Микрин Е.А., Михайлов М.В. Ориентация, выведение, сближение и спуск КА по измерениям от ГНСС (2017) (1246989), страница 27
Текст из файла (страница 27)
При этом на участ-3.2.Решение навигационной задачи дальнего сближения по измерениям АСНках отсутствия возмущений ошибки по координатам не превышают1551О м,поскорости - 3 ... 5 см/с.Таким образом, разработанные алгоритмы формирования оценки орбитыКА по полным «сырым» измерениям обеспечивают достаточно высокую точность формируемой оценки(10м по координатам,5см/с по скорости) и высокую устойчивость по отношению к неучтенным в модели движения КАвнешним возмущениям. В формируемой оценке исключены сбои и единичные всплески ошибок, как это наблюдается для КСВ.Исследование устойчивости разработанных алгоритмов по отношениюк внешним возмущениям с использованием реальных измерений АСН-ММКС на участке коррекции орбиты МКС двигателями КА «Прогресс» показало влияние на формируемую оценку конкретного возмущающего ускорения, равного 1,4-10- 9 м/с2 и длительностью -600 с.
Очевидно, что ошибкиформируемой оценки зависят как от значения возмущения, так и от его длительности. Поэтому рассмотрим возмущения от двигателей, которые могутдействовать на КА «Союз» и «Прогресс» на участках дальнего и ближнегосближения.На данных КА установлены двигатели трех типов:• корректирующий двигатель (КД) тягой-300 кг;• двигатели причаливания и ориентации (ДПО) тягой -13• двигатели ориентации (ДО) тягой -1,3 кг.кг;Корректирующие двигатели работают на участке дальнего сближения и вначале участка ближнего сближения.
Они создают ускорение -0,5 м/с и реа2лизуют корректирующие импульсы-100м/с на начальном участке дальнегои ближнего сближения. Максимальная длительность работы КД не превышает300 с,что почти в2 раза меньше рассмотренной длительности возмущения300 раз выше. Но при раорбиты МКС, однако значение возмущения почти вботе корректирующего двигателя (КД) на кораблях «Союз» и «Прогресс» работает БИНС, оценивающая возмущения, создаваемые двигателями в ИСК.Точность знания ориентации КА, реализованная в БИНС, составляет-1 °,аточность оценки возмущающего ускорения в БИНС в основном определяетсяточностью ориентации:Лёiгде Ziь-= ZiьЛq>,возмущающее ускорение; Лq>-(3.7)ошибка ориентации.2Для ускорения 0,5 м/с и ошибки ориентации 1° ошибка оценки ускорения составит0,01м/с2.Показанные на рис.3.12графики ошибки оценки формируемого векторасостояния КА для такого возмущающего ускорения показывают, что дажепри длительности действия возмущенияординатам не превысят20м, по600 с ошибки оценки орбиты по коскорости 1О см/с.
Через 300 с после прекращения действия возмущения ошибки оценки приходят к установившимсязначениям -10 м по координатам и 5 см/с поскорости.Глава1563. Относительная навигация по измерениям АСН при сблю,сении КАДвигатели причаливания и ориентации обеспечивают коррекцию траектории на участках ближнего сближения и причаливания. Как правило, этидвигатели работают парами. В этом случае создаваемое ими ускорение соста2вит -0,04 м/с . Это ускорение оценивается БИНС, формируемая оценка учитывается в модели движения КА, реализованной в динамическом 1ильтре .Неучтенная ошибка возмущающего ускорения не превышает 10- 3 м/с . Времядействия возмущения, как правило, не больше нескольких секунд, поэтомуоно не должно приводить к сколь-нибудь заметному снижению точностиформируемой оценки.Двигатели ориентации обеспечивают ориентацию КА.
При этом возникает незначительное ускорение центра масс КА. Однако оно существенноменьше, чем при работе двигателя причаливания и ориентации (дПО). Поэтому работа ДО также не должна сказываться на точности формируемойоценки орбиты КА.Рассмотренные выше алгоритмы формирования оценки орбиты активного КА бьши реализованы при полунатурном моделировании процесса сближения корабля «Союз» с МКС, в котором были задействованы реальная ЦВМи реальная АСН-К корабля «Союз» . Моделирование движения корабля истанции выполнялось на компьютере, откуда координаты и скорости КА передавались в имитатор сигналовсигналы НСGPSГЛОНАСС. Имитирующие радиоGPS -и ГЛОНАСС от имитатора передавались в АСН-К, где формировались «сырые» измерения АСН. В навигационном процессоре АСНосуществлялась динамическая фильтрация этих измерений, формироваласьоценка вектора состояния КА. Процесс сближения занимаетс.
На-15000участке дальнего сближения коррекция орбиты КА осуществлялась с помощью КД, на участке ближнего сближения и причаливанияс помощью-ДПО. Управление ориентацией КА обеспечивалось ДО. На рис.3.13 приведены графики ускорений от двигателей. Значение ускорения от КД - 0,4 м/с2 ,22от ДПО - -0,05 м/с , от ДО - -0,005 м/с •-0,4 0,3 0,2 0,1 - 0,1Рис.~!~rо3.13.111111200040006000800010 ООО12 ООО114ООО1t,сГрафики управляющих ускорений от КД, ДПО и ДО научастке дальнего и ближнего сближения и причаливанияИз рисунка видно, что всего было реализовано шесть включений КД.Двигатели ДПО работали на последнем участке сближения длительностью-1500с.
