Содержание к диссертации
Введение 4
Глава 1. Алгоритмы определения служебных параметров приемника по
измерениям псевдоскорости и псевдодальности 9
1.1. Назначение, состав и общая характеристика систем спутниковой
навигации > 9
Принципы функционирования 12
Бортовая навигационная система 15
Схема обработки сигналов для космического пользователя 22
Вычисление вектора состояния НКА GPS по эфемеридным данным.. .,,.24
Измерения псевдоскорости и псевдодальности. Служебные параметры..28
Алгоритм определения служебных параметров приемника 30
Результаты определения служебных параметров приемника 36
Статистическая оценка точности определения вектора состояния 38
Глава 2. Статистические модели служебных параметров. Источники ошибок
измерений. Статистические модели ошибок измерений , 42
Статистические модели поведения служебных параметров 42
Источники ошибок измерений. Эфемеридная ошибка 44
Ионосферная задержка 47
Тропосферная задержка 48
Статистическая модель ошибок измерений псевдодальности 50
Проверка модели 53
Глава 3. Моделирование измерений. Ионосферная составляющая измерений
на борту КА 58
3.1. Моделирование измерений 58
3.2. Ионосферная составляющая измерений псевдодальности околоземных
космических аппаратов 60
3.3. Построение реконструкции ионосферы > 61
Определение задержки сигнала НКА-КА в ионосфере 64
Ионосферная ошибка измерений бортового приемника КА Champ 67
Формирование весовых коэффициентов измерений псевдодальности 72
Глава 4, Алгоритмы определения , 73
Модель измерений. Измерение псевдоскорости 73
Разностное измерение псевдоскорости , 75
Приращение измерения псевдоскорости 75
Измерение псевдодальности 76
Разностное измерение псевдодальности 77
Приращения измерения псевдодальности 77
Модель динамической системы 78
4.S. Функционал оценки 80
4.9. Алгоритм оценки вектора состояния КА 82
4.10. Контроль качества измерений 86
4.11. Исследования точности определения параметров движения КА по
измерениям псевдоскорости и псевд о дальности. Основные модели.. 87
4.12. Низкая околокруговая орбита 91
4ЛЗ. Эксцентричная орбита 96
4.14. Геостационарная орбита 102
4.15. Результаты численного моделирования 103
Заключение 107
Литература 108
Введение к работе
Работа посвящена разработке методов и алгоритмов автономного определения параметров движения околоземного космического аппарата (КА) по измерениям систем спутниковой навигации»
Навигация является основой для управления КА. В последнее время актуальными стали задачи создания бортовых навигационных систем. Она является основой для управления космическим экспериментом на борту КА, является неотъемлемой частью интерпретации результатов этих экспериментов. Это связано с тем, что при большом положительном опыте обеспечения навигации КА сетью наземных станций траекторных измерений, имеются сложности в применении этой сети. Сеть наземных станций России размещена на ограниченной территории и не может обеспечить проведение измерений в любой точке орбиты» Поддержание, развитие и эксплуатация наземного сегмента управления КА составляют значительную часть стоимости космических проектов. Использование космических систем спутниковой навигации, ориентированных на наземного пользователя открывает широкие возможности построения бортовых систем навигации КА. Это определяет актуальность задачи разработки надежных методов построения бортовых навигационных алгоритмов для широкого класса космических аппаратов, включая низкие околокруговые, эксцентричные и геостационарные. Автономная навигационная система позволяет повысить точность и оперативность по сравнению с наземным сегментом управления и сократить затраты на баллистико-навигационное обеспечение лолета КА,
Научная новизна работы состоит в предложенных методах и алгоритмах определения орбиты КА, использующих законы динамики движения непосредственно при обработке первичных измерений псевдоскорости и псевдодальности.
Основная сложность при решении навигационной задачи по первичным измерениям псевдоскорости и псевдодальности состоит в том, что наряду с
кинематическими параметрами требуется определять три служебных параметра, характеризующих работу измерителя. В диссертационной работе предложены алгоритмы определения служебных параметров на протяженном по времени интервале измерений.
Алгоритмы, представленные в диссертационной работе не предъявляют высоких требований по количеству одновременно видимых навигационных КА. Представленные алгоритмы обеспечивают устойчивость по отношению к сбойным измерениям. Преимуществом предложенной схемы является возможность применения системы для эксцентричных и геостационарных орбит.
