Аннотация 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ О СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДАХ НАВИГАЦИИ КА 9
1.1 СИСТЕМЫ КООРДИНАТ КА 9
1.2 МЕТОДЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КООРДИНАТ 11
1.3 СПУТНИКОВЫЕ РАДИОНАВИГАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ 14
1.4 ИНЕРЦИАЛЬНЫЕ НАВИГАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ 15
1.5 АСТРОДАТЧИКИ 19
1.6 ПРИБОРЫ ОРИЕНТАЦИИ НА ЗЕМЛЮ 23
1.7 ПРИБОРЫ ОРИЕНТАЦИИ НА СОЛНЦЕ 24
1.8 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СУММАРНОЙ ПОГРЕШНОСТИ ОРИЕНТАЦИИ КА 26
2 ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМА КОМПЛЕКСНОЙ ОБРАБОТКИ
НАВИГАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ 29
2.1 СТРУКТУРА АЛГОРИТМОВ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ТРАКТА ИИБ И АД 29
2.2 МОДЕЛЬ ДВИЖЕНИЯ КА 30
2.3 РЕДУЦИРОВАНИЕ ВЕКТОРА СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ 36
2.4 АЛГОРИТМ КОМПЛЕКСИРОВАНИЯ 36
2.5 ОПИСАНИЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АЛГОРИТМА КОМПЛЕКСИРОВАНИЯ 41
3 МОДЕЛИРОВАНИЕ АЛГОРИТМА КОМПЛЕКСНОЙ ОБРАБОТКИ
ИНФОРМАЦИИ ИИБ И ЗП 44
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 50
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 51
ПРИЛОЖЕНИЕ А 54
Невозможно представить современный мир без использования космических аппаратов (КА). Результаты космических исследований все глубже проникают в разнообразные области деятельности человека. На КА возложено решение большого количества задач, как повседневных, так и научных. Космические аппараты делятся на три группы [1]:
1. КА, совершающие полет вблизи Земли. Движение осуществляется по орбитам спутника Земли;
2. КА, совершающие полет к Луне. Движение осуществляется по сложным траекториям, состоящим из нескольких участков;
3. КА, совершающие полеты к планетам Солнечной системы, с еще более сложными траекториями.
Также КА классифицируют по целевому назначению :
- КА спутниковых навигационных систем;
- КА зондирования Земли и метеорологические;
- КА научного назначения.
Таким образом, КА называют технические устройства, выведенные в космическое пространство со скоростью движения в какой-то момент равной первой космической скорости или больше ее. Это определение объединяет все многообразие современных КА.
Управление КА является комплексом связанных действий, обеспечивающих полное выполнение целей с максимальной точностью и надежностью. Управление КА происходит автоматически через бортовой комплекс управления (БКУ), экипажем, а также различными наземными средствами.
Качество и эффективность работы БКУ КА определяются соответствующими характеристиками различных подсистем управления.
Модернизация датчиков навигационной информации предоставляет возможность управлять сложными динамическими объектами в различных условиях работы. Датчики навигационной информации имеют различную физическую природу определения координат. вычисления производятся в разнообразных СК.
Управление космическими аппаратами (КА) основывается на получении параметров навигации от разнообразных датчиков навигации. Зачастую датчики объединяются в измерительные комплексы [18].
Технический прогресс и внедрение новейших разработок в БКУ открывают новые возможности решения всё более сложных задач управления. БКУ комплектуются новыми навигационными приборами, действующие приборы модернизируются. Как бы то ни было, эта модернизация ударяется о некоторый порог, преодоление которого сегодня является очень задачей. В первую очередь это относится к качеству навигационной информации. Поэтому требования к качеству навигационной информации переходят от аппаратной базы к различным алгоритмам её обработки. Вследствие этого возникает необходимость на основе существующей приборной базы разрабатывать алгоритмы комплексирования навигационной информации от разнообразных приборов, образующих систему информационного обеспечения КА, поднимая качество БКУ в общем и позволяющие более наглядно представлять информацию от разнообразных датчиков.
В настоящее время создаются все новые космические аппараты научного назначения, к точности навигационной информации которых предъявляют очень высокие требования.
Следовательно необходимо разрабатывать и совершенствовать существующее алгоритмическое обеспечение, позволяющее значительно увеличить точность определения навигационных параметров КА, а также порождать новые структуры БКУ, в которых будет использовано данное алгоритмическое обеспечение. Увеличивание точностных характеристик навигационной информации с помощью алгоритмов комплексирования делает возможным использование серийных датчиков навигации, значительно повышая их точность. Следовательно, повышается эффективность управления КА, а также появляется возможность экономии средств на дорогостоящих высокоточных навигационных датчиков.
Задачей комплексирования навигационной информации является совместная обработка данных навигационного счисления для определения основных навигационных параметров объекта управления с максимально возможной точностью. Эта точность зависит от качества навигационных измерителей (датчиков навигационной информации) и алгоритмов обработки навигационных сигналов.
На основе более точной навигационной информации появляется возможность более эффективно осуществлять маневры КА.
В связи с вышеизложенным, необходимость максимально эффективного использования всей имеющейся на борту КА информации для определения ориентации определяет актуальность данной темы.
Целью работы является исследование состава БКУ в части определения навигационных параметров, повышение точности оценок изменяющихся параметров на основе квазиоптимальных алгоритмов комплексирования
нескольких датчиков и оценивания параметров ориентации на основании различных наблюдений.
В ходе дипломной работы был исследован алгоритм комплексирования навигационных данных ИИБ и АД для обеспечения повышения точности определения параметров ориентации.
Были изучены современные методы навигации КА. Проведено исследование точностных характеристик навигационных приборов.
На основании модели углового движения КА описан алгоритм оценивания навигационных параметров КА. Вектор состояния был уменьшен с 15 до 3 порядка с учетом ограничений на вычислительные мощности бортовой цифровой вычислительной системы. Для данной упрощенной модели был описан алгоритм комплексирования. Особенностью рассмотренного алгоритма фильтра от подобных является оценивание вектора малого поворота между измерениями параметров ориентации АД и ИИБ. Представленный алгоритм комплексирования имеет низкую вычислительную сложность и может быть реализован в БКУ. Также для повышения быстродействия алгоритма матрица Калмановских
коэффициентов усиления фильтра периодически уточняется раз в пять тактов.
Показана циклограмма работы алгоритма комплексирования. Циклограмма описывает последовательные этапы работы фильтра.
Из приведенных в работе графиков видно, что при отсутствии алгоритма комплексирования ошибка ориентации превышает заданный минимальное значение, равное 10 угловым секундам и доходит до величины в 22 угл. секунды.
При исключения из контура управления данных от АД выполнятеся требование по точности, однако наблюдается увеличение ошибки определения ориентации до 40 угловых секунд под действием случайных дрейфов ИИБ. Следовательно, при длительном времени работы КА происходит накопление ошибки ориентации, что недопустимо.
Применение алгоритма комплексирования информации ИИБ и АД позволяет добиться ошибки определения ориентации ССК КА относительно ИСК величиной в 4.8 угл. секунд, что входит в минимальный порог в 10 угл. секунд.
Следовательно, доказана целесообразность применения фильтра Калмана для совместной обработки информации ИИБ и АД.
