Микрин Е.А., Михайлов М.В. Ориентация, выведение, сближение и спуск КА по измерениям от ГНСС (2017) (1246989), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Списки общих созвездий на текущем шаге и векторы измерений ~cPG и ~сРг запоминаютсядля передачи на следующий шаг, а из списков текущего и предыдущего шагов составляется список общего созвездия. Для общего созвездия формиру-ются векторы измерений: ~PRG, ~РRГ, ~CPG, ~сРг, prev _ ~CPG , prev _ ~сРг исоответствующихматрицнаправляющихкосинусовдлякоординатцентрамасс пассивного КА и координат НС на момент измерений АСН :(хю -х)т(Х1г -х)тDiaD1гВа=Вг=(3.54)(Хпа -х((хпг-х(DпаDпгПрогноз относительного вектора состояния.Исходная информация:X;-i, Лх;_1Хп; -ЛV;_ 1относительный вектор состояния на предыдущем шаге;-вектор координат пассивного КА на текущем шаге;приращение кажущейся скорости относительно ИСК БИНС на-предыдущем шаге;ЛVс; -приращение кажущейся скорости относительно ССК на текущемшаге;Аоск-сск-матрица перехода от ОСК к ССК активного КА;Аиск-еск -матрица перехода от ИСК БИНС к ССК активного КА;Агск-оскматрица перехода от ГСК к ОСК активного КА.-3.4.
Динамическая фильтрация полного вектора «сырых» измерений АСН...183Формируем вектор приращения кажущейся скорости на предыдущем шаге относительно ГСК:Л f;_1 = Аlск-оск АJск-сск А иск-сек Л Vискн,(3.55)затем вектор приращения кажущейся скорости на текущем шаге относительно ИСК БИНС:ЛVиск;= Айск-сскЛVсск;.(3.56)Запоминаем этот вектор для передачи на следующий шаг и преобразуемего кГСК:Л V;= Аtск-оск АJск-сск Аиск-сек Л Vиск;.(3.57)Далее формируем среднее приращение кажущейся скорости за два тактаотносительно ГСК:- = -1 ( лv;_1- + лv;- ),лv(3.58)2затем находим вектор относительного состояния по формуле!ix;х;=(Е + 2QЛt)ЛХ;-1 -(Q2+ ffi 2Е-3 X_:Xf ]х;-1Лt2 + ЛVЛt;IXпil(3.59)=х;-1 + ЛХ; ,где Е единичная мщшца размером ЗхЗ;-(03Q = [ - ;,оотегрирования; ffi2~}Ы- шагин-µ= ---=------з.IXп; IПриведение измерений активного КА к центру масс (предполагается, чтоизмерение пассивного КА уже приведены к центру масс до передачи их черезМБРЛ).
Если измерения активного КА получены от разных антенн и их требуется привести к центру масс, это выполняется по алгоритму коррекциипсевдодальностей отj-й антенны:ЛРR.1 = В1Аtск-еск ( XaJ - Хцм);ЛСРJ =В1Аtск-ескw(Хаj - Хцм),(3.60)-(О~: J- матрица вращения;Агск-сск= Аоск-сск Агск-оск.(3.61)184Глава3.
Относительная навигация по измерениям АСН при сблu:,,сении КАИндекс j означает, что корректируется часть вектора PR и ЛСР, относящаяся кj-й антенне. Матрица Bj включает соответствующие строки матрицы В; формирование поправки к вектору псевдодальностей. Прикаждое измеренное значение псевдодальностей активного КАбыть откорректировано путем вычитания поправки8'V;J _ l [ (i\ - Х (+-=-хсхDf2lx[ > О, 5 кмPR;должно8;:J---:хт:хl2 D; '(3.62)PR; =PR; -8;.Для нахождения векторов измерений и их оценок из векторов ~PRG,-Л~сРG, Л~СРг формируем векторы~РRГ,~PRГI, Л~сРm, Л~сРг1, в которых~PRGI,все элементы перемещаются вверх на одну позицию, а первый элемент становится последним:~иl =(~PRG - ~PRGI J;~РRГ - ~PRГIЛ~и 2 =(Л~сРG - Л~cPGl J.(3.63)Л~сРг - Л~сРпОценки векторов измерений~·~и!t i и Л~и2вычислим по формулам*=Cik;л~:2= (ck -Сн ):x;_l + вkл:х;,(3.64)где Сн, :х;_ 1 передаются с предыдущего шага.Аналогичную операцию выполняем с матрицами Ва и Вг, сформировавматрицы Ва1 и Вп:С =(BGJ-(BmJ.ВгВпДля проверки векторов приращений на диапазон составляются два вектора:8~и! = ~иl - ~:!;8Л~и2= Л~и2 -л~:2.(3.65)Выбирается максимальная по модулю компонента векторов 8~и, и 8Л~и 2и проверяется на условия.Если i-я компонента хотя бы одного из векторов не удовлетворяет указанному условию, исключается i-й спутник и снова выполняется проверкаусловий.
