Микрин Е.А., Михайлов М.В. Ориентация, выведение, сближение и спуск КА по измерениям от ГНСС (2017) (1246989), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Поэтому АСН высокоорбитальных КА не могут формировать векторы координат и скорости по одномоментным измерениям псевдодальностей и интегральных фаз. Рассмотрим метод формирования измерений смещения часов АСН для высокоорбитальных КА при видимости менеечетырех НС.Предположим, что в момент измерений (в момент целой секунды внутренней шкалы времени АСН) в поле зрения антенн АСН находится п НС(1:::; п).Пусть Лt-ошибка знания смещения внутренней шкалы времениАСН относительно системной, а ЛХ • - ошибка формируемой оценки координат.
Имея оценку текущих координат КА х ·, эфемериды видимых НСи оценку смещения часов АСН, можно сформировать оценки псевдодальности PR;' каждого из видимых НС. Основная составляющая ошибок этихоценок(1.12)где Х; ,v; -векторы координат и скорости i-го НС соответственно.Измеренное значение смещения часов в j-й момент времени определяетсяпо формулеЛt1гдеPR; -I.(PR; -PR;')= -'------'-,(1.13)псизмеренное значение псевдодальности i-го НС с учетом соответствующей поправки на смещение часов НС; с -скорость света.Даже если начальная ошибка оценки орбиты Jлx* J составляет десяткикилометров, а ошибка часов АСН-часов Лlj, посчитанная по формуленесколько секунд, то ошибка смещения(1.13)не превысит нескольких миллисекунд.
Ошибка значения времени с точностью несколько миллисекунд обусловливает ошибку вычисления координат КА и НС уже в несколько десятков метров. При таких ошибках координат КА и НС ошибка измеренногозначения смещения часов составит уже около 1 мкс, т. е. ошибки измеренныхзначений смещения шкалы времени АСН относительно системной шкалы,обусловленные начальным смещением шкалы АСН, сходятся к нулю за2- 3итерации. В результате, ошибки измерений смещения шкалы времени АСНбудут определяться с точностью текущей оценки орбиты по высоте. Приошибках оценки высоты, например,100 м, точность измерениясмещения ШВ1.4. Формирование оценки смещения часов АСН относительно системной шкалы...АСН составит0,329мкс.
Так же, как и на низкоорбитальных КА, с учетом погрешностей преобразования системных шкал времени по данным альманаховНС будем считать, что измеренные значения смещения шкалы времени АСНотносительно выбранной системной шкалы составляют1 мкс. Измерения Лtj(1.13) могут выполняться даже при ВИДИМОСТИ ТОЛЬКО ОДНОГОНС. При этом по алгоритму (1 .11) можно оценить дрейф d* и смещение 't• чапо алгоритмусов АСН.
А на интервале полного отсутствия видимых НС прогноз смещениячасов должен выполняться с учетом оценки дрейфа.Оценим смещение шкалы времени АСН для КА, находящегося на ГСО.На рис.1.6 приведены графики числа видимых НС на ГСО в режимахГЛОНАСС, GPS, GРS+ГЛОНАСС.Из рисунка видно, что в режиме GPS число видимых НС находится в диапазоне О :5: п::;; 4, в режиме ГЛОНАСС О :5: п::;; 3, в режиме GРS+ГЛОНАССО :5: п :5: 6. Максимальные интервалы времени, на которых НС полностью отсутствуют, составляют:в режимеGPS - 3 ч;- 1 ч;GРS+ГЛОНАСС - 1 ч.ГЛОНАССНесмотря на то что число спутниковчислоспутниковГЛОНАСС,болееGPSв группировке больше, чемравномерноераспределениеНСГЛОНАСС на небесной сфере обеспечивает существенно меньшие интервалыполного отсутствия измерений по сравнению со спутникамиGPS.Оценим максимальное смещение шкалы времени АСН относительно системной шкалы для ГСО.
Ранее было определено, что точность текущих измерений t ; смещения шкалы АСН на участках видимости хотя бы одного НСтак же, как и для низкоорбитальных КА, составляетизмерений по алгоритмуной времени фильтра Т(1.11)= 1О1мкс. При фильтрацииопределили оптимальное значение постоянс для формирования оценки дрейфа. При такойпостоянной времени формируемая оценка дрейфа будет достигать установившегося значения на интервалах измерений больших 3Т, т. е. большеИз графиков видимости НС на ГСО, приведенных на рис.1.6, видно,30с.что длительность всех интервалов с видимостью хотя бы одного НС, существеннопревышает30 с.Это означает, что перед началом интервалов с нулевым количеством видимых НС оценки дрейфа и смещения шкаль1 времени АСН всегдасформированы и находятся в установившемся состоянии. Поэтому точностьпрогноза этого смещения для ГСО будет аналогична точности прогноза смещения для АСН низкоорбитальных КА.
На примере лётных данных АСН-ММКС бьmо показано, что эта точность составляет ~10- 9 с/с. В этом случае дляинтервала отсутствия измерений длительностью~4мкс, для интервала3ч-121 ч смещение часовсоставитмкс. Это означает, что рассмотренный методизмерений и оценки дрейфа и смещения шкалы АСН на ГСО обеспечиваетточность ее формирования~ 1О мкс на всем интервале полета.что аналогичная точность обеспечивается и на ВЭО .Легко показать,Глава301.
