Автореферат (Разработка и исследование прецизионной системы информационного обеспечения бортового комплекса управления космическим аппаратом научного назначения), страница 2

Подтверждено выполнение требований по точности определения параметров ориентации, К числу новых научных результатов относятся: 1. Комплекс алгоритмов, обеспечивающих автономное (без связи с наземным комплексом управления) прецизионное определение ориентации, эффективную фильтрацию высокочастотной шумовой погрешности различных звездных приборов с применением информации от различных инерциальных измерительных блоков; 2. Алгоритм комплексирования информации звездных приборов и инерциальных измерительных блоков в системе информационного обеспечения, основанный на редуцированном фильтре Калмана. Алгоритм позволяет применять различный по характеристикам набор инерциальных измерительных блоков и звездных приборов.

Отличительной чертой алгоритма является то, что оценивается только вектор малого поворота между истинной ~по данным ЗП) и рассчитанной (по данным ИИБ) ориентацией в совокупности с расчетом ковариационных матриц и матрицы коэффициентов усиления с тактом меньшим такта формирования оценки; 3, Алгоритм фильтрации высокочастотной шумовой погрешности звездных приборов на базе совместной обработки информации с двух одновременно работающих звездных приборов. Особенностью алгоритма является фильтрации измерительной информации звездных приборов за счет использования модели виртуального звездного прибора без внесения дополнительного запаздывания; 4. Алгоритм двухточечной калибровки дрейфов гироскопов инерциальных измерительных блоков. Отличие алгоритма заключается в автономной оценке дрейфов гироскопов по двум точкам получения данных об ориентации КА от ЗП.

Теоретическая ценность работы заключается в разработанных новых алгоритмах прецизионного определения ориентации, фильтрации высокочастотной шумовой погрешности звездных приборов и комплексирования информации в системах информационного обеспечения широкого класса КА. Алгоритмы разработаны на основе обоснованной редукции и использовании природы распределения погрешностей измерителей. Практическая ценность работы заключается в реализации в бортовом программном обеспечении разработанных алгоритмов, обеспечивающих выполнение требований по точности ориентации и эффективную надежную фильтрацию высокочастотной погрешности различных звездных приборов при использовании различных инерциальных измерительных блоков, а также в снижении требований к вычислительным ресурсам БКУ КА.

При решении задач диссертационной работы широко применялись методы и методики теории оценивания и фильтрации, обработки информации, математического моделирования и аналитических вычислений. Достоверность результатов подтверждается результатами математического моделирования, результатами отработки и испытаний, проведенных на стендах моделирования, результатами летно-конструкторских испытаний. Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы применены в разработанных ФГУП МОКБ «Марс» БКУ КА «Спектр-РГ», «Спектр-УФ», «Казсат-2», «Обзор-О», докладывались и обсуждались на ряде научных конференций: 1. П Всероссийская научно-техническая конференция МОКБ «Марс», (Москва, 2012 г.) 2. ХХХЧ11 Академические чтения по космонавтике, (Москва, 2013 г.) 3.

Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации. ХХЦ Международный научно-технический семинар, (Алушта, 2013 г.) 4. ХХХЧ1И Академические чтения по космонавтике, (Москва„2014 г.) 5. ХЧШ Международная научная конференция «Решетневские чтения», ~Красноярск, 2014 г.) 6. ХХХ1Х Академические чтения по космонавтике, (Москва, 2015 г.) 7. Ш Всероссийская научно-техническая конференция МОКБ «Марс», (' Москва, 2015 г.) 8. Х1. Академические чтения по космонавтике, (Москва, 2016 г.) Публикации.

Основные результаты диссертации изложены в 10 научных работах, в том числе в 5 статьях, опубликованных в журналах, входящих в перечень рецензируемых журналов ВАК РФ. По результатам исследований получены четыре патента Российской Федерации. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Работа изложена на 200 страницах, содержит 64 рисунка и 15 таблиц. Библиографический список содержит в себе 165 наименований. Содержание работы Во введении обоснована актуальность и важность темы диссертационной работы, для чего проведен краткий анализ типов космических аппаратов и решаемых ими прикладных задач.

Продемонстрированы уникальность задач научных космических аппаратов и высокие требования к системе управления КА в части точности ориентации. Конкретизируется основная цель работы и задачи. В первой главе приводятся результаты анализа методов и особенностей построения систем определения ориентации космических аппаратов. Технический уровень систем управления КА определяется уровнем их информационно-измерительных подсистем, который в свою очередь зависит от совершенства используемых приборов, датчиковой аппаратуры, средств и способов обработки информации. При анализе путей улучшения точностных характеристик БКУ КА основное внимание уделено системе определения ориентации КА.

