Микрин Е.А., Михайлов М.В. Ориентация, выведение, сближение и спуск КА по измерениям от ГНСС (2017) (1246989), страница 53
Текст из файла (страница 53)
Тем не менее интереспредставляют методы формирования шкал времени в АСН-К, ЦВМ КА и ваппаратуре-пользователе меток точного времени. Рассмотрим их подробнее.6.1.4. Методы формирования шкал времени в АСН-К, ЦВМ КАи в аппаратуре-пользователе меток точного времениЗадача временного обеспечения бортовых систем является одной из основных задач АСН космического назначения. Управление всеми процессамина борту осуществляет ЦВМ КА.
Для этого в ЦВМ должна быть реализованадостаточно точная шкала времени. Однако, как правило, генератор частотыЦВМ КА имеет значительный дрейф, лежащий в диапазоне 10-5... 10-4с/с.Это значит, что за сутки часы ЦВМ могут уйти на несколько секунд. Для повышения точности шкалы времени ЦВМ необходимо осуществлять ее коррекцию. Эту задачу на борту решает АСН, но для этого в самой АСН должнабыть сформирована точная шкала времени. Внутренняя шкала времени АСНформируется генератором частоты МПВ.
Обычно стабильность нетермостатированных генераторов не превышает 10-6 с/с, термостатированные генераторы имеют существенно более высокую цену, габариты и энергопотребление. В АСН-К реализован оригинальный метод повышения стабильности нетермостатированного генератора частоты до ~4· 10- 8 с/с. В МПВ АСН-К113200 фирмы RACON.стабильность составляет 2 · 10-6 с/с, частота -установлен генераторЕго длиннопериодическая не27 МГц.
Шкала времени вМПВ формируется следующим образом.Импульсы генератора поступают на циклический счетчик, у которогомаксимальное значение N равно 27· 106. При достижении текущего значенияN счетчика формируется импульс 1 с внутренних часов МПВ, после чегосчетчик обнуляется и начинает новый отсчет числа импульсов. Относительноимпульса1 с реализуются всевычислительные процессы в МПВ , в том числеформирование измерений и метки1S.После выполнения измерений они передаются в ПМ, где определяется текущее смещение Лt и дрейф Лt часовМПВ. По этим значениям ПМ формирует сообщение в МПВ со значениемизмененияNна единицу по следующему алгоритму:если Лt + 100Лt > 10-6 с, то ЛN = 1,если Лt + 100Лt < 10-6 с, то ЛN = - 1,(6.1)иначеЛN=О.В результате управления длительностью секунды часов МПВ по алго8ритму (6.1) устанавливается максимальное значение дрейфа, равное 4· 10- с/с,соответствующее одному дискрету числаN.Результат коррекции дрейфа часов МПВ АСН-К иллюстрируют графики, приведенные на рис.6.2и6.3.Глава2966.
Проектирование, разработка и наземные испытания АСН...Дрейф часов, с/с- 5,75-10-7-5,80-10- 7- 5,85-10- 7- 5,90-10- 7- 5,95-10- 7 ~ - - - ~ - - - - ~ - - - - ~ - - - - ~ - - - ~t, сРис. 6.2. Дрейф часов МПВ АСН-К при отсутствии управления дрейфом со стороны ПМСмещение часов, с/с11,5-10- 41,0-10- 45,0-10-4о- 5,0-10-4- 1,0.10- 4- 1,5-10-4- 2 0-10- 4 ~ - ~ - - ~ - ~ - - ~ - ~ - - ~ - ~ - - ~ - ~ - ~,о2000 4000 6000 8000 10 ООО 12 ООО 14 ООО 16 ООО 18 ООО t,Дрейф ча~ов, с/сса4.10-4 ~3.10- 4 ,..2-10- 4 >1·1 о- 4 ,..0~11.-~~------г--т--,1-1~г"111ПМГ"lr----....- 1-10-4 ~- 2-10-4 :-_..._- 3·10- 4 >- 4-10-4 ~ - ~ - - ~ - ~ - - ~ - ~ - - ~ - ~ - - ~ - ~ - ~2000 4000 6000 8000 1О ООО 12 ООО 14 ООО 16 ООО 18 ООО t,осбРис.6.3.Смещение (а) и дрейф часов (б) МПВ при управлении дрейфомсо стороны ПМ6.2. Этапы и методы отработки ПО АСН космического назначения297Из графика на рис.6.2 видно, что на интервале 20 тыс.
