«Актуальные проблемы ракетно-космического приборостроения и информационных технологий» 5-7 июня Москва Автономная спутниковая навигационная система Г.К. - презентация

1 «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 тел: (495)

2 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»

3 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 5-7 июня Москва слайд 3 из 14

4 Цель: Создание автономной бортовой навигационной системы определения орбиты КА Требования: Точность от 20 до 250 м по положению и от 3 до 3 см/c по скорости Предназначение: Орбита с высотой перицентра 1,5 тыс. км, с высотой апоцентра 39 тыс. км, наклонение 63,4 и периодом 12 часов Измерения:Использование сигналов ГЛОНАСС/GPS, предназначенных для наземного пользователя Требования к АСН-Е 5-7 июня Москва слайд 4 из 14

5 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 5-7 июня Москва слайд 5 из 14

6 Работа АСН на РБ «Фрегат» Выведение КА «Плеяды-1Б» Полигон ГКЦ, Куру 2012/12/ июня Москва слайд 6 из 14 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 Остаточные невязки: x, y, z, м Околокруговая орбита 681x695 км

7 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 5-7 июня Москва слайд 7 из 14 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

8 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) 5-7 июня Москва слайд 8 из 14

9 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) 5-7 июня Москва слайд 9 из 14

10 Имитационное оборудование ЗАО КБ НАВИС Spirent CPT, England ОАО МКБ Компас 5-7 июня Москва слайд 10 из 14

11 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 5-7 июня Москва слайд 11 из 14

12 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 5-7 июня Москва слайд 12 из 14

13 5-7 июня Москва слайд 13 из 14 Работа АСН-Е на стенде КПА

14 Спасибо за внимание 5-7 июня Москва слайд 14 из 14