CC BY
9Решетневские чтения
УДК 629.7.05:521.3:519.245
Р. А. Дзесов, В. Н. Жуков, В. М. Караваева, В. П. Павлов Центральный научно-исследовательский институт машиностроения, Россия, Королев
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АВТОНОМНЫХ СПУТНИКОВЫХ НАВИГАЦИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ В НАЗЕМНОМ КОНТУРЕ УПРАВЛЕНИЯ ПОЛЕТОМ МЕЖДУНАРОДНОЙ
КОСМИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ
Многие годы радиоконтроль орбиты Международной космической станции (МКС) проводился российскими наземными радиотехническими системами и точность этих измерений была достаточна для решения задач баллистико-навигационного обеспечения (БНО) управления полетом МКС. Однако полет первого европейского автоматического транспортного корабля ЛТУ к МКС и его стыковка с российским сегментом МКС потребовали пересмотра всей идеологии БНО полета МКС.
Для выполнения требований к точности вектора состояния Международной космической станции (МКС) в прицельной точке сближения с европейским автоматическим транспортным кораблем ATV, минимизации ошибок определения орбиты МКС авторами в 2006-2007 гг. был выполнен комплекс работ (априорные и апостериорные оценки, статистическое моделирование) [1-3], в ходе которых разрабатывались специальные программно-математические средства баллистико-навигационного обеспечения (БНО) полета МКС с привлечением данных от бортовой аппаратуры спутниковой навигации АСН-М, размещенной на борту МКС, в целях определения и прогнозирования с высокой точностью параметров орбиты МКС в условиях неопределенности в параметрах модели атмосферы Земли.
Для определения параметров орбиты МКС методом наименьших квадратов использовалась навигационная информация, формируемая аппаратурой АСН-М (одночастотный 18 канальный приемник, в котором 6 каналов выделены под навигационную систему ГЛОНАСС и 12 каналов - под GPS) в двух режимах:
- в виде векторов положения (tj,rj) в гринвичской системе координат;
- в виде первичных измерений (псевдодальностей), получаемых по радиосигналам текущего рабочего созвездия навигационных КА.
Ввиду того что информация геометрически привязана к радиоантеннам, которые удалены от центра масс МКС в среднем на 26,5 м, а вся обработка основана на расчете движения центра масс МКС, редукция информации к центру масс МКС проводилась с учетом геометрического расположения фазовых центров антенн и пространственной ориентации конструкции МКС.
При формировании векторов (tj, 7j) по измерениям псевдодальностей методом наименьших квадратов учитываются:
- ионосферные поправки, которые вычисляются модифицированным методом Клобухара на участке прохождения ионосферы от навигационного спутника до МКС;
- высокоточные частотно-временные поправки и эфемериды навигационных спутников, получаемых информационно-аналитической службой Центрально-
го научно-исследовательского института машиностроения в режиме реального времени;
- релятивистские поправки;
- временной сдвиг шкалы времени АСН-М относительно системного времени (уточняется итерационным методом).
Невязки псевдодальностей не превышали 3.. .4,5 м.
Обработка АСН-информации в Центре управления полетами позволила применить высокоточную модель движения центра масс МКС [4].
Полученные результаты использовались в БНО миссии АТУ и обеспечили требуемую точность прогноза орбиты МКС (200 м на момент начала сближения АТУ с РС МКС), что было продемонстрировано 29, 31 марта и 3 апреля 2008 г. [4; 5] (см. таблицу).
Библиографические ссылки
1. Использование спутниковой навигации для обеспечения полета европейского автоматического транспортного корабля АТУ к МКС / Е. А. Микрин, М. В. Михайлов, М. Ю. Беляев и др. // Материалы XIII С.-Петерб. между нар. конф. по интегрир. нави-гац. системам. СПб., 2006. С. 124-132.
2. Дзесов Р. А, Жуков В. Н., Павлов В. П. Практические аспекты использования бортовой аппаратуры спутниковой навигации при баллистическом обеспечения полета КА // К. Э. Циолковский - 150 лет со дня рождения. Космонавтика. Радиоэлектроника. Геоинформатика : материалы 5-й междунар. науч.-техн. конф. Рязань, 2007.С. 177.
3. Дзесов Р. А, Жуков В. Н., Мельников Е. К. Особенности баллистико-навигационного обеспечения управления движением МКС // Там же. С. 180-181.
