Соловьев В.А., Лысенко Л.Н., Любинский В.Е. Управление космическими полетами. Часть 2 (2010) (1246993), страница 26
Текст из файла (страница 26)
п. Изложенные положения дают общие представления о решении навигационных задач с использованием СРНС. Конкретизация соотаетствуюших алгоритмов применительно к существующим системам ГЛОНАСС и ОРБ выходит за рамки обсуждаемой в пособии темы. Заинтересованный читатель может быть отослан к работам Р4 57], содержащим более полную информацию по этим вопросам.
14.13. АВТОНОМНАЯ НАВИГАЦИЯ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ МЕЖОРБИТАЛЬНЫХ МАНЕВРОВ уело словия решения навигационной задачи на борту КА, т. е. при вагоном омном способе управления маневром, значительно отличаются от условий решения этой задачи с помощью наземных К основным особенностям автономной навигации средств Кь1ьычно относят следующие: ь состав остал навигационных измерений н их общее число ограниы; ' возмо го о можности БЦВМ с точки зРениЯ полноты математическосгн п„процесса в реализуемом алгоритме, объема и точноопнсання п прово димых вычислений. 155 Глава 14.
Определение движения Е4 пи шиереяил и ГНИ ° участие экипажа КА вносит дополнительные погрешив обусловленные влиянием специфических (часто экстремальн факторов космического полета. При разработке алгоритмов автономного решения навитаци ной задачи, как правило, исходят [85] из того. что в качестве в вичной (текущей) информации могут быть использованы даи„ измерений, проводимых совместно или в отдельности. например. ° угла между направлениями на два небесных тела: ° момента затмения звезд; ° высоты орбиты или расстояния до центра планеты и т. д. Состав навигационных измерений при этом может быть рв ным.
В частности, при использовании секстанта и высотомер полный состав измерений для припланетной навигации включа~ следующие данные: ° углы возвышения двух звезд нал горизонтом планеты и ке углового диаметра; ° углы возвышения трех звезд над горизонтом планеты; ° возвышения двух звезд над горизонтом планеты и высвш орбиты КА. При этом все измерения должны иметь временную привязку, осуществляемую с помощью бортового эталона времени.
Методы, базирующиеся на проведении астрономических засечек, представляют собой основной класс методов автономнвк навигации при межпланетном перелете. С точки зрения обвив классификации методов навигации (26) все возможные визы навв гационных засечек, к которым относят астрономические. должвн быть отнесены к позиционному методу (методу поверхностей" линий положения).
Действительно, предположим, что навигационную задачу ре шают с помощью измерения соответствующих углов. Измере1в" угла, в вершине которого находится КА, между линиями визиром ния ближайшего небесного тела (планеты или Солнца) и звезлы 1и ет одну поверхность положения (в виде конуса с вершиной, савв~ щенной с ближайшим небесным телом). Второе угловое измерения на основе визирования того же самого небесного тела и друга звезды образует вторую поверхность положения.
В результате «еР сечения указанных поверхностей положения будут получ еФ две линии положения, одна из которых является линией полож КА. Исключение неопределенности в выборе фактической Л 156 ~но«ноя «а««гадим нрн еынотненгпг.еснсорсетазьньет нане«ров Орбнта Зечзн Орбита Мере« Рис.! 4.11. Геометрия астрономической засечки при измерении двух углов положения требует измерения )тла в~пирования третьей звезды по отношению к тому же ближайшему небесному телу. На практн- ~ л.
У ке отмеченную неопределенность легко разрешают без проведения Земля третьего измерения. поскольку линии положения разнесены обычно Орбите жхзаточно далеко, и приближен- Земли ваго знания местонахожзения КА рнс. 14,12. Поверхность положео ьвзывается достаточно. Прн со- ния типа «навоцэ> огаетсгвувшем выборе астроориеатиров она может быль исключена в принципе (рис. 14.11). КА. 11алнчие линии положения еще не определяет местонахождения "Фя этого необходимо найти пересечение линии положения с "е'ье"' поверхностью положения либо полученной по результатам измерений второй линией положения.
В этом смысле третье взвар )тлям ереиие необходимо, Если в качестве такового выбрать измерение ~ежду линиями визирования двух ближайших до КА небесных вер ~янезы и Солнца), то будет получена третья недостающая пони ность положения, называемая навоидом (рис. ! 4.12). Пе)жсечеееесп полученной ранее линией положения дает местонахождение носительно ближайшего небесного тела.
Согласно рнс. 14.12, относ представляет собой поверхносп„образованную вращением 157 Глава 14. Определение движения К4 па изиереннкн ТИП гт12 = — ггсоэА1,. о гт!2 = — ггсоэА2' .о гтг, = .г — Ч);-гг соэАэ 2 (14.76) где гт — неизвестный вектор местоположения КА относительно одного иэ ближайших небесных тел (в частности, Солнца); 1о и 1о орты, характеризующие направления на звезды; гр — радиус-векрор, определяющий положение планеты, например Земли на рис.