с среднее значе7ние дрейфа составляет ~5,8·10- с/с. После начала управления (см. рис. 6.3)дрейф снижается до уровня ±4·10- 8 и непрерывно остается в указанном диапазоне. При этом смещение часов находится в диапазоне ±10-6 с, т. е. предложенный метод позволил более чем на порядок повысить точность часовМПВ, в результате чего смещение часов МПВ не превышает ±10-6 с относительно системного времени.Как отмечалось ранее, формируемая в МПВ секундная метка1S поступает в ПМ, а также через УСМ передается потребителю. В результате АСН-Кможет реализовывать два метода передачи точного времени в ЦВМ КА:непосредственной передачей метки1S в ЦВМ;посредством измерений в ПМ смещения часов ЦВМ относительно часовМПВ.В первом случае ЦВМ оценивает время прихода метки1S всобственнойШВ. При этом из АСН-К в ЦВМ передается сообщение о времени этой меткив системной ШВ.
По этой информации ЦВМ оценивает смещение и дрейфсобственной шкалы времени относительно системной шкалы.Во втором случае ПМ принимает меткуMIL-1553групповое сообщениеbroadcast-time1Sот МПВ и по интерфейсуот ЦВМ, формируемое в целую секунду времени ЦВМ. ПМ измеряет интервал времени между меткойиbroadcast-time1Sи с учетом оцифровки этих меток определяет смещение идрейф часов ЦВМ относительно системной шкалы времени. Эта информацияпо интерфейсуMIL-1553передается в ЦВМ. Точность определения смещениявремени ЦВМ относительно системной ШВ в обоих случаях определяется восновном точностью определения момента прихода меткиПМ или ЦВМ и составляет величину~501S напрерываниемкс, что достаточно для решениявсех временных задач ЦВМ.Некоторым потребителям метки1Sтребуется более высокая точностьпривязки собственных часов к системной ШВ. В основном это различногорода научная аппаратура. Для повышения точности эта аппаратура должнаиметь возможность определения момента прихода метки1Sотносительнособственной шкалы с соответствующей точностью.
Точность привязки переднего фронта самой метки1S ксистемной шкале составляет~300нс. Длябольшинства потребителей этого вполне достаточно.6.2. Этапы и методы отработки программного обеспеченияАСН космического назначенияПроцесс создания и отработки ПО АСН космического назначения является одним из наиболее сложных и ответственных этапов разработки АСН .Действительно, для функционирования этого ПО требуется создание сложной внешней программной и аппаратной инфраструктуры, обеспечивающейформирование необходимого интерфейса, соответствующего условиям реального космического полета. Эта задача решается поэтапно, и первым эта-Глава2986.
Проектирование, разработка и наземные испытания АСН...пом является разработка математической модели АСН, в которой вся необходимая программная инфраструктура для ПО АСН реализуется путем математического моделирования. Важно, чтобы эта инфраструктура максимальноточно реализовывала внешний интерфейс разрабатываемого ПО и моделировала условия полета КА.6.2. 1.Разработка математической моделиАСН космического назначенияМатематическая модель АСН реализует внешнюю программную инфраструктуру, формирующую необходимый интерфейс для отработки ПО вторичной обработки сигналов НС. Задачей математической модели являетсясоздание интерфейса между навигационным приемником и процессором вторичной обработки измерений,максимальносоответствующего реальнымусловиям космического полета.
