КНВО-2011 10-14 октября Санкт - Петербург Автономная навигационная система космических аппаратов, работающая на орбитах с большим эксцентриситетом А.Г. - презентация

1 КНВО октября Санкт - Петербург Автономная навигационная система космических аппаратов, работающая на орбитах с большим эксцентриситетом А.Г. Тучин, Д.А. Тучин, В.С. Ярошевский Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН г. Москва, Россия тел: (495)

2 КНВО октября Санкт - Петербург слайд 2 из 12 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

3 КНВО октября Санкт - Петербург слайд 3 из 12 Цель: Создание автономной бортовой навигационной системы определения орбиты КА Требования: Точность 10 м по положению и 1 мм/c по скорости Предназначение: КА на низких околокруговых орбитах, КА на орбитах с большим эксцентриситетом (макс. удаление до 70 тыс. км), КА на геостационарных орбитах Измерения:Использование сигналов ГЛОНАСС/GPS, предназначенных для наземного пользователя Автономная система навигации

4 КНВО октября Санкт - Петербург слайд 4 из 12 Проблемы космического применения автономной системы навигации Традиционная Предлагаемая схема схема необходимость восстановления значений служебных параметров НЕТ ДА при определении орбиты ___________________________________ 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 и геостационарных орбит

5 КНВО октября Санкт - Петербург слайд 5 из 12 Описание алгоритма 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

6 КНВО октября Санкт - Петербург слайд 6 из 12 Модели учета возмущений в автономной системе навигации Учет влияния атмосферы Земли (ГОСТ Р ) 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)

7 КНВО октября Санкт - Петербург слайд 7 из 12 Функции элементов аппаратуры 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)

8 КНВО октября Санкт - Петербург слайд 8 из 12 Реализации бортовой автономной системы навигации АСН-Е совместно с РНИИ КП по заказу ЦНИИ «Комета» Борт-САН совместно с РНИИ КП по заказу НПЦ АП им. Н.А. Пилюгина

9 КНВО октября Санкт - Петербург слайд 9 из 12 Имитационное оборудование ЗАО КБ НАВИС Spirent CPT, England ОАО МКБ Компас

10 КНВО октября Санкт - Петербург слайд 10 из 12 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 ЭлементЗначениеРазм. Полуось км Долгота восходящего узла128.4град Наклонение63.4град Аргумент широты-89.9град Средняя аномалия-7.3град Истинная аномалия-52.2град Эксцентриситет0.703 Время до прохождения перицентра871.1сек Время до прохождения апоцентра сек Период12.0час Высота перицентра1487.2км Высота апоцентра км

11 КНВО октября Санкт - Петербург слайд 11 из 12 Возможности АСН 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. В случае ГСО, при отсутствии априорной информации, требуется 6 часов, точность первого определения составляет 2.5 км по положению. 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 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

12 КНВО октября Санкт - Петербург слайд 12 из 12 Спасибо за внимание

13 КНВО октября Санкт - Петербург Реконструкция ионосферы

14 КНВО октября Санкт - Петербург

15

16 Ионосферная задержка сигнала по трассе НКА-КА

17 КНВО октября Санкт - Петербург Модель ионосферной задержки сигнала по трассе НКА-КА

18 КНВО октября Санкт - Петербург Измеренное и расчетное значения ионосферной составляющей ошибки измерения псевдодальности КА Champ

19 КНВО октября Санкт - Петербург Разработаны алгоритмы и методы реконструкции ионосферы по данным сети наземных GPS-станций Предложенная модель расчета ионосферной задержки дает хорошее согласование с измерениями Разработанная методика использована при моделировании сигналов навигационных КА в части ионосферной задержки