Микрин Е.А., Михайлов М.В. Ориентация, выведение, сближение и спуск КА по измерениям от ГНСС (2017) (1246989), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Санкт-Петербург) в АСН-К выполнены не встроенными в антенны, как в АСН-М, а в виде отдельных модулей, соединенных с У А СВЧ-кабелями. Такая конструктивная особенностьобусловлена требованиями более жесткого рабочего температурного режимаУУ по сравнению с УА. Благодаря наличию кабеля УУ может быть установлено под более толстым слоем теплоизоляции. Питание УУ обеспечиваетсяпо центральной жиле СВЧ-кабеля от включенного НМ.Делители сигналов предназначены для деления СВЧ-сигнала каждой изантенн на два одинаковых сигнала, поступающих на соответствующие входыдвух НМ, предназначенных для приема и обработки сигналов НС, поступающих в НМ от четырех УА на четыре антенных входа модуля первичной обработки сигналов -Рис.МПВ.2.4.
КА «Прогресс М-25М»Приемовычислительный модуль осуществляет прием кодовой информации от НС, проводит первичные измерения псевдодальностей и интегральныхфаз НС и по интерфейсуRS-422 передает эту информациюной обработки информации - процессорный модуль (ПМ).в модуль вторич2.1.Принципы определения ориентации КА по измерениям АСНПроцессорный модуль через интерфейсMIL-155341осуществляет обменинформацией с ЦВМ КА. Второй комплект НМ предназначен для резервирования и может работать как в холодном, так и в горячем резерве.На рис.2.5показаны У А, УУ, ДС и НМ АСН-К.
УА и УУ устанавливаются на внешней поверхности КА под теплоизоляцией. ДС и НМ установлены в корабле «Прогресс» в грузовом отсеке, в корабле «Союз»отсеке, на МКСРис.а--в бытовомна модуле «Звезда» (служебный модуль).-абвг2.5. Аппаратура АСН-К кораблей «Союз»,«Прогресс» и МКС:антенна (изготовитель- РКК «Энергия»); б - усилитель (изготовитель«РИРВ»); в-делитель сигнала (изготовительный модуль (изготовитель --РКК «Энергия»); г--ОАОнавигационРКК «Энергия»)В состав АСН-М МКС и АСН-К кораблей «Союз» и «Прогресс» входятобычные антенны АСН, имеющие малые габариты и массу(- 0,4кг) . Дляориентации и относительной навигации, как правило, используют так называемые антенныChoke Ring(рис.2.6, 2.7).Эти антенны имеют специальнуюконструкцию, обеспечивающую лучший прием сигналов НС на низких углахвозвышения и с низким отношением сигнал/шум, а также подавление эффекта многолучевости. Такие антенны обладают высокой стабильностью фазового центра(±2мм), наиболее высокой точностью и эффективностью отслеживания сигнала, однако они имеют большие габариты и массу.
Так антеннаLeica ARимеет диаметру антенны TrimЫe-380мм и высотудиаметр380 мм,200высотамм, масса ее составляет140мм и масса4,37,6кг,кг. К сожа-42Глава2.Определение ориентации КА по измерениям АСНРис. 2.6. Антенна Choke RingLeicaфирмыРис.2.7.АнтеннаChoke RingфирмыTrimЬleлению, антенны с такими габаритами и массой не удалось установить наМКС в составе АСН-М, и тем более на корабли «Союз» и «Прогресс» в составе АСН-К. Использование в составе российских изделий антенн с малымигабаритами и массой существенно (на десятки килограммов) улучшило бымассогабаритные характеристики систем АСН, хотя и значительно усложнило их программную составляющую.
