Автономная спутниковая навигационная система

«Актуальные проблемы ракетно-космического приборостроения и информационных технологий» 5-7 июня Москва

Автономная спутниковая навигационная система

Г.К. Боровин, А.Г. Тучин, Д.А. Тучин, В.С. Ярошевский(1)

А.П. Астахов, Р.В. Бакитько, В.П. Польщиков(2)

(1)Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН, Москва(2) ОАО «Российские космические системы», Москва

e-mail: [email protected]тел: (495) 333 80 67

5-7 июня Москва слайд 2 из 14

Реализация бортовой автономной системы навигации

АСН-Е

Создана автономная спутниковая навигационная система для околоземных космических аппаратов

Позволяет определять орбиту спутника и прогнозировать параметры его движения

Используются радионавигационные измерения спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS

АСН-Е создана по заказу ФГУП ЦНИИ «Комета»

Проблемы использования навигационных спутников ГЛОНАСС/GPS на большом удалении от Земли

• В разрывном навигационном поле ГЛОНАСС/GPS количество видимых навигационных спутников меньше 4

• Уровень сигнала ГЛОНАСС/GPS на больших высотах в 10 раз ниже околоземного, доплеровское смещение частоты принимает значение до 10 км/с в районе перицентра, скорость изменения Доплера составляет 10 м/c^2

• Длительные участки орбиты КА с малым количеством видимых спутников ГЛОНАСС/GPS


ЦельЦель:: Создание автономной бортовой навигационной системы определения орбиты КА

ТребованияТребования:: Точность от 20 до 250 м по положению и от 3 до 3 см/c по скорости

ПредназначениеПредназначение:: Орбита с высотой перицентра 1,5 тыс. км, с высотой апоцентра 39 тыс. км, наклонение 63,4 и периодом 12 часов

Измерения:Измерения: Использование сигналов ГЛОНАСС/GPS,

предназначенных для наземного пользователя

Требования к АСН-Е


Проблемы космического применения

автономной системы навигации

Традиционная Используемая

схема схема

возможность определении орбиты НЕТ ДА

___________________________________

возможность потери группы измерений

на один момент времени из-за одного ДА НЕТ

аномального измерения

___________________________________

требование к количеству одновременно ДА НЕТ

видимых НКА

___________________________________

возможность использования алгоритма НЕТ ДА

определения орбиты при поиске сигнала

___________________________________

возможность применения схемы для

орбит с большим эксцентриситетом ПРОБЛЕМАТИЧНО ДА


Работа АСН на РБ «Фрегат»

Выведение КА «Плеяды-1Б»

Полигон ГКЦ, Куру

2012/12/02


До выдачи команды на отделение КА на интервале времени с 2012/12/02 06:08:22 МДВ до 2012/12/02 06:52:54 МДВ было получено от АСН 20 достоверных векторов положения

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Остаточные невязки: x, y, z , м

Околокруговая орбита 681x695 км

Описание алгоритма обработки измерений навигационных спутников

• Алгоритмы основаны на использовании законов динамики движения КА непосредственно при обработке первичных измерений фазы несущей частоты и кодовой псевдодальности по протяженной мерной базе

• Алгоритмы используют классические подходы определения орбиты КА по данным наземных траекторных измерений. В алгоритмы заложен опыт работы Баллистического центра ИПМ

• Минимизируемый функционал содержит взвешенные квадраты невязок измеренных и расчетных значений, взвешенные приращения значений служебных параметров на интервале между измерениями и квадрат взвешенного отклонения априорно заданного фазового вектора от его расчетного значения


Э.Л. Аким, А.П. Астахов, Р.В. Бакитько, В.П. Польщиков, В.А. Степаньянц, А.Г. Тучин, Д.А. Тучин, В.С. Ярошевский Автономная навигационная система околоземного космического аппарата // Изв. РАН. ТмСУ. 2009 №2

Модели учета возмущений вавтономной системе навигации

• Учет влияния атмосферы Земли (ГОСТ Р 25645.166-2004)

• Учет нецентральности гравитационного поля Земли (ПЗ-90-2)

• Учет влияния возмущений Луны и Солнца (DE423)

• Учет воздействия сил солнечной радиации

• Учет работы двигательной установки КА (бортовые данные КА)


Функции элементов аппаратуры АСН-Е

Сигнальный процессор (СП)

• поиск, захват и слежение за сигналом ГЛОНАСС/GPS• выдача измерений в навигационный процессор• выдача аналогового импульса секундной метки

Навигационный процессор (НП)

• определение орбиты КА• определение параметров дрейфа секундной метки• обмен информацией с центральным бортовым компьютером (ЦБК)


Имитационное оборудование

ЗАО “КБ НАВИС”

Spirent CPT, England

ОАО “МКБ “Компас”


Ошибки определения параметров движения

Ошибки в перицентре: 20 м и 0.02 м/с

Ошибки в апоцентре: 250 м и 0.03 м/с

Оскулирующие элементы орбиты на момент начальных условий

Элемент Значение Разм.

Полуось 26552.6 км

Долгота восходящего узла 128.4 град

Наклонение 63.4 град

Аргумент широты -89.9 град

Средняя аномалия -7.3 град

Истинная аномалия -52.2 град

Эксцентриситет 0.703

Время до прохождения перицентра 871.1 сек

Время до прохождения апоцентра 22400.9 сек

Период 12.0 час

Высота перицентра 1487.2 км

Высота апоцентра 38861.6 км


Возможности АСН-Е

• Поиск и прием сигнала на удалении до 70 тыс. км от Земли без априорных данных о движении навигационных спутников и орбите КА (“холодный старт”)

• Решение задач баллистики и управления на борту КА

• Точность и время первого определения после включения зависит от удаленности от поверхности Земли. На высотах до 3000 км время “холодного старта” составляет 10 минут, точность определения составляет 10 м по положению и 1 мм/c по скорости

• Учет в расчетах параметров работы двигательной установки

• Выдача импульса секундной метки

• АСН имеет массу 2.5 кг (полукомплект)

• Реализованная аппаратура рассчитана на установку в открытом космосе

• Срок службы АСН – 10 лет

• Возможность перепрограммирования на орбите

• Интерфейс мультиплексного канала обмена

• Подключение до 3-х принимающих антенн



Работа АСН-Е на стенде КПА

Спасибо за внимание


Автономная спутниковая навигационная система

Documents