Работа двигателей ДО на графиках видна в виде точек на оси абс-3.2.Решение навигационной задачи дальнего сбли:жения по измерениям АСН157цисс. ДО обеспечивали управление ориентацией КА на всем участке сближения. Во время работы двигателей в ЦВМ КА формировалась оценка ускорений КА в ССК и оценка кватерниона перехода ориентации от ГСК к ССК,которые передавались в АСН-К. В АСН-К эта оценка учитывалась при интегрировании уравнений движения КА. Формируемые оценки ускорений отдвигателей и кватерниона ориентации моделировались с ошибками, в результате чего возмущения от двигателей при моделировании движения КА в АСНкомпенсировались не полностью. Нескомпенсированные возмущения приводили к дополнительным ошибкам оценки вектора состояния КА, формируемой АСН-К.
На рис.показаны ошибки оценки орбиты активного КА на3.14участке сближения при фильтрации «сырых» измерений АСН-К с постоянными времени Тх= 1000 с, Tv = 30 с,Тр= 300 с.ЛХ, ЛУ, ЛZ, м8040;[ \о -~-;;! 'уv~\_~ V\ vi~\---- 0,20'----'-0,40 ~ - - ~ - - - ~ - - ~ - - - ~ - - ~ - - - ~ - - ~ ~60008000о2000400010 ООО12 ООО14 ООО t,са0,40,2о~..,,_-c,,,,._= =..V- 0,2- 0,420004000600010 ООО800012 ООО14 ООО t,с6Рис.3.14.Ошибки оценки орбиты по координатам (а) и скорости(6)научастках дальнего и ближнего сближения и причаливания для состояниявремени фильтра Тх =1000 с, Tv=30 с,Тр =300 сОчевидно, что после каждого срабатывания КД возникали значительныеошибки оценки орбиты по координатам-до100м, по скорости-до0,5 м/с, которые после выключения двигателей затухали в течение1000 ...
2000 с. Для исключения влияния возмущений от корректирующихдвигателейдинамическийфильтрпереинициализироваливключения КД. Для этого случая на рис.3.15послекаждогоприведены графики ошибокформируемой оценки орбиты активного КА по координатам и скорости.Глава1583. Относительная навигация по измерениям АСН при сблю,сении КАЛХ, Л У, ЛZ, м8040о- 0,20- 0,40о200040006000800010 ООО12 ООО14 ООО t,800010 ООО12 ООО140001, ссаЛVх, Л ~,, ЛVz, м/с0,40,2о-~- 0,2- 0,4200040006000бРис.3.15.Ошибки оценки орбиты по координатам (а) и скорости (б) научастках дальнего и ближнего сближения и причаливания для состояниявремени фильтра Тх= 1000 с, Tv = 30 с,ТР= 300 с с переинициализациейфильтра после работы КДИз рисунка видно, что на всем участке дальнего сближения точностьоценки по координатам не хужескорости до0,420 м, по скорости - 5 см/с.Всплески оценким/с наблюдаются только во время работы КД.
На участкеближнего сближения ошибка оценки достигает40м, а скорости-10см/с .Повышение ошибки на этом участке обусловлено особенностью ориентацииКА: на данном участке антенны АСН были направлены в надир, и в течение200 с уровень GDOP превышал 30. После появления достаточного количестваНС к моменту стыковки уровень ошибок не превышал номинальных значений. Чтобы обеспечить возможность работы АСН-К с антеннами, направленными в надир, был расширен диапазон возможных направлений на используемые НС. Первоначально в список разрешенных к использованию НС включались только спутники, находящиеся выше плоскости местного горизонта суглами возвышения (J)возв > О . После расширения диапазона возможных угловвозвышения в список разрешенных к использованию НС стали включатьсяспутники с (J)возв> - 15°.
Вэтом случае в поле зрения антенн, направленных внадир, попадало достаточное число НС для решения навигационной задачи.На рис.3.16показаны ошибки вектора состояния по координатам и скоростина участках дальнего, ближнего сближения и причаливания для постоянныхвремени Тх =1ОООс,Tv=30с, ТР =после работы КД и с углом маски- 15°.300с с переинициализацией фильтра3.2. Решение навигационной задачи дальнего сближения по измерениям АСН159ЛХ,ЛУ,ЛZ,м8040о-0,20-0,40о200040006000800010 ООО12 ООО14 ООО t,800010 ООО12 ООО14000 !,СсаЛVх, Л~,, ЛVz, м/с0,40,2о- 0,2- 0,4200040006000бРис.3.16.Ошибки оценки орбиты по координатам (а) и скорости(6)научастках дальнего и ближнего сближения и причаливания для состояниявремени фильтра Тх= 1000 с, Tv = 30 с,ТР= 300 с с переинициализациейфильтра после работы КД, с использованием НС ниже уровня горизонта(угол маски равен -15°).Из анализа графиков можно сделать вывод, что на всем интервале сближения ошибки оценки вектора состояния активного КА по положению непревышали10м, по скорости-3 ...
5см/с. При работе КД наблюдалиськратковременные всплески ошибок оценки скорости длительностьюплитудой до-5с ам0,4 м/с.Таким образом, для реализации дальнего сближения на борту активногоКА формируются оценки орбиты активного (по полным «сырым» измерениям АСН-К в соответствии с алгоритмом, устойчивым к внешним неучтеннымвозмущающим ускорениям) и пассивного КА. Оценка орбиты МКС закладывается в ЦВМ активного КА из ЦУП. В ЦУП вектор состояния пассивногоКА передается из АСН МКС, формирующей оценку вектора состояния(включаяоценку аэродинамического торможения) по измерениям КСВ.В ЦВМ активного КА по этим оценкам путем прогноза формируются оценкивекторов состояния КА и МКС на любой заданный момент времени.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
