Микрин Е.А., Михайлов М.В. Ориентация, выведение, сближение и спуск КА по измерениям от ГНСС (2017) (1246989), страница 52
Текст из файла (страница 52)
Рассмотрим задачу проектирования аппаратуры АСН кораблей «Союз» и «Прогресс» .Разработка данной аппаратуры (АСН-К) в настоящее время ведется вРКК «Энергия» . Проектирование начинается с определения перечня требова-6.1.Проектирование А СН космического назначения291ний к системе и ее компонентам. К АСН-К относятся почти все перечисленные в6.1.1требования, за исключением требования функционирования навысоких или высокоэллиптических орбитах. Также не будем рассматриватьздесь эксплуатационные требования, относящиеся к любой аппаратуре, установленной на кораблях «Союз» и «Прогресс», акцентируем внимание натребованиях, специфических именно для АСН. При построении структуры системы за основу можно взять структуру АСН-М МКС.Блок АСН-М включает в себя четыре антенны для приема сигналовспутниковGPSи ГЛОНАСС со встроенными малошумящими усилителями,четыре НПМ и два НВМ, каждый из которых по интерфейсуMIL-1553подключен к БВС МКС.
Каждый из НПМ имеет два интерфейсных выходаRS-232, соответствующим образом подключаемых к одному из четырех входов RS-232 НВМ. В АСН-М одновременно может работать один НВМ и отодного до четырех НПМ, информация от одного из которых (ведущего) поступает в работающий НВМ. При этом отключенный НВМ и отключенныеНПМ находятся в холодном резерве.
Включенные, но неведущие НПМ находятся в горячем резерве. При отказе ведущего НПМ работающий НВМназначает ведущим один из резервных НПМ. Таким образом, в НВМ АСН-Модновременно может поступать информация только от одного НПМ.Рассмотрим недостатки АСН-М, из-за которых эта система не можетудовлетворить всем требованиям, предъявляемым к АСН-К кораблей «Союз»и «Прогресс».Как бьmо отмечено ранее, навигационная аппаратура АСН-М реализована в шести модулях, соединенных кабелями. Такая приборная реализацияприводит к увеличению массы системы, но обеспечивает возможность ее ремонта в условиях полета на МКС . На кораблях и спутниках ремонт аппаратуры в полете не предусмотрен, поэтому для снижения массы целесообразнореализовывать аппаратуру системы в виде одного или двух модулей.В АСН-М конечная навигационная информация формируется только посигналам от одной антенны, что не позволяет обеспечить определение ориентации КА и значительно сужает общее поле зрения антенн системы.
Обработка сигналов, принимаемых четырьмя антеннами, позволяет определятьориентацию системы и значительно расширить общее поле зрения антенн системы, благодаря чему система может работать при любой ориентации КА, втом числе при спуске КА в атмосфере и при выведении.В АСН-М не реализована навигационная поддержка системы от ЦВМКА, что позволяет ей выполнять только холодный старт. В результате навигационное решение формируется только через15 ... 20м после включения аппаратуры. Целесообразно предусмотреть возможность выдачи целеуказанийпо каждой антенне с учетом видимости НС антенной.В АСН-М каждая плата-приемник (МПВ) работает от собственного генератора частоты в собственной шкале времени, т.
е. навигационные приемники в АСН-М-асинхронные. Точность определения ориентации с ис-292Глава6. Проектирование, разработка и наземные испытания АСН...пользованием асинхронных приемников значительно хуже,а время решения задачи в десятки раз больше, чем при использовании синхронных приемников. Поэтому целесообразно, чтобы сигналы НС, принимаемые всемиантеннами, обрабатывались в общем навигационном приемнике, имеющемобщий генератор частоты и единую шкалу времени для обрабатываемыхсигналов всех НС.В АСН-М малошумящие усилители (МШУ) СВЧ-сигналов, формируемых антеннами, встроены непосредственно в антенны. Однако МШУ имеютсущественно меньший диапазон рабочих температур по сравнению с самимиантеннами.
Объединение их в один корпус приводило к ощутимым трудностям по обеспечению температурного режима. Целесообразно антенну иМШУ выполнять в различных корпусах, соединенных СВЧ-кабелем. Такоеконструктивное решение позволяет укладывать МШУ на корпус КА под теплоизоляцию. При этом автоматически решаются проблемы обеспечения температурного режима МШУ.В результате анализа перечисленных замечаний к АСН-М была предложена структура АСН-К, показанная на рис.6.1.Блок АСН-К включает в себя четыре антенны, четыре МШУ, четыре делителя СВЧ-сигнала на два (ДС), два навигационных модуля (НМ).Антенны определенным образом устанавливаются на поверхности КА ипринимают сигналы спутниковGPSи ГЛОНАСС в диапазонеLl.СВЧ-сигналы, формируемые антеннами, передаются в МШУ, усиливающие и фильтрующие поступающие сигналы.
