Микрин Е.А., Михайлов М.В. Ориентация, выведение, сближение и спуск КА по измерениям от ГНСС (2017) (1246989), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Рассмотрим алгоритмы определения достоверности КСВ , выявления и отбраковки НС с ошибочными измерениями и последующей проверки достоверности.Пусть получены измерения псевдодальностейPR; дляп НС. По этим измерениям сформирован вектор координат Х ксв и определено смещение часов АСН 'tксв- Для полученного решения КСВ могут быть определены оценки псевдодальностей:(5.1)где Х;-вектор координат i-го НС в моменты излучения сигналов, принятых АСН в текущий моментt.Измеренные псевдодальности, откорректированные по данным эфемеридв части смещения часов НС, в идеальном случае должны совпадать с ихоценкой с точностью до ошибок измерений, в нормальных случаях не превышающих10 ...
20 м.Составим вектор__ (PRu1ЛРR=~ PR1*]:PRun -PR~.(5.2)Глава2545.Навигация средств выведенияЛХ, Л У, ЛZ, м40302010о- 10- 20-30- 40- 50 ~-___J~-~--~--~~----'-___J=~1О ООО 20 ООО 30 ООО 40 ООО 50 ООО 60 ООО 70 ОООо80ОООt, с80ОООt, с80 ОООt, са0,080,060,040,02о-0,02- 0,04- 0,06-0,08-1 ,0 ~-___J~-~--~--~---'-----'-___J"'-"'!ШШ!.!..!.J..!!J!!........1.1.о1О ООО 20 ООО 30 ООО 40 ООО 50 ООО 60 ООО 70 ООО6GDOP5432ОI О ООО20 ООО30ООО40ООО50 ООО60 ООО 70ОООвРис.5.1.GROP (в),Ошибки КСВ по координатам (а) и скорости(6)и уровеньполученные при моделировании измерений АСН с большимиошибками псевдодальностей одного или нескольких НС на всем интервалемоделирования:- -ЛХ, ЛVх;- -ЛУ, ЛVу; - -ЛZ, ЛVz5.3.Использование АСН в контуре управления РН255Выберем максимальную по модулю компоненту ЛPRk вектора ЛР R.
Если I ЛPRkl< Е,то измерения достоверны, иначе исключаем из созвездия k-йНС и повторяем определение КСВ по оставшимся измерениям, после чеговновь выполняем проверку новых КСВ на достоверность. В результате, послеотбраковки всех недостоверных измерений формируются КСВ , для которыхневязки по всем измерениям меньше Е.Приведенный выше алгоритм определения достоверности измеренийАСН был отработан при разработке аппаратуры АСН-К кораблей «Союз» и«Прогресс» и используется во всех разработках АСН в РКК «Энергия».На рис.5.1приведены графики ошибок КСВ по координатам и скорости,полученные при моделировании измерений АСН с большими ошибками(сотни километров) псевдодальностей одного или нескольких НС на всем интервале моделирования.
Такая ситуация возможна, когда в измерение попадает, например, сигнал спутника ГЛОНАСС, являющегося антиподом одногоиз НС текущего созвездия. В первой части моделирования (до- 40ООО с) работал алгоритм диагностики и отбраковки измерений НС с повышеннымиошибками. Ошибки КСВ на этом участке составляют- 1Ом по координатам и- 10 см/с по скорости, что соответствует обычному уровню ошибок.После отключения алгоритма диагностики и отбраковки (послеошибки КСВ многократно возросли.
При этом уровеньго моделирования в основном не превышал3, чтоGDOP40ООО с)в процессе всесоответствует с точки зрения геометрии расположения НС высокой точности решения навигационнойзадачи. Приведенный график демонстрирует возможность оценки достоверности измерений КСВ за счет избыточности измерений без использованиядля такой оценки других дополнительных измерительных средств.5.3.Использование АСН в контуре управления РНЗадачей РН является обеспечение в заданный моментtk заданноговектоk и vk.
Эту задачу решает система управления РН. Сущера СОСТОЯНИЯ хствуют два метода решения этой задачи:номинальной траектории;решение краевой задачи с заданным конечным вектором состояния.Суть обоих методов иллюстрирует рис.5.2.В методе номинальной траектории для заданных характеристик РН (по массе, количеству ступеней, характеристике ДУ каждой ступени и т. п.), заданной точки старта и заданногоконечного вектора состояния заблаговременно формируется некоторая номи-нальная траектория Хн (t), Vн(t) у которой в момент t0 Хн (tо)старта),Vн (to)=0,Xн (tk )=Xk,Vн (tk )= Vk.= Хо(точкаТаких траекторий может бытьбесконечное множество, из которого выбирается траектория, и для нее минимизируетсянекоторыйфункционалоптимальности,обеспечивающий,например, выведение в точку Хk максимальный по массе полезный груз.256Глава5.Навигация средств выведенияНоминальнаяНачальнаятраекторияноминальнаятраекторияХн(t)РеальнаятраекторияМножество текущихX(t)номинальныхтраекторийХн;(t)РеальнаятраекторияX(t)X(t)ХобаРис.5.2.Формирование реальной траекторииX(t) методом номинальной траектории (а) и методом решения краевой задачи ( б)Так как для каждого пуска РН определена точка старта и азимут стрельбы, то выбор оптимальной траектории, как правило, заключается в программеизменения угла тангажа (j)т от начального положения, соответствующего вертикали в точке старта, до конечного положения, близкого к горизонтальному.Существуют различные методы решения краевой задачи, обеспечивающейвыбор номинальной траектории, выходящие за рамки настоящего курса лекций.
