Современные и перспективные интегрированные системы высокоточной навигации космических аппаратов на геостационарной и высоких эллиптических орбитах на основе использования ГНСС-технологий

• Автор: Кружков, Дмитрий Михайлович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 133 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
1. Глава. Техническая задача исследования. Формализация задачи
1.1. Выводы но Главе
2. Глава. Математические модели и алгоритмы, используемые при
решении сформулированных выше задач
2.1. Математические модели управляемого движения исследуемых объектов с учетом неконтролируемых факторов
2.1.1. Математическая модель функционирования КА на ГСО
2.1.2. Математическая модель функционирования КА на ВЭО
2.1.3. Математическая модель функционирования КА при выведении на ГСО
2.2. Математические модели аппаратных средств
2.2.1. Модель измерений ГНСС - приемника
2.2.2. Аппаратные средства для проведения межепутниковых измерений между КА на ГСО
и КА на ГСО или ВЭО
2.2.3. Модель измерений оптико-электронных астроприборов КА на ГСО и ВЭО.
2.2.4. Гироскопический стабилизатор
2.2.5. Г азореактивные двигатели
2.2.6. Стационарный плазменный двигатель
2.3. Выводы но главе
3. Глава. Программный имитационный комплекс для моделирования управления и иавгации КА на ГСО, ВЭО и при выведении на ГСО с использованием СПД
3.1. Общая архитектура ПМО
3.2. Взаимодействие классов
3.3. Выводы но Главе
4. Глава. Моделирование и анализ результатов
4.1. Процесс функционировании интегрированной системы КА на ГСО
4.1.1. Исходные данные
4.1.2. Анализ результатов
4.2. Процесс функционирования интегрированной системы КА при выведении на ГСО
4.2.1. Исходные данные
4.2.2. Анализ результатов
4.3. Процесс функционирования интегрированной системы КА на ВЭО
4.3.1. Исходные данные
4.3.2. Анализ результатов
4.4. Требования к аппаратным средствам интегрированных систем навигации
< ' 4 4.5. Выводы но Главе
Заключение
Список источников

ВВЕДЕНИЕ
Одной из наиболее актуальных тенденций совершенствования спутниковых систем мониторинга, связи, навигации, телекоммуникаций и телевещания, мультимедиа и ретрансляции на геостационарной (ГСО) и высоких эллиптических орбитах (ВЭО) является постоянное повышение требований к точности поддержания расчетных параметров орбит или, иными словами, повышение требований к точности позиционирования центра масс целевого космического аппарата (КА) по компонентам положения и скорости, а также по параметрам ориентации (углам и угловым скоростям).
Причины такой тенденции связаны со следующими обстоятельствами:
• Рост международных требований к точности позиционирования целевых КА, в первую очередь, на геостационарной орбите;
• Повышение потребительских требований к качеству предоставляемых услуг соответствующими системами мониторинга, связи, вещания, навигации и ретрансляции, что связано, в свою очередь, с постоянно растущей конкуренцией на рынке этих услуг;
• Стремление к автономизации процессов выведения, коррекции орбиты и удержания в рабочей точке целевых КА на ГСО и ВЭО, с целыо снижения расходов на содержание наземной инфраструктуры. Реализация описанной тенденции требует совершенствования
алгоритмов выведения, коррекции орбиты и удержания целевых КА с точки зрения обеспечения повышенных требований по точности, а также автономности соответствующих процессов. Представляется очевидным, что такое совершенствование перечисленных выше алгоритмов невозможно, в свою очередь, без повышения точности решения навигационных задач в процессе выведения, коррекции орбиты и удержания целевых КА.
В конечном счете, точность решения навигационной задачи является ключевым моментом, определяющим требования к аппаратному составу и характеристикам соответствующих бортовых систем. Наиболее доступной для реализации возможностью обеспечить всевозрастающие требования по точности навигации является использование глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС). Известно, что при попытках использования таких технологий для решения задач навигации на ГСО и ВЭО возникает целый ряд новых технических проблем, связанных, в первую очередь, с анализом видимости соответствующих навигационных КА, а также с интеграцией данных, поступающих от бортового многоканального ГНСС-приемника и других аппаратных средств на борту целевого КА.
Из сказанного следует, что проблема повышения точности автономного решения навигационных задач целевых КА на ГСО и ВЭО является остроактуальной.
Настоящая работа посвящена формированию облика бортовых интегрированных навигационных систем, функционирующих с использованием ГНСС-технологий, применительно к рассматриваемым целевым КА на ГСО и ВЭО. Кроме того, рассматривается решение навигационной задачи автономными средствами в процессе выведения полезной нагрузки на ГСО с помощью стационарного плазменного двигателя (СПД) малой тяги.
В рамках данной работы понятие «облик» включает:
• архитектуру соответствующей системы;
• набор математических моделей, используемых для решения навигационной задачи;
• алгоритмы решения навигационной задачи;
• состав бортовых аппаратных средств и требования к их характеристикам.
В силу сложности обсуждаемых задач с точки зрения математических моделей управляемого движения соответствующих объектов с учетом
s-'=(4-^K2-(^a)2- площадь треугольника, вписанного в сектор видимого Солнца;
5.'“’' = Re2 -arccos^- j - площадь сектора Земли, затеняющего Солнце;
S" = ÇtJre2 -Ç2 - площадь треугольника, вписанного в сектор Земли, затеняющего Солнце;
A = xKA-tg(ri) - расстояние между центром Земли и центром видимого диска Солнца;
е K-R^ + à2 .

rj - угол между направлением на Солнце и на Землю;
Итоговое соотношение для расчета вектора ускорения, сообщаемого КА силой светового давления выглядит следующим образом:
K=h-c,^,~-^os((xs-xay(-xa)y[x^xsf
м ^ (18)

[ XКА - Xs - орт направления солнечных лучей со стороны КА.
Возмущения геопотенциала, вызванные приливными деформациями Земли, действующие на КА на ГСО, ВЭО и при выведении КА на ГСО
Как уже отмечалось выше, при решении задачи высокоточного моделирования «истинного» движения КА необходимо учитывать возмущения, обусловленные приливными деформациями Земли. Упомянутые возмущения определяются деформацией гравитационного поля Земли, вызванные влиянием следующих физических факторов:
• приливов в твердом теле Земли, возникающих в теле планеты под действием притяжения Луны и Солнца;
• полярного прилива, возникающего вследствие мгновенного смещения полюса планеты (мгновенной оси вращения Земли);