Если условия не выполняются, удаляется (i+l)-й НС. Удаление3.4. Динамическая фильтрация полного вектора «сырых» измерений АСН...i-го НС выполняется путем сложения (i-1)-й и i-й строк отдельно для185GPSиГЛОНАСС.После удаления i-го НС из созвездия вновь повторяется проверка на диапазон до исключения всех НС с повышенной ошибкой измерений.Сглаженный вектор измерений формируется по алгоритму_ (J_L ◊~иJ + ТрL- l8~с=8Л~и2 J;(3.66)8Лt2матрицаB;- ;+J 1-B;i~IЕ +--:fu;];= ( -~;-дх;динамическая фильтрация(3.67)дх;-Со = (~~}A_Tx_A_Tv_х-1+Тх'Л=(ЛхЕОv -1+T/О)·AvE '(3.68)R = Сl8~и.с;W-В-IТАит лв-1; i+Irr ii i+l-+ стО i+l СО i+l,.Если на текущем шаге измерений нет или они недостоверны, то определяется матрицаW,а(3.69)Исходные данные для начала работы на нулевом шаге.На нулевом шаге формируются:• список НСобщего созвездия с достоверными измерениями ;Глава1863.
Относительная навигация по измерениям АСН при сблю,сении КА• массивы достоверных измерений PR и СР;• оценка относительного вектора состоянияXk- I, Лxk-I по абсолютнымвекторам состояния:(3.70)• матрица w k- 1 = О;• приращение кажущейся скорости Л Vи относительно ИСК БИНС;• проверка условия GDOP < 5 для общего созвездия.Остальные действия не выполняются.3.5. Фазовыеметоды решения задачиотносительной навигации на участке причаливанияРассмотренные в3.3и3.4методы решения задачи относительной нави-гации основаны на измерениях псевдодальностей и интегральных фаз. Приэтом вектор относительных координат определяется в основном по измерениям псевдодальностей, а скорость-по фазовым приращениям. Для повышения точности определения координат применяют различные методы фильтрации, обеспечивающие предельную точность определения вектора относительных координат с точностью-1м.Такой точности достаточно дляобеспечения сближения двух КА до расстояния порядка одного-двух десятков метров, выполнения облета станции, проведения инспекции.
Однако длявыполнения причаливания и стыковки требуется более высокая точность.Например, точность относительного вектора координат системы «Курс» наконечном этапе причаливания составляет0,1м, что обеспечивает попаданиестыковочного штыря корабля в стыковочный конус станции, диаметр которого-0,5м. Существенное повышение точности решения задачи относительнойнавигации может быть достигнуто фазовыми методами, которые могут обеспечить точность в несколько сантиметров.
Однако сильные переотражениясигналов НС существенно осложняют эту задачу, заключающуюся в раскрытии фазовой неопределенности.В гл.выми2бьшо рассмотрено решение задачи ориентации различными фазометодамиипоказано,чторешениезадачиориентациисущественноупрощается, если АСН, обрабатывающая сигналы НС, является синхронной,т. е. все навигационные приемники, входящие в состав АСН работают отединого генератора частоты в одной шкале времени.
