CC BY
40
Бокарев В. Н. , Чайковский В. М.
СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ ВЫСОТЫ ОРБИТЫ КОСМИЧЕСКОГО
АППАРАТА.
Определение высоты Норб орбиты космического аппарата КА (Рис. 1) может
быть достигнуто с использованием двух наземных измерительных пунктов работающих на «прием» - ИП1, ИП2 разнесенных на расстояние d , и осуществляющих измерение по методу триангуляции, согласно которого будет определена высота «триангуляционного» треугольника
[ор6
h +
Анализ ситуации показывает, что на результат измерения будет оказывать влияние кривизны земной поверхности, в результате чего обязательно возникнет погрешность DH в измерении высоты орбиты КА. В работе предлагается подход определения истинного значения высоты орбиты, оцениваемой согласно [1] до поверхности земли, осуществить с исключением влияния ее кривизны. Суть предлагаемого подхода поясняется Рис 1, отражающим реальное положение КА относительно земной поверхности, где а и в - угловые значения положений осей диаграмм направленностей ДН приемных антенн пунктов ИП1, ИП2 соответственно, определяемые энкодерными устройствами [1] , позволяющими оценивать угловые положения направления каждой ДН на КА по отношению к линии горизонта поверхности Земли, и фактически являющимися углами места КА относительно наземных ИП1 и ИП2.
аіи Pi - углы основания «триангуляционного» треугольника (Рис.1), равные соответственно суммам фактических значений углов места КА а и [3 и углов а0 и [30 касательных в точкам нахождения ИП1, ИП2 на поверхности земли по отношению к прямой линии, соединяющей последнии и являющейся базой системы.
а1 = а0+а, (1)
Pi = Pe+P- (2)
Значения углов а и b оцениваются энкодерами, преобразующими угловые положения приемных антенн ИП1, ИП2 в соответствующие им коды, а значения углов «о и (30 будет определяться следующими выражениями 1
1
полученными в результате решения традиционным методом, простой тригонометрической задачи (Рис. 1). Из которой также следует, что ошибка АН в оценке высоты орбиты Нор0 КА, будет равна:
d3 Agpj-tga-A2 L2 _
4 \tgp±+tga±) \ 4 ’
где R- радиус земли .
При этом истинное значение высоты орбиты КА равное:
Hops = Н -д
будет определяться следующим выражением:
H
орб
tga • tgpi tgai + tgbi
1
d
2 Ґ
4
tga - tgpi tgai + tgb
+
i У
R'
2
dl
4
(5)
Оценку высоты по выражению (1) предлагается осуществить при помощи микроконтроллера МК типа PIC18F87J50. Для чего был разработан алгоритм его работы Рис. 2. Из которого следует, что на первом этапе заносятся в FLASH память МК численные значения базы и радиуса земли в километрах соответственно. Последнее реализуется (см.Рис.3) при помощи двенадцати кнопочной клавиатуры SE^ ч- SB12 подключённой к портам RI^ RE12 МК Р1С18Е442. Причём ввод осуществляется в следующей последовательности: в начале при нажатой кнопке SB 11 - вводится радиус земли, а затем при нажатой кнопке SB 12 - значение базы.
Далее при помощи программатора PICkit 2 через порты RB6 и RB7 в МК «зашивается» программа проведеня вычислений согласно выражений (1)-=-(5) выполняемых строго в последовательности, задаваемой алгоритмом Рис.2.
Информация о значениях углов аир поступает на порты RBO -MLB5 МК через разъём Х1 с выходов соответствующих энкодеров в виде 8-ми разрядных кодовых последователей. В качестве энкодеров предлагается использовать однооборотный абсолютный энкодер ARS60 [1]. Для
поддержания стабильного значения тактовой частоты работы МК используется кварцевой стабилизатор ZQ1 KX-3H на 10 МГц.
Отличительной особенностью данной схемотехнической реализации является возможность осуществления «зашивка» в память МК программы вычислений, не только при помощи программатора PICkit 2 рекомендуемого фирмой изготовителем используемого МК, а и непосредственно с клавиатуры любого персонального компьютера. Данная возможность обеспечивается за счёт
2
включения в состав измерительной системы USB интерфейса, реализованного на микросхеме DA2 типа FT232RL.
Окончательный результат вычислительной деятельности МК с его «выходных» портов RC0 RC7, RD4 RD6 в виде 8-ми разрядных кодовых последовательностей через эммитерный повторитель на VT1 реализованный на транзисторе типа КТ315 поступает на информационный ввод «Е» двух-строчного ЖК - индикатора HG типа WH1602B. На котором после соответствующей дешифрации отображается результат в виде двух-строчного изображения, на первой строке из которого пишется слово «высота», а на второй - ее значение в километрах с точностью, до сотых долей.
Питание схемы осуществляется от импульсного источника питания DA1, реализованного на микросхеме DA1 типа МС7805BTG. 3
3
Угол места, энкодер, энкодерный датчик, угловое значение ДН антенны, триангуляция, кривизна земной поверхности, арифметический вычислитель, микроконтроллер, жидкокристаллический индикатор, сумматор.
The angle of the seat, encoder, encoder sensor, angular value OF THE antenna, triangulation, the curvature of the earth 's surface, the arithmetic calculator, microcontroller, liquid crystal display, adder.
4
Рис. 1
5
Вывод данных на 2-х строчный ЖК индикатор
Вывод данных на графический ЖК индикатор
Вывод данных на 2-х строчный ЖК индикатор
Вывод данных на графический ЖК индикатор
Рис. 2
6
X
XS1
SA1
MC7805BTG f12 (L7805CV)
B DA1
*ST
GND
Cl
1 мкФ
R3
820 Oi
■Q2 к выв. 7
1 мкФ _ DD4
+5 R1410 КО 1
VD7
1N581S
SB1-
R15 100 Ом
Ч=І—
£_4
(R f^l ^ ~f^l
10к М ЮкМ ЮкМ 10к [L
SB1_
Є:
f3-_
+ 5В11 —Т7
ZQ1 10 МГц
іГ
#-
Ъ
С18 22 пФ
2_ 1R
я 17
4 18
1 19
2 2Q
RAQAN0 3IC RB6
см
RМ RA5AN4 ■'3- LL RB2 RB1
REQAN5 RB0
О
Vss
Vbd RD7
OSC О&С
С_ С_ С_
100 нФ 100 нФ 4,7 мкФ
Рис. 3
8
Литература
1. Портал www.sensorica.ru/s5-2.shtml
2. Радиосистемы межпланетных космических аппаратов 1990 год.
3. Ресурс www.fos.ru/radio/8755.html
4. А. Ф. Страхов «Автоматизированные измерительные комплексы»: Энергоиздат, Москва:, 1982 год 10
10
