Путешествие в космос - Баллистика и навигация космических аппаратов - 13.5. Измерение и оптимальное оценивание параметров сближения при выполнении маневров КА

Баллистика и навигация космических аппаратов

13.5. Измерение и оптимальное оценивание параметров сближения при выполнении локальных маневров КА

Реализация метода свободных траекторий требует, как следует из анализа отвечающего ему алгоритма, использования следующей информации:

► о параметрах орбиты пассивного КА (в случае квазикруговой монтажной орбиты — только об угловой орбитальной скорости

);

► о направлении местной вертикали, соответствующем местоположению каждого из КА, участвующих в операции встречи;

► о полном векторе относительного фазового состояния центра масс сближаемого (активного) КА;

► о полном времени выполнения маневра и времени, оставшегося до окончания маневра.

Указанная информация предназначена для построения ОСК на каждом из аппаратов, для согласования сопровождающих систем (приведения осей сопровождающей системы координат активного КА к осям ОСК пассивного аппарата), учета относительного гравитационного ускорения при бортовой реализации алгоритмов наведения, определения программных и корректирующих управлений.

В зависимости от конкретного способа получения навигационной информации различают две схемы [23] управления встречей КА по рассматриваемому методу: наведение «на себя» и на ведение на пассивный «молчащий» аппарат.

При наведении «на себя» измерение параметров относительного движения КА осуществляют на пассивном аппарате, там же производят определение программных и корректирующих управлений для активного КА. Данную информацию совместно с информацией о текущей ориентации ОСК пассивного аппарата передают по командной радиолинии на активный КА. В этом случае на активном КА в качестве измерительных устройств могут быть использованы только построитель местной вертикали с гироорбитой (для построения сопровождающей системы координат, согласованной с ОСК пассивного аппарата) и три интегрирующих акселерометра, установленных по осям связанной системы координат, предназначенных для определения момента окончания работы двигательной установки («отсечки» тяги двигателя) при формировании программных и корректирующих управлений.

Такая схема наведения наилучшим образом отвечает выполнению маневра встречи ТК с ОС при обеспечении мягкого контакта. Очевидно, что ОС обладает существенно большими возможностями по проведению измерительных и расчетно-вычислительных операций, чем меньший по размерам и массе ТК. Поэтому естественным представляется возложение на бортовой комплекс ОС полного решения навигационной задачи. Однако следует иметь в виду, что реализация рассмотренной схемы наведения далеко не всегда выполнима.

Действительно, не исключена возможность, когда в силу определенных обстоятельств (наличие помех, выход из строя командной радиолинии, наличие нештатной ситуации и т. д.) может оказаться необходимым полностью автономное (в смысле отсутствия обмена информацией) наведение активного КА на «молчащий» пассивный аппарат с целью осуществления маневра с зависанием. В этом случае вся измерительная аппаратура, в том числе и радиолокационный координатор, должна располагаться на борту активного КА. При этом существенно усложняется структура и характер вычислений, проводимых в БЦВМ для решения навигационной задачи. Указанное усложнение связано прежде всего с необходимостью определения в каждый текущий момент времени ориентации ОСК пассивного аппарата. Особенно эта задача усложняется, если пассивный аппарат не переведен на квазикруговую монтажную орбиту и продолжает оставаться на рабочей эллиптической орбите. В результате на борту активного КА необходимо будет решать в реальном масштабе времени задачу текущего определения орбиты пассивного КА относительно планеты и местоположения аппарата на ней по данным, сообщаемым с наземного КИК.

При использовании лучевой (визирной) системы координат необходимость в определении направления местной вертикали для каждого из объектов встречи не возникает. Построение лучевой системы осуществляют с помощью следящего радиолокатора с автосопровождением пассивного КА по угловым координатам. Для построения ЛCK на борту КА необходимо иметь информацию о направлении линии визирования относительно связанных осей и данные о величине в направлении угловой скорости вращения этой линии в инерциальном пространстве.

Конкретным примером системы управления сближением, использующей лучевую систему координат, может служить система, установленная на КА типа «Союз».

В качестве измерительных элементов в системе использовались следующие датчики:

► радиотехнические датчики ориентации со сферическим полем зрения, с которых снималась информация об относительных углах тангажа и рыскания;

► радиотехнический датчик относительного угла крена;

► датчики угловых скоростей (ДУС), предназначенные для измерения проекций вектора абсолютной угловой скорости вращения аппарата относительно его центра масс на оси связанной системы координат;

► радиолокационное устройство для измерения относительной дальности и радиальной скорости сближения и определения составляющих угловой скорости линии визирования, а также углов между линией визирования и связанными осями активного КА.

В режиме ручного управления (на этапе причаливания) в качестве дополнительных измерительных элементов используют оптический визир-ориентатор и телевизионную установку. Участок причаливания начинается при относительной дальности порядка 300...350 м и радиальной скорости сближения около 3 м/с. На этом участке построение плоскости наведения не производят, а согласование взаимного положения аппаратов по крену осуществляют с помощью радиотехнического датчика относительного угла крена, функционирующего только на этом участке.

Важной составной частью общего алгоритма решения навигационной задачи является математическая обработка поступивших результатов измерений, которые иначе называют оцениванием переменных состояния сближаемых ка. Процесс обработки измсреиий обычно подразделяют на два этапа: первичную и вторичную обработку.

Первичную обработку не относят собственно к процедуре оценивания. Ее цель — выделение полезного сигнала из выходного сигнала приемника, а в ряде случаев (при интервальной обработке) также отбраковка результатов аномальных измерений и сглаживание поступающей информации.

Целью вторичной обработки является улучшение качества информации о реализации процесса сближения, используемой при решении задачи наведения и получаемой по результатам измерений параметров относительного движения КА или их функций. При этом улучшение качества информации следует рассматривать в двух аспектах: во-первых, с позиций восстановления неизмеряемьгх параметров движения или их функций при малоинформативных прямых измерениях; во-вторых, с позиций получения наиболее вероятных значений параметров (в смысле принятого критерия) по результатам измерений, носящих случайный характер.

Первому подходу отвечает задача наблюдения, базирующаяся на использовании метода косвенных измерений и понятия наблюдаемости как фундаментального свойства динамических систем. Второму — задача оптимальной фильтрации. В рамках последней, применительно к решению задач локального маневрирования, так же как и при решении задач определения орбит по результатам наблюдений, рассматривают два различных метода, относящихся к рекуррентной (точечной) и групповой (интервальной) обработке.

<<<Назад Страница 117 Далее>>>

WalkInSpace.Ru

Правила:

«Путешествие в космос» © 2024

Использование материалов допускается при условии указания авторства WalkInSpace.ru и активной ссылки на www.WalkInSpace.ru.

Используются технологии uCoz