4. Дзесов Р. А., Жуков В. Н., Павлов В. П. Практические аспекты определения параметров траектории МКС для обеспечения автоматической стыковки АТУ с МКС // Материалы XVI С.-Петерб. междунар. конф. по интегрир. навигац. системам. СПб., 2009. С. 253-258.
5. Дзесов Р. А., Жуков В. Н., Павлов В. П. Практические аспекты определения параметров траектории МКС для обеспечения ее автоматической стыковки с модулем АТУ // Актуальные проблемы российской космонавтики : материалы XXXIV Акад. чтений по космонавтике. М., 2010. С. 352-353.
Системы управления, космическая навигация и связь
Реальная точность траектории полета МКС в прицельной точке на момент сближения ATV с МКС 3 апреля 2008 г. (с учетом разворота в требуемую ориентацию)
Отклонения в орбитальной системе координат Вдоль радиуса вектора Ar, м Вдоль орбиты An, м Боковая составляющая Ab, м
За 3 витка 23 152 10
За 2 витка 23 150 9
За 1 виток 22 130 9
R. A. Dzesov, V. N. Zhukov, V. M. Karavaeva, V. P. Pavlov Flight Control Center of Central Scientific Research Macine-Building Institute, Russia, Korolev
APPLICATION OF AUTONOMOUS SATELLITE NAVIGATION MEASUREMENTS ON EARTH-BASED CONTOUR OF FLIGHT CONROL OF INTERNATIONAL SPACE STATION
It is well-known that during many years the radio-control of International space station (ISS) orbit was conducted by the Russian earth-based radio-technical systems. Precision of these measurements was enough for the problems solution of the ballistic-navigational support (BNO) of ISS mission control. However, the flight of the first European automatic transport vehicle (ATV) to ISS and its docking with the Russian segment (RS) of ISS has required to review the whole BNO ideology of ISS flight.
© Дзесов Р. А., Жуков В. Н., Караваева В. М., Павлов В. П.. 2010
УДК 629.78.054:006.3
В. В. Есюнин
ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск
ВЫБОР СТАНДАРТА ПОСТРОЕНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
Рассмотрены основные принципы построения контрольно-измерительных систем на основе стандартов УХ1, РХ1 и 1X1. Проведен анализ основных характеристик этих стандартов. Определены преимущества и недостатки при выборе того или иного принципа построения контрольно-измерительной системы.
В XX в. для контроля и испытаний бортовой аппаратуры использовались специально разработанные системы. Эти системы, как правило, являлись сложными и их использование для испытаний другой бортовой аппаратуры было невозможно. Кроме того, они не позволяли в достаточной мере автоматизировать процесс испытаний.
Современные контрольно-измерительные системы позволяют контролировать широкий набор раз -личных параметров. При этом наиболее широко используемым принципом построения контрольно-измерительных систем является магистрально-модульный принцип на основе стандартов УХ1, РХ1 и ЬХ1.
В 1987 г. был организован Консорциум УХ1, целью которого стала разработка стандарта на одноплатные измерительные приборы. В настоящее время Консорциум УХ1 обеспечивает координацию и единство (в рамках данного стандарта) технической политики среди производителей, разработку и усовершенствование спецификаций стандарта, сертификацию и регистрацию разработок новых технических и программных средств, информационно-методическое обслуживание пользователей.
Стандарт PXI появился в 1997 г. благодаря фирме National Instruments. Основой этого стандарта явился стандарт CompactPCI, построенный на промышленном применении PCI-магистрали, к которому был добавлен целый ряд функций, необходимых для измерений.
В 2004 г. консорциум ведущих мировых производителей и пользователей контрольно-измерительного оборудования объявил о создании нового стандарта измерительных систем - LXI. Основой данного стандарта является использование в качестве главного интерфейса Ethernet (IEEE 802.3), что позволяет в полной мере воспользоваться плодами эволюции компьютерной отрасли.
Выбрать тот или иной стандарт при проектировании контрольно-измерительной системы непросто, поскольку необходимо учесть множество аспектов: шину передачи данных, гибкость без существенной доработки системы в целом, быстродействие, возможность использования модулей, номенклатуру и т. д. При этом также следует иметь в виду, что каждый из стандартов имеет свои преимущества и недостатки.
