Задачи навигации малого спутника при помощи ДУС и разнесенных спутниковых антенн

23 сентября 2015 года
Джепе Али
(аспирант 3-го года обучения, научный руководитель: д.ф.-м.н. А.А. Голован)

Работа посвящена построению математических моделей и алгоритмов решения задач навигации малого спутника при помощи датчиков угловой скорости (ДУС) и разнесенных спутниковых антенн, установленных на корпусе спутника, с учетом особенностей совместной обработки их измерений.

Исследуемая задача декомпозируется на две подзадачи:

1. задача определения траекторных параметров (параметров движения центра масс);
2. задача определения параметров ориентации (параметров движения вокруг центра масс) малого спутника.

Рассматривается два варианта использования спутниковых данных:

1. первичные спутниковые измерения – кодовые псевдодальности, доплеровские псевдоскорости и фазовые измерения;
2. вторичная информация СНС – координаты, относительные скорости, а в случае многоантенной СНС также информация о базовых векторах.

1-я задача состоит в определении траекторных параметров движения малого спутника, когда число видимых спутников может быть меньше 4-х, то есть когда информация СНС не регулярна. Для счисления модельной траектории объекта модельные уравнения движения искусственного спутника интегрируется методом Рунге-Кутта четвертого порядка. Выписываются линейные уравнения ошибок счисления траекторных параметров – уравнения в вариациях. Для оценивания ошибок привлекаются либо вторичная информация СНС – координаты, относительные скорости либо первичные спутниковые измерения: кодовые псевдодальности, доплеровские псевдоскорости. Особенностью этого алгоритма является то, что для исключения из модели задачи погрешностей часов спутникового приемника предлагается использовать первые разности первичных спутниковых измерений.

2-я задача состоит в определении параметров ориентации (параметров движения вокруг центра масс) малого спутника. Для моделирования углового движения объекта – модельная матрица ориентации корпуса спутника – интегрируется кинематическое уравнение Пуассона с помощью показаний ДУС и заданных начальных условий. Ошибка определения ориентации (кинематическая ошибка) характеризуется вектором малого поворота, поведение которого описывается кинематическим уравнением Пуассона в малом. Для оценивания кинематических ошибок привлекаются либо вторичная информация многоантенной СНС – гринвичские координаты базовых векторов, либо первичные фазовые измерения.

Также исследуется зависимость точности (качества) оценивания параметров редуцированных моделей (алгоритмов) от количества и распределения (по продольной/боковой оси) смещений, присущие в базовых векторах. Для этого проводится стохастический анализ точности редуцированных моделей и алгоритмов задачи ориентации на основе понятии стохастической меры оцениваемости.