Конечным продуктом этого решения является формирование функцийХв (t) и Vн (t), определяющих номинальную траекторию выведения РН. Прииспользовании метода номинальной траектории система навигации РН определяет в реальном времени текущий вектор состояния X(t), V(t) и рассогласование между реальной и номинальной траекторией. По этому рассогласованию система управления движением РН обеспечивает движение по номинальной траектории.В результате реальное движение РН происходит вокрестности номинальной траектории (рис.5.2, а).При отклонении реальной траектории от номинальной система управления изменяет реальную траекторию, обеспечивая ее приближение к номинальной траектории.Применяя метод решения краевой задачи (рис.5.2,б), в случае отклонения реальной траектории от номинальной определяется новая номинальнаятраектория, началом которой является текущий вектор состояния, а концом -заданный конечный вектор состояния.
С точки зрения выбранногокритерия оптимальности новая номинальная траектория является более оптимальной, чем старая. Она не требует, например, затрат топлива на возвра-5.3.Использование АСН в контуре управления РН257щение РН на старую оптимальную траекторию, а обеспечивает полет по новой более экономичной траектории.
При последующем отклонении реальнойтраектории от новой номинальной рассчитывается очередная номинальнаятраектория, обеспечивающая приведение реального вектора состояния оптимальным способом к заданному конечному вектору состояния. Таким образом, при решении задачи с определенной дискретностью выведения методомкраевой задачи осуществляется перерасчет номинальной траектории, а система управления движением РН обеспечивает движение по новой номинальной траектории. В результате выведение оказывается более экономичным, и эта экономия тем больше, чем большие отклонения от номинальнойтраектории допускает система управления.
Если реальное движение осуществляется по номинальной траектории, то оба метода совпадают, и текущие номинальные траектории совпадают с начальной номинальной траекторией. При малых отклонениях оба метода также близки. Поэтому в дальнейшем будем считать, что выведение выполняется по методу номинальнойтраектории.По измерениям гироскопов и акселерометров формируются оценки номинальной и текущей траекторий. Предположим, что система управлениядвижением обеспечивает практически точное движение РН по номинальнойтраектории. В результате реальное движение РН будет выполняться по оценке номинальной траектории. На рис.5.3показана номинальная _траектория Хн (t), обеспечивающая оптимальное выведение РН в точку Х к , и ееоценка, формируемая в ЦВМ РН вреальном времени по измерениям гироскопов и акселерометров.Вследствиеошибокначальной2привязки вектора состояния РН и ГСКи ошибок измерений гироскопов и акселерометровоценканоминальнойтраектории расходится с номинальнойтраекторией, а система управления РН3ведет ее по оценке номинальной траектории.
В результате этих ошибоквьmедение завершится не в точке Х к,а в точке х; ' соответствующей концу оценки номинальной траектории.Включение АСН в контур управления РН позволит непрерывно измерять рассогласования между текущимвектором состоянияи номинальным,зная которые система управления РНможет обеспечить движение РН потраектории, сближающейся с номи-ХоРис.Х" (t),5.3.Номинальнаяобеспечивающаятраекторияоптимальноевыведение РН в точку Х к , и ее оценка:1 - номинальная траектория; 2 - реальнаятраектория; 3 оценка номинальной траекторииГлава2585.Навигация средств выведениянальной траекторией, и к концу выведения приближение конечного векторасостояния Хк(t) к заданному номинальному вектору состояния Х к будетмаксимальным.
Обеспечение сближения реальной траектории РН с номинальной по измерениям АСН может выполняться по разным алгоритмам.Рассмотрим один из них.Введем следующие системы координат:ИСКинерциальная система координат, в момент старта t0 совпадаю-щая с ГСК;-ССКось, у-связанная система координат РН, в которой ось хось рыскания,z-продольная-ось тангажа.Тогда ИСК с ГСК связаны следующим соотношением:Аиск-гскгде Аиск-гскЗемли;t-=[cos roзtsin шзt0- sin roзtOJcos roзt~ ,0матрица перехода из ИСК в ГСК; ffiз--(5.3)скорость вращениявремя от момента t0 .Матрица перехода Аиск-гск от ИСК к ССК непрерывно формируется вЦВМ РН путем интегрирования кинематических уравненийАиск-ескгде Q == Q Аиск-еск'(5.4)(-~z 0 -::: ] - матрица вращения РН; шх,00ffi y-(J)xroy, wz -Опроекциивектора абсолютной угловой скорости на оси ССК.На рис.(с учетом5.4показаны отрезки номинальной траектории и ее оценкипредположения, что реальное движение РН выполняется по оценкеноминальнойтраектории,котораяотклонена от номинальной из-за начальных ошибок установки гироплатформыи ошибок измерений гироскопов и аксеЛулерометров) в ИСК, на которых отмечены векторы координат и скорости РНдля одного и того же времени.Еслипренебрегатьотклонениемреальной траектории от оценки номиx:(t)нальной траектории и считать, что РНдвижется по оценке номинальной траек-ОценканоминальнойтраекторииРис.5.4.Отрезки номинальной траектории и ее оценки в ИСКтории, то Хн(t), Vн(t)торыкоординатвремениt.и-реальные век-скоростивмоментДля простоты будем предполагать, что оценка номинальной траек-5.3.259Использование АСН в контуре управления РНтории отклонена от номинальной траектории в плоскости тангажа ССКплоскости ху).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