14.12 относительно Солнца. Аналогичный результат по постановке навигационной задача может быть в случае, когда координаты КА определяют при пересечении линии положе. 9~ ния, полученной по рассмотренному способу, с третьей конической поверхностью положения, образованной прн измерении угла между лв. пнями визирования второго ближайшего ва' бесного тела и звезды. Когда КА находится сравнительно близкок какому-либо рассматриваемому небесному телу, предпочтение отдают другому виду нэпа' дп рений.
В нем дополнением измерений двух ут лов до полного состава служит видимый утяв' вой диаметр диска ближайшей планеты. Размер диска может быть охарактернэо2ив с помощью угла О, под которым он проема' Планета ривается. Чем ближе КА, с борта которого про водят наблюдения, к планете или Солнцу рне. 14,1З. Опре больше угловой размер 0 (рис. 14.13).
деление углового В соответствии с обозначениями, принкгт~ размера планеты 0 ми на рисунке, имеем 158 дуги окружности вокруг линни, соединяющей выбранные небеса тела. Радиус окружности определяют расстоянием В между телам в измеренным углом между их линиями визирования. Проведение расчетов по определению местоположения КА вечаюших рассмотренной геометрии навигационной астроноапв ской засечки, требует решения трех нелинейных уравнений вида ° Виианаинан навигацкая и!вивыиа!ненни.иежарбитавьньи.чаневрав 15 вввн (14.77) видно из 1!4.78), соответствующая связь является однозначНой Обозначив координаты центра планеты через х„,у„и х„, а Ординаты КА через х, у, г, получим 3 ~,(х' -4) = йвз созес(0'/2). 114.79) Если измерения проводят относительно Солнца, последнее уравнение можно упростить: ~(ху) созес(0'!2) 114.80) Так может быть получена третья поверхность положения.
Оче- к"дно, что функция 114.79), отвечающая этому типу навигацион- ных измерений, соответствует поверхности положения в виде сфе- ры с центром, совпадающим с центром планеты (или Солнца), поскол кольку геометрическим местом точек, из которых планета вид- ав по ИОСтн Од Углом О, является именно сфера. К аналогичному по точРезультату навигации приводит также определение момента поза е""" звезды ближайшей планетой. Наблюдение этого эффекта Ось кото лает определить поверхность положения в виде цилиндра, лиан торого совпадает с направлением на звезду, а диаметр равен е!РУ планеты. решени п е"ие навигационной задачи на основе рассмотренных нов„тре Уст проведения всех навигационных измерений одРеменно, ннй "но, что не всегда возможно.
Из-за нелинейности уравне- фвл игационного алгоритма (14.76) возникают трудности навиг ьтрации ции ошибок измерений несмотря на избыток этих измере- 159 следует искомая взаимосвязь между расстоянием от КА до азку -ности планеты й и наблюдаемым углом 0: 0' 6 = Я„~созес — — 1). 2 С$аеа $4. Опреае.$ев$$е де$$$хев$и Кя ва а$$$ауеа$ао$ П$($ ний (в силу невозможности использования зффек$ивных х$ег 0$пимальной фнльтрзх$$$н).
Указанные недостатки можно устранить прн принятии пре ложения (естественно, коп(а оно достаточно обоснованно), значительности от$сзоне$$$$я фактической траелтории КА от в нальной. В этом случае возможна линеарнзаш$я уравнений н гационной задачи и. как следствие, использование методов дии . ной теории чувствительности. В полавдяюшеи большинстве системы.
реал$$зуюпше ме, автономной навигации. относят к числу компдексных (2б!. Н$$ я' строение предполагает использование источников первичнон $ формации, функционируюших на разных физических $$ринцнпц действия. Работу тако$о типа систем рассмотрим на примере радиоас$, роинерциальной навигационной системы (РА(!НС! п$$лотируеи(яс КА [871 РАИНС состоит нз четырех основных подсистем: ияе)$. циальной с гироскопическим пос$роителем базовой системы к$х(Р линат (гироблоков). астрокоррекции. ралиоизмерителей н вь$ч$к лительного устройства (БЦВх!).
$"$$повая функшюнальная сае)я РАИНС пилотируемого КА приведена на рнс. 14.14. Оптическую систему астроинерц$$адьного блока устанавливают обычно на с(ь Рис. 14.14. Схема коч$$зексной (рад$$оастро$$нер$$$$азыю($) $$ав$$гапя$$(у ной кослшческой системы 160 ь:но иная новиеаяин нри вына~нении.чежорбитавьнььт.чаневров м ~'3.. -.ладной платформе, в результате достигают более высо,. язиро„,сти определения навигационных параметров. Подсистекоррекции должна выдавать в БЦВМ сигнал наличия ча Эь'$ в поле зрения оптического блока, значения углов между осые в ирования светила и осями моделируемой на борту систек,зординат ~сопровождающей системы).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