Такой подход упрощения аппаратнойчасти систем за счет ПО характерен для современных систем управления имногих других систем космической техники.2.2. СинхронизацияУравнение(2.14)измерений асинхронных АСНдля определения матрицы ориентации А справедливо,если измерения навигационных приемников каждой пары антенн выполнены в один момент времени. Для синхронных АСН, как известно, это условие выполняется автоматически, для асинхронных-требуется выполнятьпреобразование измерений, обеспечивающих их приведение к одному моменту времени.Рассмотрим один из возможных алгоритмов синхронизации измеренийАСН.Сигнал интегральной фазы НС определяется по формулеСР =✓[ХНС ( fu) - Х (f) Г [Х нс ( fи) - Х (f)] ++ сЛt + сЛtнс + Лiопо + Л эф + Лmult + Лnois + q>o 'где Х (t) -(2.15)координаты антенны АСН в момент приема сигналаt;Х нс (tи)-координаты НС в момент излучения сигнала, принятого в момент временис-скорость света; Лt-t;рассогласование между системным временем ивременем приемника; Лtнс - рассогласование между временем НС и системным временем; Л;опо грешность; Лmult -ионосферная погрешность; ЛэФ-эфемеридная попогрешность, обусловленная переотражениями сигналов2.2.НС; Лnois -43Синхронизация измерений асинхронных АСНшум фазы;неизвестная константа, равная целому числу(f)o -длин волн л0 несущего сигнала.Все перечисленные параметры кроме константы <р 0 являются функциямивремени.
Пустьt = to + -с,где t0 -(2.16)момент целой секунды системного времени; -с-рассогласованиемежду системным временем и временем приемника.Определим влияние -с на двойные разности интегральных фаз, из которыхсоставим вектор измерений. Составляющие, содержащие Лt, сократятся присоставлении первых разностей интегральных фаз, так как измерения в приемнике осуществляются одновременно.Составляющие, содержащие Лtнс,Л;опо и ЛэФ сократятся при составлении вторых разностей интегральных фаз,посколькуизмеренияв двухприемникахвыполняютсявразныемоментывремени, но скорость их изменения во времени мала, и их изменением за несколько миллисекунд можно пренебречь.
Например, из трех составляющиху Л;опо максимальная скорость изменения не превышает10см/с, это значит,что за несколько миллисекунд Л;опо изменится на доли миллиметра, и этойошибкой можно пренебречь.Компоненты Лmult и Лnois независимы для каждого приемника и каждогоНС. При составлении двойной разности они соответствующим образом суммируются и образуют основную неучтенную ошибку (в пределах2 ... 5см),влияющую на точность определения ориентации.Составляющая <ро независима для каждого приемника и каждого НС. Присоставлении двойной разности она соответствующим образом суммируется.Полученная сумма представляет собой компоненты неизвестного вектораконстант И O•Вектор Хнс (t) отличается от вектора Хнс Сtистранения сигнала(~0,08),так как за время распрос) спутник изменяет свое положение. Соответственно, несколько отличается и значение СР, рассчитанное по вектору--Хнс (t) и Хнс Сtи).Однако при малых расстояниях между антеннами это от-личие одинаково для первого и второго приемников.
При составлении вторыхразностей данная составляющая также сократится. Поэтому при наличии рассогласования в моментах проведения измерений в двух приемниках изменение двойной разности СР будет равно изменению двойной разности дальностей между соответствующей антенной и НС в момент приема сигнала.Пустьсигналаt,Dy(t)-дальность между i-м НС иj-й антенной на момент приемасоответствующего моменту целой секундыj-го приемника,(2.17)44Глава2.Определение ориентации КА по измерениям АСНПреобразуем дальностьDjj(t)к дальности на моментстемного времени. С учетом равенстваt0целой секунды си(2.16) получимDu(to + 't) = ✓[ X ;(to) + 'tVa; -Xj (to)- 'tVajJ [X ;(to) + 'tVa; -Xj (to)-'tVaj ] =(2.18)гдеV0; ,векторы абсолютной скорости i-го НС и j-й антенны соответVaj -ственно в проекциях на оси ГСК.
Эти векторы рассчитывают по формуламVa; = V; + [шзХ; ] ;Vaj = ~ +[шзi\ ] ,где(2.19)вектор скорости i-го НС относительно ГСК, рассчитываемый поV; -данным эфемерид;Vj -вектор скорости j-й антенны относительно ГСК,формируемый приемником в данных КСВ ;ffiJ -вектор угловой скоростиЗемли.Пусть't1 -смещение часов первого приемника,второго приемника.
