Алгоритм спутниковой радионавигации низковысотного космического аппарата при перерывах в поступлении измерений

• Автор: Боровков, Владимир Алексеевич
• Шифр специальности: 05.07.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 180 с. : ил.

Перечень сокращений и условных обозначений

АСК абсолютная система координат

БКУ бортовой комплекс управления

БЦВМ бортовая цифровая вычислительная машина

ГЛОНАСС Глобальная навигационная спутниковая система

ГСК гринвичская система координат

ИСЗ искусственный спутник Земли

КА космический аппарат

КАДЗЗ космический аппарат дистанционного зондирования Земли

МНК метод наименьших квадратов

МДФ метод динамической фильтрации

ИБО навигационно-баллистическое обеспечение
НА навигационная аппаратура
НП навигационный приемник
НКА низковысотный КА
НС навигационный спутник
НКУ наземный комплекс управления
ОСК орбитальная система координат
ПДЦМ параметры движения центра масс
САН система автономной навигации
ССН система спутниковой навигации
СУД система управления движением
СРНС спутниковая радионавигационная система
ЦУП центр управления полетом
GPS Global Positioning System (глобальная система местоопределения)
СКО среднее квадратическое отклонение
t текущее время
t* время использования навигационной информации
cj(t*) навигационная оценка в момент времени t*
Y вектор положения КА
V вектор скорости КА
S6 баллистический коэффициент
Глава 1 Формулировка проблемы решения задачи спутниковой навигации в бортовом
комплексе управления низковысотных КА
1.1 Сравнительный анализ свойств существующих спутниковых радионавигационных систем
1.2 Анализ современной структуры построения ИБО при использовании СРНС
1.3 Математическая формулировка решения задачи спутниковой радионавигации НКА
1.3.1 Математическое описание алгоритма модели движения НКА
1.3.2 Математическая формулировка задачи обработки навигационных измерений навигационного приемника при потере свойств целостности СРНС
Выводы по первому разделу
Глава 2 Алгоритмы сглаживания навигационных решений и их использование при
потере целостности навигационного поля
2.1 Алгоритм сглаживания навигационных решений и оценка его эффективности
при стандартной схеме НБО
2.1.1 Описание сглаживающего алгоритма
2.1.2 Анализ эффективности использования алгоритма сглаживания в стандартной схеме НБО
2.2 Использование сглаживающего алгоритма для получения оценки вектора
состояния НКА на момент времени, удаленный от последнего измерения
2.2.1 Особенности реализации сглаживающего алгоритма
2.2.2 Сравнительный статистический анализ алгоритмов сглаживания
Выводы по второму разделу
Глава 3 Разработка регуляризирующего алгоритма получения навигационной оценки
на заданный момент времени
3.1 Выбор вида функционала для вычисления навигационной оценки НКА
3.2 Регуляризирующий алгоритм обработки навигационных измерений
3.3 Аналитическое исследование чувствительности алгоритма к выбору параметра регуляризации
3.4 Аналитическое исследование эффективности алгоритма на модельной задаче
3.4.1 Формирование рекомендаций по выбору параметра регуляризации
3.4.2 Формирование требований к точности навигационных измерений для эффективного функционирования регуляризирующего алгоритма
3.5 Численное исследование эффективности регуляризирующего алгоритма
3.5.1 Описание допущений, принимаемых при численном моделировании
3.5.2 Исследование эффективности регуляризирующего алгоритма при ошибках баллистического коэффициента
3.5.3 Исследование регуляризирующего алгоритма при ошибках модели геопотенциала
3.5.4 Численное моделирование при совместных ошибках модели поля Земли и ошибках баллистического коэффициента
3.6 Область использования регуляризирующего алгоритма и формирование
требований к БЦВМ для его реализации
Выводы по третьему разделу
Глава 4 Алгоритм обработки навигационной информации в условиях деградации
орбитальной группировки навигационных спутников
4.1 Анализ корреляционных матриц навигационных решений при различных созвездиях опрашиваемых НС
4.2 Анализ влияния статистических характеристик входной навигационной информации на точность навигационной оценки
4.3 Методика определения компонент ковариационных матриц навигационных
решений
4.4 Алгоритм получения навигационных решений при синтезированной ковариационной матрице
Выводы по четвертому разделу
Заключение
Список используемых источников
Приложения

Изменение величин среднеквадратических отклонений ошибок параметров прогнозируемого вектора в зависимости от величины интервала прогноза до Г происходит по закону, близкому к периодическому, с возрастанием по амплитуде в зависимости от интервала прогноза.
Ошибки навигации в прогнозе в существенной мере зависят не только от ошибок измерений, как это было показано выше. При использовании в структуре ИБО алгоритмов прогнозирования с моделями движения , Эд) с неточными параметрами существенно
возрастает ошибка навигации, как для оценки с|м на момент времени 1ц, так и навигационного вектора , 5д) на момент времени 1* . Доля ее влияния для некоторых
классов орбит функционирования КАДЗЗ существенна.
Оценим влияние ошибки модели движения и схемы навигационных измерений на точность навигационной оценки, вычисляемой навигационным алгоритмом сглаживания на момент времени
Приведем результаты моделирования алгоритма получения навигационной оценки для рассматриваемой орбиты. При этом ошибки навигационных измерений полагались равными
нулю (т.е. аХ) -аУ] =а2] =0 м, = 0 ). В таблице 2.1 представлены
ошибки параметров навигационных измерений на момент последнего измерения 1ц в ОСК для различных вариантов ошибок модели движения и схем навигационных измерений. При моделировании истинные вектора навигационных измерений я® рассчитывались с нулевой ошибкой Д8б=0 при Бвном =0.03 м3/кг-с2 и 16-тью гармониками в разложении геопотенциала. Ошибки вычислялись в виде отклонения в ОСК от истинного вектора навигационной оценки Ям, вычисленного алгоритмом сглаживания с различными ошибками модели (ЛЭд = ^-Эбном, £=0,1; 0,2 ;0,3 с использованием количества гармоник 4 и 8 штук).
Анализ ошибок приведенных в таблице 2.1, показывает, что ошибки навигационной оценки Ям алгоритма сглаживания меньше или того же порядка, как и ошибки навигационных векторов, полученных из НП.
Исследуем влияние ошибок модели движения на точность навигационных векторов 4(0 =^(1*,^м,5б) при интервале изменения Г до 16-ти витков.
На рисунках 2.4,2.5,2.6,2.7,2.8 показаны графики роста ошибок в ОСК в прогнозе для 5-ти отмеченных вариантов во втором столбце таблицы 2.1. Анализ графиков изображенных на рисунках 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, позволяет сделать вывод, что ошибки (в первую очередь, по х и г) навигационного вектора при его прогнозировании,