Резервные режимы ориентации спутников связи серии "Ямал" с использованием наземных радиоизмерений

• Автор: Сумароков, Антон Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 115 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ИЗМЕРЕНИЙ МОЩНОСТИ РАДИОСИГНАЛА.

1.1 Взаимосвязь координат

1.2 Решение задачи в плоскости.

1.2.1 Диаграмма направленности антенны спутника

1.2.2 Формирование измерений мощности сигнала

1.3 Учт кривизны поверхности Земли, анализ результатов

1.3.1 Каналы тангажа и крена отклонение от местной вертикали.

1.3.2 Канал рысканья вокруг местной вертикали

1.3.3 Формирование измерений мощности сигнала

1.4 Учт кривизны изолиний в месте расположения станции
1.5 Верификация модели измерений.
1.6 Обсуждение результатов первой главы
ГЛАВА 2.ПОСТРОЕНИЕ АЛГОРИТМА УПРАВЛЕНИЯ 3Х ОСНОЙ ОРБИТАЛЬНОЙ ОРИЕНТАЦИЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРИН1ЩПА НЕВОЗМУЩАЕМЫХ ГИРОСИСГЕМ.
2.1 Вывод уравнений динамического поведения спутника.
2.2 Аналитическое решение уравнений движения для осесимметричного тела. .
2.2.1 Решение однородной системы.
2.2.2 Решение неоднородной системы.
2.2.3 Результаты численного моделирования
2.2.4 Результаты натурных испытаний
2.3 Использование измерений угловых рассогласований в контуре управления .
2.3.1 Численное решение уравнений движения с коррекцией угловых рассогласований
2.3.2 Сравнение результатов импульсной и непрерывной коррекции ориентации КА
2.3.3 Результаты численного моделирования
2.3.4 Управление при недостаточном количестве измерений
2.4 Обсуждение результатов второй главы
ГЛАВА 3.ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАДИОПЕЛЕНГАТОРА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВОКРУГ ОСИ X.
3.1 Идентификация угловой скорости и момента трения в подшипниках маховиков
3.1.1 Блоксхема управления
3.1.2 Описание объекта управления и его бортовой модели
3.1.3 Анализ сходимости наблюдаемых переменных.
3.2 Использование измерений сигнала радиопеленгатора в контуре управления ориентацией.
3.2.1 Результаты математического моделирования.
3.2.2 Результаты натурных испытаний при поддержании орбитальной ориентации и коррекции орбиты
3.3 Обсуждение результатов третьей главы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


При применении измерений кинетического момента маховиков для оценки угловой скорости КА возникает параметрическая неопределенность, связанная с незнанием момента трения в подшипниках маховиков. В рамках поставленной задачи целью адаптации является идентификация момента трения в подшипниках маховиков. Адаптивный подход в теории управления начал применяться в -х годах прошлого века [], []. Строгое математическое обоснование адаптивный подход получил в работах А. Брайсона, Хо Ю-Ши [], [], [] и Р. Калмана [], [], [] и многочисленных работах других авторов. В современной теории управления разделяют два типа адаптивных систем, а именно адаптивные системы с эталонной моделью и адаптивные системы с настраиваемой моделью. Первоначально адаптивный подход применялся для управления реактивными самолетами и ракетоносителями, для парирования резких изменений динамических характеристик данных типов летательных аппаратов. Такие системы получили название адаптивных систем управления с эталонной моделью []. В данной работе адаптивное управление с эталонной моделью применяется в главе 2, где предлагаемый алгоритм управления основан на принципе невозмущаемой гиросистемы [2]-[4], вектор кинетического момента которой отличен от нуля и неподвижен в инерциальном пространстве. Позднее функционирование системы управления начали разделять на два процесса: идентификацию и управление. В данной работе этот подход применяется в главе 3 для идентификации моментов трения в подшипниках маховиков, что позволяет уменьшить динамическую ошибку ориентации КА. Помимо моментов трения в подшипниках маховиков построенный в данной работе адаптивный наблюдатель идентифицирует параметры углового движения спутника. Цель работы. Целью проведения настоящей работы является создание резервных алгоритмов управления угловым движением спутника связи, в случае отказов датчиков угловой скорости и звездных датчиков. В качестве первичной информации предполагается использовать измерения углов рассогласования, с формированные на Земле по данным изменения передаваемого спутником радиосигнала. Проблемами при реализации первого режима являются отсутствие достоверной модели поведения радиосигнала при отклонениях спутника от орбитальной ориентации и отсутствие алгоритма получения из радиоизмерений информации об угловом положении- спутника. Помимо этого, ввиду сильной зашумленности сигнала для его обработки требуется значительное время (до мин. КА орбитальной ориентации необходимо построить такой алгоритм управления, который позволит значительное время поддерживать ориентацию без использования какой-либо информации об угловых скоростях КА и его угловых отклонениях. КА от орбитальной ориентации. А для поддержания ориентации в отсутствие радиоизмерений предлагается использовать гироскопически стабилизируемые движения спутника-гиростата. Их исследование проводится в главе 2. Реализации второго режима препятствуют главным образом высокий уровень шумов как исходного сигнала, что требует значительного времени для его обработки, так и значительные шумы в информации об угловых отклонениях, поступающей на борт. Редкая периодичность сигнала не позволяет осуществлять демпфирование угловых колебаний КА за счет использования в контуре управления средней скорости между двумя последовательными измерениями. Это потребовало введения в контур управления наблюдателя, оценивающего угловые скорости КА, а также внутренние возмущающие моменты (Глава 3). Научная новизна. Данная работа освещает один из способов управления летательным аппаратом при неполном составе измерений и в условиях параметрической неопределенности. Для выделения из измерений мощности ретранслируемого радиосигнала информации об угловых ошибках отклонения объекта управления от орбитальной ориентации построена модель радиоизмерений. В рамках разработанной модели определено оптимальное расположение наземных станций измеряющих параметры сигнала и их необходимое количество. Найдено линейное приближение данной модели, позволяющее получить простой алгоритм получения из измерений мощности радиосигнала ошибок ориентации КА. Получена зависимость коэффициентов модели от широты и долготы месторасположения на поверхности Земли измеряющей станции.