Формирование бортовой шкалы времени космического аппаратаЧисло видимых НС642оо86 400172 800259 200345 600432ОООt, с345 600432ОООt, с345 600432ОООt, саЧисло видимых НС64о86 400172 800259 200бЧисло видимых НС6о86 400172 800259 200вРис.1.6. Число видимых НС для ГСО в режимах GPS(а), ГЛОНАСС (б),GРS+ГЛОНАСС (в)Таким образом, можно считать, что как для низкоорбитальных, так и длявысокоорбитальных КА по измерениям АСН может быть оценено смещениеШВ АСН относительно системной ШВ с точностью~ 1О мкс.Точность ШВ КА зависит от двух основных факторов: точности знаниясмещения ШВ АСН относительно системной шкалы и точности передачивремени от АСН в ЦВМ КА.
Точность передачи времени в ЦВМ КА определяется техническими средствами, реализующими эту передачу. В основномона зависитот точностиопределения момента прихода метки времениАСН в ЦВМ КА в шкале ЦВМ, на МКС ее значение~50отмкс. Учитывая, что1.5.Управление дрейфом часов АСН31это время существенно превышает точность привязки ШВ АСН, то именноона определяет точность формирования шкалы ЦВМ КА. Для ее повышениянеобходимо предусмотреть технические средства, обеспечивающие передачувремени от АСН в ЦВМ КА с более высокой точностью.1.5. Управление дрейфом часов АСНГенератор частоты АСН, как правило, имеет стабильность порядка10-6 с/с, при которой смещение ШВ АСН на 1 мс реализуется каждые 1000 с.Для того, чтобы это смещение оставалось в малых пределах, периодическиприходится проводить физическую коррекцию часов АСН.
Например, вАСН-М МКС физическая коррекция часов выполняется при достижениисмещения часов АСН относительно системной шкалы времени значенияВ результате, график смещения ШВ АСН принимает формурис.1.2).При этом выполняется физическая коррекция~ 1О2 мс.«пилы» (см.с, и на этом интервале снижается точность измерений. В некоторых случаях такое снижениеточности может быть недопустимо, например, при сближении европейскогокорабля АTV с МКС физическая коррекция часов АСН может привести ксрыву сближения, и запрещается в течение всего процесса сближения, дли3 витка. За это время смещение часов достига30 мс, что также приводит к снижению точностных характеристик АСН.тельность которого составляететДля исключения отрицательных последствий физической коррекции часов в АСН-К кораблей «Союз» и «Прогресс» предусмотрена возможностьуправления дрейфом часов АСН, обеспечивающая плавное изменение дрейфаи поддержание смещения часов относительно системной шкалы времени вмалой окрестности нуля.Рассмотрим формирование момента целой секунды часов АСН-К.
Задающий генератор частоты, используемый в АСН-К, имеет дрейф ~10-6 с/си номинальную частоту 26 МГц, т. е. за 1 с генератор формирует N 0 == 26· 106 импульсов, которые поступают на суммирующий счетчик. При достижении суммарного числа импульсов счетчик формирует импульс, равный1 с, и обнуляет значение накопленного числа импульсов.В реальных условиях за секунду системного времени генератор вырабатываетNимпульсов. Отличие реального числа генерируемых импульсовноминального числаN0Nотприводит к дрейфу ШВ АСН. Этот дрейф оценивается в АСН в процессе решения навигационной задачи и определяется поправкаЫv к числуN 0 поформуле(1.14)Варьируя предельное значение числа импульсов счетчика на Ыv можноизменить дрейф часов АСН, добиваясь, чтобы его истинное значение былобы меньше минимального дискрета dmin= 1/N0 •При этом обеспечиваетсязнак дрейфа в сторону уменьшения смещения.
Благодаря этому управлениюдрейфом часов АСН обеспечивается смещение, меньшееоно составляет4 •1о-8 с/с.1/N.Для АСН-К32Глава1. Формирование бортовой шкалы времени космического аппаратаДрейф шкалы времени, с/со- 4-10- 7- 6-10-7- 7- 10- 7~---~---~---~---~---~---~~4000о800012 ООО14 ООО18 ООО22ОООt,сгРис.1.7. Дрейф шкалы времени АСН-К относительно шкаль1GPSМалое значение дрейфа обеспечивает и малое смещение часов АСН.В АСН-К управление дрейфом одновременно позволяет непрерывно поддерживать смещение шкалы времени АСН относительнов диапазонесистемной шкалы1.7 приведен график дрейфа шкалы времениАСН-К относительно шкалы GPS.
Из рисунка видно, что первоначально6дрейф составлял ~ 1о- с/с, а после начала управления дрейфом его значениеуменьшилось до 4-10-8 с/с и периодически меняло знак, обеспечивая поддержание смещения шкалы времени АСН в диапазоне ±1 мкс относительно шкалы GPS.±1мкс.
На рис.При таком смещении можно считать, что шкала времени АСН совпадаетс выбранной системной ШВ, и измерения АСН выполняются в момент целойсекунды системной ШВ. Ошибка времени, равнаяных КА, соответствует ошибке координат1мкс для низкоорбиталь~7 мм.Контрольные вопросы1. Какие системы ШВ вы знаете и какова связь между ними?2. Что такое большое время GPS?3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