Антенны и МШУ соединены СВЧ-кабелямидлиной не более1 м.Малошумящие усилители устанавливаются на корпусе КА под теплоизоляцией. От МШУ по СВЧ-кабелю через герморазъемы сигналы НС поступают на ДС, где делятся на два равных по мощности сигнала. Один изсигналов поступает на соответствующий СВЧ-вход одного НМ, второй-на вход второго НМ. Каждый НМ имеет по четыре СВЧ-входа, на каждыйиз которых поступает сигнал от одной из антенн. НМ могут работать как вхолодном, так и в горячем резерве.
Каждый из НМ осуществляет обработкуСВЧ-сигналов от антенн и обеспечивает решение всех функциональных задач АСН-К.Формируемая в НМ навигационная информация по интерфейсуMIL-1553передается в ЦВМ КА. По этому же интерфейсу НМ получает управляющиекоманды и необходимую информационную поддержку. Кроме того, по отдельному проводу НМ формирует импульсный сигнал«1S»,с частотой1Гцдля НМ и потребителей, требующих высокоточную синхронизацию с системным временемGPSили ГЛОНАСС.
Внешнему потребителю сигнал«1S»передается через усилитель секундной метки (УСМ).В телеметрическую систему КА НМ передает до восьми телеметрических сигналов типа «замкнут-разомкнут», характеризующих текущий процесс работы НМ. Питание НМ обеспечивается по фидеру питания напряже-6.1 .
Проектирование А СН космического назначения293АнтМШУМШУМШУМШУнм1S1S1S RS-422RS-4221Sтмстмтмспм28 VБП28 VМJL - 1 553ЦВМКАРис.Ант -6.1.Структурная схема и интерфейсы АСН-К:антенны ; МШУла; НМный; УСМБПнием-28 В.-малошумящие усилители; ДСнавигационный модуль ; МПВ-усилитель секундной метки; ТМблок питания ; ПМ --делители сигнамодуль приемовычислитель-телеметрический модуль;-процессорный модульПодачей питания обеспечивается включение НМ.
Структурнаясхема каждого НМ также приведена на рис.6.1.Основными элементамиНМ являются модуль приемовычислительный (МПВ) и процессорный модуль (ПМ).Приемовычислительный модуль представляет собой 24-канальную платуприемник сигналовGPSи ГЛОНАСС на частотеLIс четырьмя антеннымивходами. Число каналов на каждый антенный вход задается информационным сообщением, поступающим в МПВ по интерфейсуRS-422от ПМ и может меняться в процессе работы. МПВ обеспечивает решение первичнойнавигационной задачи. Процессорный модуль предназначен для решениявторичной навигационной задачи и представляет собой процессорную платус интерфейсомRS-422 для информационногообмена с ЦВМ КА.Глава2946.
Проектирование, разработка и наземные испытания АСН...Вторичный блок питания (БП), входящий в НМ, обеспечивает необходимым питанием все навигационные модули, а также МШУ по внутреннейжиле СВЧ-кабеля. Питание, передаваемое в МШУ по внутренней жилеСВЧ-кабеля от обоих НМ в ДС объединяется по схеме И-ИЛИ, т. е. питаниеМШУ обеспечивается при включении любого НМ или обоих НМ одновременно.Приемовычислительный и процессорный модули имеют свое ПО, объединенное через интерфейсRS-422в соответствии с протоколом информационного взаимодействия МПВ и ПМ.
Одним из важных вопросов при разработке ПО стал вопрос разделения функций между МПВ и ПМ. Было принято решение возложить на МПВ функции только первичной обработкисигналов:• поиск и прием сигналов НС;• чтение информационных кадров,передача альманахов и эфемерид вПМ;• проведениеизмерений псевдодальностей и интегральных фаз, передачаизмерений в ПМ;ла• формирование внутренней шкалы времени МПВ,1S и передача его в ПМ и внешнему потребителю.формирование сигнаВсе остальные функциональные навигационные задачи, включая формирование КСВ, дрейфа и смещения часов МПВ в АСН-К закреплены за ПМ.Перечислим их:• управлениережимами МПВ-задание режимовGPS,ГЛОНАСС,GРS+ГЛОНАСС;• назначениеспутников на каналы МПВ с учетом видимости НС каждойиз антенн;• выдачацелеуказаний: псевдодальности, скорости и ускорения псевдо-дальностей;• назначение типа старта: «холодный», «теплый», «горячий»;• прием от МПВ альманахов и Ьrоаdсаst-эфемерид НС;• формирование КСВ , измерение смещения и дрейфа часов поизмерениям НС, видимых всеми антеннами;• формированиеоценки вектора состояния по полным «сырым» измерениям НС, видимым всеми антеннами, с учетом измерений БИНС и оценкойвозмущений от корректирующих двигателей;• формированиевысокоточного прогноза эфемерид всех НС с учетомвозмущений от Луны и Солнца, солнечного давления, текущих параметроввращения Земли;• определениеориентации КА по измерениям АСН с учетом измеренийБИНС;• прием от ЦВМ «сырых» измерений АСН, передаваемых по радиоканалуот МКС на КА, формирование векторов относительного положения и скорости КА;• уточнение часов ЦВМ КА;6.1.Проектирование А СН космического назначения295• формирование сообщений привязки меток 1S к системному времени.Методы реализации большинства из перечисленных функций рассмотрены в предыдущих главах настоящего курса лекций.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
