RU2517018C2 - Method for automatic compensation of strapdown attitude reference system errors in spacecraft orientation control system and apparatus realising said method - Google Patents

Method for automatic compensation of strapdown attitude reference system errors in spacecraft orientation control system and apparatus realising said method Download PDF

Info

Publication number
RU2517018C2
RU2517018C2 RU2012123083/11A RU2012123083A RU2517018C2 RU 2517018 C2 RU2517018 C2 RU 2517018C2 RU 2012123083/11 A RU2012123083/11 A RU 2012123083/11A RU 2012123083 A RU2012123083 A RU 2012123083A RU 2517018 C2 RU2517018 C2 RU 2517018C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
angular velocity
spacecraft
orientation
sensors
astroorientation
Prior art date
Application number
RU2012123083/11A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012123083A (en
Inventor
Виктор Сергеевич Рябиков
Рашит Салихович Салихов
Любовь Михайловна Морозова
Леонид Иосифович Нехамкин
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт электромеханики" (ОАО "НИИЭМ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт электромеханики" (ОАО "НИИЭМ") filed Critical Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт электромеханики" (ОАО "НИИЭМ")
Priority to RU2012123083/11A priority Critical patent/RU2517018C2/en
Publication of RU2012123083A publication Critical patent/RU2012123083A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2517018C2 publication Critical patent/RU2517018C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Navigation (AREA)

Abstract

FIELD: physics, navigation.
SUBSTANCE: group of inventions relates to spacecraft strapdown attitude reference systems (BSO) with gyro-inertial and astro-navigation elements The disclosed method involves compensating BSO errors caused by systematic errors of angular velocity sensors. The method is based on comparing readings of angular velocity sensors and astroorientation sensors. An estimate of the angular velocity sensor error is generated by isodromic transformation of the result of comparing signals of the angular position of the spacecraft, measured by an astroorientation sensor unit and calculated in a BSO computer based on the angular velocity sensor readings. The angular velocity sensor error estimate signal at the output of the isodromic link is generated while connecting to the astroorientation sensor unit control. That signal is stored over the duration of disconnection from the astroorientation sensor unit control. The obtained signal is simultaneously subtracted from the angular velocity sensor readings continuously. Said angular velocity sensor readings reflect the absolute angular velocity of the spacecraft and the error caused by systematic errors. The apparatus which realises the disclosed method comprises a BSO, an astroorientation sensor unit and actuating devices. The gyro-inertial measurement unit of the BSO consists of single-component angular velocity sensors. A computer integrates kinematic equations based on information from the angular velocity sensors. Computer modules include isodromic links, adders and comparator elements.
EFFECT: high accuracy of spacecraft orientation in continuous operating mode of the spacecraft owing to constant automatic compensation of BSO errors.
2 cl, 1 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано в системе управления ориентацией космических аппаратов (КА) на базе бесплатформенной системы ориентации.The invention relates to space technology and can be used in a spacecraft (SC) orientation control system based on a strapdown orientation system.

Уровень техникиState of the art

Аналоги систем управления ориентацией, как правило, содержат датчики углового положения, датчики угловых скоростей, вычислительные устройства или бортовые вычислительные машины и исполнительные органы (Раушенбах Б.В., Токарь Е.Н. Управление ориентацией космических аппаратов. - М.: Наука, 1974; Алексеев К.Б., Бебенин Г.Г. Управление космическими летательными аппаратами. - Машиностроение, 1974; Васильев В.Н. Системы ориентации космических аппаратов. - М.: ФГУП «НПП ВНИИЭМ», 2009).Analogs of orientation control systems, as a rule, contain angular position sensors, angular velocity sensors, computing devices or on-board computers and executive bodies (Raushenbakh B.V., Tokar E.N. Spacecraft orientation control. - Moscow: Nauka, 1974 ; Alekseev KB, Bebenin GG Control of spacecraft. - Engineering, 1974; Vasiliev VN. Orientation systems for spacecraft. - M.: FSUE NPP VNIIEM, 2009).

