по координатам возрастает только до 20 м, по скорости - до 8 см/с, т. е.
посравнению с динамической ошибкой оценки орбиты, формируемой по измеренным координатам, ошибка оценки, обусловленная внешним возмущением,уменьшилась почти в1ОООраз, и при необходимости может быть еще уменьшена соответствующим подбором постоянной времени фильтра.На рис.приведены графики ошибок оценки моделируемой орбиты3.12МКС в режиме GРS+ГЛОНАСС на участке коррекции с ускорением от дви2гателей 10- м/с при постоянных времени фильтра ТхТр = 300 с.2= 1000 с, Tv = 3 с,ЛХ, ЛУ,ЛZ,м60 40 20 -4о~~'----~~~'----~'-----~'------~'~958885200958892400958899600t, с958906800аЛVх, ЛVу, ЛVz, м/с-0,4 0,2 - О,2-- 0,411958885200958892400119588996001958906800t, сбРис.3.12.Ошибки оценки моделируемой орбиты МКС в режимеGРS+ГЛОНАСС на участке коррекции с ускорением от двигателей кор22рекции 10- м/с при постоянных времени фильтра Тх= 1000 с, Tv= 3 с,Тр =300 с:апо координатам; б --по скоростиИз рисунка видно, что несмотря на значительное увеличение возмущающего ускорения за счет уменьшения постоянной времени Тv ошибки оценкиорбиты, как и в предыдущем случае, не превысили20м.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