С учетом равенств(2.18), (2.19)'t2 -смещение часови сделанных выше замечаний вектор разностей интегральных фаз будет иметь следующий вид:Ии =( (CPi1 -CA,)~(CPi2 -СР22 )]=(CR n -CP2n)-(CR, -СР21)=([D11 (to +'t1 )-д2 (to + 't2)] ~[ д2 (to + 't1)-D22(to +'t2 )]] =[дп (to + 't1) - D2n ( fo + 't2)]- [D11 ( to + 't1 )- D12 ( fo + 't2)]=([д, (tо)-д2 (tо )]~[д2 (to)-D22 (to)]]+[D1n ( to ) - D2n ( to )] - [Д 1 ( fo ) - D12 ( fo )][i\ (to)-X(to)T [X2 (to )-X(to )]т ~-------=-V,,, - ~-------=~ V,,2D1D2+[xn(to)-X(to)]T [x,(to)-X(to)T =---------='--Van - =---------='--Va\DпDi2.2.Синхронизация измерений асинхронных АСН[i \ (to) - Х (to)J[Х2 (to) - Х (to )JДD2Va ('t1 -+[Хп (to) - Х (to)J[Х1 (to) - Х (to) JDпд45't2 )=[X1(to)-X(to)J - [X2(to)- X (to)J =--------=-- Va1- =-------=--Va2DiD2=Иио+[ l \ (to)-X(to)J -= - - - - - - - = - - V an -Dп[ Х1 (to)-X(to)J -=--------=--ValД(2.20)где И и о-приведенный к общему времени вектор вторых разностей измерений СР; Х;-рости i-го НС;В-вектор координат i-го НС;Va -Va; -векторы абсолютной сковектор абсолютной скорости любой из антенн АСН;матрица направляющих косинусов.Из соотношений(2.20)получим алгоритм приведения вектора измерений И и асинхронных приемников к вектору измерения И и о , относящемуся кодному и тому же моменту времени, соответствующему целой секунде системного времени:J- [J-J- [J-[ Х1 (to)-X(to)X 2(to)-X(to)=------~-V ai - =------~~Va2D1D2Иои =Ии[ Xп (to)-X(to)Х1 (to)-X(to)- - - - - - - Va,, - - - - - - - - VatDпд(2.21)После приведения измерений к одному времени, уравнение для i-й парыантенн примет вид(2.22)В этом уравнении компоненты вектора констант И о; являются кратнымидлине волны л0 • Задача определения матрицы Ао, решается в два этапа:1) определение начального приближения А; ;2) непрерывное уточнение оценки А; по измерениям АСН и БИНС.Глава462.3.2.Определение ориентации КА по измерениям АСННазначение НС на каналы АСН, оценка ориентациии угловой скорости КА по заполнению каналовДля того чтобы задача ориентации решалась быстрее и точнее при наличии большого числа общих НС в поле зрения задействованных антенн АСН,число задействованных антенн должно быть не менее трех.
С этой целью целесообразно обеспечить ориентацию КА, при которой средний вектор трехзадействованных антенн был направлен в зенит:х+ ХА 2 + Хл 3lxA, + ХА2 + Хлз, .ХА,Аср(2.23)= -------Для решения этой задачи можно использовать систему ориентации КА,определяющую текущую матрицу ориентации и вектор угловой скорости КА,по которым ЦВМ формирует управляющие воздействия на исполнительныеорганы. Однако это можно сделать и автономно исключительно средствамиАСН путем анализа заполнения каналов АСН сигналами НС.Рассмотрим алгоритм формирования грубой оценки ориентации и угловой скорости КА средствами АСН в процессе поиска сигналов НС. Пусть вмомент включения АСН КА имеет произвольную ориентацию и угловуюскорость, как например, при отделении КА от носителя. Угловая скоростьможет достигать 3 °/с .
При отсутствии какой-либо информации о текущемвекторе состояния КА и его ориентации искомые НС назначаются для поискана каналы АСН случайным образом. Например, в АСН-К, имеющейла, в режимеGPSна1- 817-24.канаканалы, служащие для работы по сигналам от первой антенны, назначаются НСназначаются НС24GPS 9- 16,GPS 1- 8,на восемь каналов второй антеннына каналы третьей антенны назначаются НСGPSПри любой ориентации КА как минимум один или несколько НС окажутся в поле зрения соответствующей антенны. Как только на какой-либоантенне был пойман сигнал хотя бы одного НС, меняется алгоритм назначений на каналы этой антенны: исходя из знания альманаха на антенну назначаются спутники, отстоящие на минимальные углы от пойманного НС.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