Разработанные алгоритмы положены в основу автономной навигационной системы КА, создаваемой в ИПМ им» М.В. Келдыша совместно с организациями промышленности,
В настоящее время в космосе работают спутниковые навигационные системы OPS, ГЛОНАСС, в перспективе - GALILEO, Эти системы широко и успешно используются в морской навигации, в авиации, в мониторинге автомобильного транспорта, а также в геодезии, строительстве, мониторинге подвижек земной коры. Надежность существующих наземных систем такова, что они применяются в автоматических контурах управления.
Актуальной стала задача применения технологии систем спутниковой навигации в бортовых автономных навигационных системах околоземных КА различного назначения, КА, разрабатываемые в США, Франции, Германии и Европейском космическом агентстве, оснащаются системами автономной навигации, основанными на использовании спутниковых навигационных систем. Традиционные алгоритмы основаны на тех же принципах, что и в приемниках наземного применения, или их модификации. После получения вектора состояния и его ковариационной матрицы происходит их увязка законами динамики полета (сглаживание) и определение параметров орбиты. Таким образом, определение параметров движения КА находится в прямой
6 зависимости от возможности определения вектора состояния по одномоментным измерениям. Это приводит к тому» что даже при наличии качественных измерений псевдоскорости и псевдодальности от трех навигационных КА становится невозможным определение параметров движения КА. Традиционные схемы алгоритмов в составе автономных навигационных систем ориентированы на КА, которые не удаляются от поверхности Земли более чем на 2000 км, и тем самым не выходят за пределы непрерывного навигационного поля.
Использование средств космической навигации в сложных технических системах, к которым относятся бортовые системы управления КА, требует высокой надежности работы бортовой автономной навигационной системы. Работа бортовой навигационной системы не должна жестко зависеть от количества одновременно видимых навигационных КА, от геометрического расположения навигационных КА, наличия составляющей ионосферной ошибки измерений, кратковременных сбоев в работе и др. Создание автономной бортовой навигационной системы, предназначенной для обеспечения данными бортового комплекса управления^ является задачей, имеющей большую практическую значимость.
В диссертационной работе представлены алгоритмы определения параметров движения КА для автономной навигационной системы по радиотехническим измерениям псе вдо скорости и п се вд о дальности систем космической навигации. Алгоритмы предназначены для определения параметров движения КА на пассивных участках его полета для низких околокруговых, эксцентричных и геостационарных орбит.
Основой для созданных алгоритмов стало априорное знание о характере поведения служебных параметров. Поведение каждого служебного параметра во времени представляет собой случайный процесс. Предложенные в работе модели, описывающие эти случайные процессы, и методы определения
параметров этой модели, используются в алгоритмах определения параметров движения,
В первой главе разработаны алгоритмы определения служебных параметров по измерениям псевдоскорости и псевдодальности [1]. Получены апостериорные оценки точности определения вектора состояния наземных приемников, что представляет самостоятельный интерес.
Вторая глава посвящена построению статистических моделей ошибок измерений. Статистические модели построены по результатам обработки измерений годовой мерной базы наземного приемника, сконструированного и изготовленного в РНИИ Космического приборостроения и установленного в ИПМ, а также трех различных приемников зарубежного производства [2], [3],
[4].
Построение априорных оценок точности и отладка алгоритмов требуют построения системы моделирования работы приемника на боргу КА. В одночастотных приемниках, используемых на борту КА, существенный вклад в ошибку измерений псевдодальности вносят ионосферные составляющие. В третьей главе рассмотрены алгоритмы моделирования ионосферной составляющей ошибки и формирования априорного веса измерений псевдодальности с ее учетом [5]. Рассмотрена схема построения комплекса моделирования [6].
В четвертой главе построены алгоритмы определения параметров движения КА [6]. Приведены результаты работы алгоритмов на модельных измерениях. Приведены методы, алгоритмы и результаты априорных оценок точности предложенных алгоритмов [7]. Предложенный алгоритм определения параметров движения КА основан на методе, предложенном в работе [8]. Отличительной особенностью решаемой задачи является то, что наряду с кинематическими параметрами КА уточняются служебные параметры, описывающие состояние приемника. Закон поведения служебных
s параметров описывается авторегрессией, параметры которой приведены во второй главе.
Похожие диссертации на Автономное определение параметров движения околоземного космического аппарата по измерениям спутниковых навигационных систем