К сожалению, при решении задачи относительной навигации, когда навигационные приемникинаходятся на разных кораблях, они заведомо являются асинхронными, чтовносит дополнительные сложности в решение задачи относительной навигации фазовыми методами. Это прежде всего необходимость синхронизации3. 5.Фазовые методы решения задачи относительной навигации на участке...187измерений и использование в качестве вектора измерений вторых разностейинтегральных фаз, что также вносит дополнительные ошибки в решение задачи по сравнению с первыми разностями.СинхронизацияизмеренийосуществляетсяразличнымиОдин из алгоритмов синхронизации был приведен в2.2,методами.он обеспечиваетвысокую точность синхронизации при больших (до десятков миллисекунд)смещениях шкал времени АСН на двух КА.
При малых смещениях могутиспользоваться и более простые алгоритмы. Например, на МКС смещениеШВ АСН-М от системного времениGPSможет достигать2мс. Синхронизация измерений АСН-М заключается в приведении измерений к шкале системного времениGPS.Приведение выполняется по линейному алгоритму сиспользованием измерений на текущей и предыдущей секундах.После синхронизации измерений и формирования начальной оценки векторов относительных координат и скорости может осуществляться раскрытиефазовой неопределенности измерений методом, приведенным в2.4,заключающемся в переборе возможных значений констант неопределенности иоценке для каждой комбинации констант модуля п-мерного вектора ошибкифазовых измерений.
Однако при больших начальных ошибках оценка вектора состояния числа возможных комбинаций переборов констант неопределенности может достигать 1010,и среди этого количества комбинаций переборов получается большое число ложных решений, из которых сложно выделить единственное верное решение. Поэтому после получения начальногоприближения относительного вектора состояния, полученного по псевдодальностям и интегральным фазам, можно увеличить точность полученнойоценки рассматриваемым ниже интегральным методом решения задачи относительной навигации по фазовым приращениям.3.5.
1. Интегральный метод решения задачиотносительной навигации по фазовым приращениямПусть Х; вектор относительных координат КА в ГСК в моментизвестная оценка этого вектора с точностью-1t;; ~f;*м.Для двух соседних секунд можно записать следующие уравнения:(3.71)где_ .=[СЛ1 ~CJЬJ-[CA.1~СР22]..Ии ,CF!n (п -ел lСАп--вектор измерения на i-й секундеСА.1количество общих НС в созвездии); Ио-вектор неизвестных кон-стант, каждая компонента которого кратна длине волны л;Глава1883.
Относительная навигация по измерениям АСН при сблu:,,сении КА(.X\ -i\( (1\ -i\ )Tд*D;В;=матрица направляющих косинусов; Хо-(i\-Хо (-(Х1 -Хо )тD;д*оценка вектора координат центра масс станции; Х;динат i-го НС; D;* = 1х; --оценка вектора коорXol - оценка расстояния между нс и КА.При работе по фазовым приращениям необходимо учитывать, что длинаволны всех спутниковGPSодинаковая, а спутников ГЛОНАСС-разная,поэтому в режиме ГЛОНАСС+GРS целесообразно составлять отдельно вектор измерений GPS Ииа и вектор измерений ГЛОНАСС Ии г и из них формировать общий вектор- =(ИиаJ_ .Ии(3.72)ИигПри формировании вектора измерений ГЛОНАСС необходимо каждоеизмерение СР привести к общей средней для ГЛОНАСС длине волны л. 0, соответствующейнулевойлитере.ТогдаприведенныйвекторизмеренийГЛОНАСС будет иметь видCPi1 СЛ2--- -Л.
1СА1СА2-- - --Л.2Л1л2-л оСР~пCPi,Л. пЛ1СА" СА,-- ----- -где л. 0 -(3.73)Л.пЛ1длина волны нулевой литеры.Будем предполагать также, что в уравнении(3. 71)размерность двух векторов измерений на i-й и (i+ l)-й секундах одинакова. Если на (i+ l)-й секундепроизошло изменение созвездия, то размерность сохраняется искусственно :при появлении нового НС он учитывается только со следующей секунды, апри исчезновении НС он исключается из вектора измерения и на i-й секунде.Тогда, вычитая первое уравнение системы(3.71) из второго,получим(3.74)-.где Х;--оценка вектора Х; в моментt;;-ЛХ;-б-.вектор оши ки оценки Х;.Оценку вектора Х;•+, сформируем по алгоритму-.Х;+1Т)-1 Т ( -.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