Другими словами, для ПО процессора вторичной обработки измерений должны быть реализованы условия его работыв реальном полете. Для ПО АСН-К кораблей «Союз» и «Прогресс» математическая модель должна реализовывать интерфейс между МПВ и ПМ. Всяинформация, передаваемая по этому интерфейсу в обе стороны, должна соответствовать всем возможным ситуациям, возникающим в полете. Рассмотримструктуру математической модели навигационного приемника. На примеремодели МПВ АСН-К (рис.6.4).В состав модели МПВ входят:модель космического сегмента ГСНС;среды распространения сигналов НС;движения КА;конструкции КА;антенн АСН и входного радиоконтура МПВ;вычислительного контура МПВ.Модель космического сегмента ГСНС представляет собой в данном случае модели всех НСGPSи ГЛОНАСС. Задачей этой модели является формирование векторов состояния ~нс всех НС, входящих в текущую группировкуГСНС, а также информационных массивов альманахов и эфемерид ~~с,включая соответствующие эфемеридные ошибки и ошибки альманахов.
Векторы состояния ~нс используются в модели вычислительного контура МПВдля формирования «сырых» измерений Rm, а информационные массивы ~ *поступают в модель вычислительного контура МПВ, откуда с определенными задержками передаются в ПМ НМ для проведения навигационных вычислений.Модель движения КА формирует вектор состояния КА ~кл, включающий вектор координат и скорости КА, и параметры ориентации КА Qкл,представляющие собой текущий кватернион или матрицу перехода от ГСКк ССК, и текущий вектор угловой скорости КА.
На вход модели движения6. 2. Этапы и методы отработки ПО А СН космического назначенияАльманахи GPS,ГЛОНАССtав299;клоQклоМодельМодельдвижения КАкосмическогосегмента гене;~с--Qкло;кл;нс!Модель средыSNRраспространенияМодельконструкции КАсигналов НСSNR*Лiопо1-QлiМодель антеннылен и входн огоконтура МПВл mult~ЛiопоtitМодел ьвычислительногоконтура МПВ-;~с SNRRm R:,Процессорный модуль НМРис.6.4. Структура математической модели МПВКА поступает текущее времяt, вектор возмущающих ускоренийа 8 и начальные параметры движения ~кло и Qкл 0 •Вектор состояния КА Qкл поступает вместе с вектором состояния НС~нс в модель среды распространения сигналов НС, где формируется расчетное значение отношения сигнал/шум(SNR)в месте нахождения КА, а такжеионосферные погрешности измерений псевдодальностей Л iono .Параметры движения КА ~кл и Qкл поступают также в модель конструкции КА, определяющую по ним координаты антенн АСН ~А и их ориентацию в пространстве Qл . В этой модели также формируется отношениесигнал/шум SNR* с учетом затенений НС элементами конструкции КА, а так-Глава3006.
Проектирование, разработка и наземные испытания АСН...же ошибки переотражений Л ти11, обусловленные переотражениями сигналовНС от элементов конструкции КА.Параметры ~л, Qл, SNR*, а также ~нс поступают в модель антенныАСН и входного контура МПВ , где с учетом диаграммы направленности антенны и параметров входного контура формируется сигнал SNR** на входе вНП, который соответствует отношению сигнал/шум, передаваемому от МПВв ПМ НМ в составе информационных сообщений от МПВ .В модели вычислительного контура МПВ по значениям векторов ~нс и~КА с учетом ошибок Л ;опо, Л mult и эфемеридных ошибок формируются измеренные значения псевдодальностей и интегральных фаз для всех НС, у которых отношение сигнал/шум (SNR**) превышает установленный порог.Сформированные «сырые» измеренияRm передаютсяв ПМ НМ, а он в своюочередь для ускорения поиска сигнала передает в МПВ расчетную оценку«сырых» измеренийR;,и заданный тип старта: «холодный», «теплый» или«горячий».
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