Рассмотрены факторы, определяющие достижимые точностные характеристики: — типовые задачи, решаемые научными КА (их целевой нагрузкой); — характеристики космических платформ; — характеристики используемых измерительных приборов; — методы обработки информации. Для КА, решающих задачи астрономических исследований, как правило, наиболее высокими являются требования, предъявляемые к точностным характеристикам их систем ориентации и стабилизации, влияющим на качество съемки астрономических объектов.

На текущий момент времени накоплен огромный опыт в разработке и создании бортовых комплексов космических аппаратов различного назначения как отечественными, так и зарубежными фирмами. При решении разных задач существует определенная специфика в построении как БКУ, так и самого КА. Но, несмотря на эту особенность, приборный состав БКУ во многом стал унифицированным.

Тем не менее, состав подсистем БКУ, включая и программное обеспечение, привести к единообразию не представляется возможным. Единство задач БКУ привело к единому перечню задач существующих подсистем, но разделение функций между подсистемами у каждого производителя остается свое. При проведении анализа БКУ КА рассматривались КА астрофизические, гидрометеорологические и дистанционного зондирования Земли (ДЗ3) с высокими требованиями к определению ориентации и стабилизации, поскольку во многих случаях базовые служебные платформы идентичны или используют типовой приборный состав.

Для обеспечения точности ориентации КА также используются идентичные подходы: применение соответствующих приборов системы ориентации, разработка специфических конструкций КА. Основным требованием к системе управления научного КА является обеспечение точного наведения ЦА на объекты исследования в течение длительного времени. Одним из способов решения рассматриваемой задачи представляется построение прецизионного контура наведения с использованием звездных приборов, измерителей вектора угловой скорости. В качестве исполнительных органов наведения используются традиционные инерционные исполнительные органы, установленные на корпусе КА, в частности, управляющие двигатели-маховики.

На основании анализа материалов исследования сделаны следующие выводы. 1. Телекоммуникационные КА, КА ДЗЗ и навигационные КА в части точности определения и поддержания ориентации не требуют специфических мер по обработке измерительной информации в БКУ. Космические аппараты научного назначения отличаются высокими требованиями, как к определению параметров ориентации, так и к поддержанию ориентации по углу и угловой скорости. Решение задач определения параметров ориентации для КА научного назначения определяется требованиями к точности ориентации ЦА, как правило, уникальной для каждого КА научного назначения. 2. В настоящее время отсутствуют отечественные приборы ориентации, обеспечивающие выполнение требований к КА серии «Спектр», в тоже время требования по импортозамещению и ограничительные списки делают невозможным применение большого количества зарубежных приборов в составе БКУ.

Таким образом, решение задачи прецизионного определения ориентации должно обеспечиваться на имеющихся приборах с обеспечением точности параметров ориентации БКУ КА серии «Спектр» через внедрение комплексной обработки информации. 3. Применяемые алгоритмы фильтрации и комплексирования измерительных данных приборов ориентации в каждом отдельном случае учитывают специфику КА и приборного состава. Применение многих существующих алгоритмов фильтрации и комплексирования затруднительно в вычислительных машинах БКУ КА из-за низкой вычислительной мощности этих машин.

По итогам анализа объекта и предмета исследования продемонстрирована уникальность каждого БКУ КА научного назначения, в том числе КА серии «Спектр». На основании проведенного исследования и отсутствия среди отечественных приборов, обеспечивающих прецизионную ориентацию КА научного назначения, ставятся задачи для обеспечения основной цели работы, Глава 2 содержит в себе анализ и разработку основных принципов построения системы информационного обеспечения БКУ космического аппарата серии «Спектр». Анализ циклограмм и режимов функционирования КА проводится на основании опыта разработки и эксплуатации КА «Спектр-Р», а также технических заданий и исходных данных на разработку БКУ КА серии «Спектр».

СИО предназначена для формирования необходимой измерительной и расчетной информации, обеспечивающей решение задач управления и контроля КА в различных режимах. СИО строится по модульному принципу. Принцип модульности позволяет использовать один программно- алгоритмический продукт для применения на различных типах КА. Обеспечение точности ориентации космического аппарата является комплексной задачей. Требования к БКУ КА по точности определения и поддержания ориентации формируются, исходя из обеспечения необходимых условий функционирования ЦА. В зависимости от назначения КА требования к условиям функционирования ЦА могут значительно различаться.