В настоящее время в связи с совершенствованием бортовых вычислительных машин и применением высокоточных датчиков угловых скоростей в системах управления ориентацией КА используют способ управления, в котором вычисление параметров ориентации и формирование управляющих сигналов на исполнительные органы осуществляют на базе бесплатформенных систем ориентации. При этом сигналы угловых рассогласований бесплатформенных систем ориентации для определения ориентации КА могут быть получены вычислениями в вычислительных устройствах по измерениям угловой скорости с помощью датчиков угловых скоростей путем непрерывного интегрирования кинематических уравнений углового движения КА (см. Бранец В.Н., Шмыглевский И.П. Введение в теорию бесплатформенных инерциальных навигационных систем. - М.: Наука, 1992; Пельпор Д.С. Гироскопические системы. - М.: Высшая школа, 1988).Currently, in connection with the improvement of on-board computers and the use of high-precision angular velocity sensors in spacecraft orientation control systems, a control method is used in which the orientation parameters are calculated and control signals are generated by the executive bodies on the basis of strapdown orientation systems. In this case, the signals of the angular mismatches of the strapdown orientation systems for determining the orientation of the spacecraft can be obtained by calculations in the computing devices for measuring the angular velocity using angular velocity sensors by continuously integrating the kinematic equations of the angular motion of the spacecraft (see Branets V.N., Shmyglevsky I.P. Introduction to the theory of strapdown inertial navigation systems. - M .: Nauka, 1992; Pelpor D.S. Gyroscopic systems. - M .: Higher school, 1988).

Недостатком является необходимость внешней коррекции ошибок бесплатформенной системы ориентации, поскольку при интегрировании кинематических уравнений углового движения КА неизбежно накапливаются ошибки от погрешностей гироинерциальных датчиков угловых скоростей и погрешностей вычислений. Компенсацию ошибок бесплатформенной системы ориентации, как правило, осуществляют с использованием показаний точных датчиков астроориентации.The disadvantage is the need for external error correction of the strapdown orientation system, since integration of the kinematic equations of the angular motion of the spacecraft inevitably accumulates errors from the errors of gyro-inertial sensors of angular velocities and calculation errors. Compensation of errors in the strapdown orientation system is usually carried out using the readings of accurate astro-orientation sensors.

Известен способ ориентации КА и устройство, реализующее этот способ. по патенту на изобретение РФ №2375269. Способ включает измерение параметров углового движения КА, формирование и выдачу на исполнительные органы управляющих сигналов. При этом обеспечивают циклический расчет моментов времени последующих циклов формирования и выдачи управляющих сигналов КА. На период отсчета текущего времени включают аппаратуру ждущего и выключают аппаратуру штатного режимов работы системы ориентации. При совпадении текущего времени с расчетным временем последующего цикла включают аппаратуру штатного и выключают аппаратуру ждущего режимов работы. Измеряют параметры углового движения КА, формируют и выдают на исполнительные органы необходимые управляющие сигналы. Устройство ориентации КА может быть выполнено в виде бесплатформенной инерциальной системы управления. Оно содержит центральный блок управления, измерители угловой скорости, датчики внешней информации и исполнительные органы. В него дополнительно введены блоки управления измерителей угловой скорости, блоки управления датчиками внешней информации и программно-временное устройство. Данные блоки и устройство соединены друг с другом и остальными элементами системы управления в соответствии с реализуемым способом.A known method of orienting a spacecraft and a device that implements this method. according to the patent for the invention of the Russian Federation No. 2375269. The method includes measuring the parameters of the angular motion of the spacecraft, forming and issuing control signals to the executive bodies. At the same time, they provide a cyclic calculation of the time instants of subsequent cycles of the formation and generation of spacecraft control signals. For the reference period of the current time, the equipment is on and the equipment for normal operation modes of the orientation system is turned off. If the current time coincides with the estimated time of the next cycle, turn on the standard equipment and turn off the equipment of standby operation modes. Measure the parameters of the angular motion of the spacecraft, form and issue the necessary control signals to the executive bodies. The spacecraft orientation device can be made in the form of a strapdown inertial control system. It contains a central control unit, angular velocity meters, external information sensors and executive bodies. In addition, control units for angular velocity meters, control units for external information sensors, and a program-time device have been added. These blocks and the device are connected to each other and other elements of the control system in accordance with the implemented method.

Недостатком является цикличность работы в штатном режиме, то есть не обеспечивается нужная точность ориентации при непрерывном режиме эксплуатации.The disadvantage is the cyclical operation in normal mode, that is, the desired orientation accuracy is not provided during continuous operation.

Наиболее близким техническим решением является способ калибровки гироинерциальных измерителей бесплатформенной системы ориентации КА по патенту РФ №2092402, выбранный авторами за прототип. Способ заключается в калибровочных разворотах КА вокруг осей крена и тангажа с визированием заданных астроориентиров перед началом каждого разворота и последующем вычислении погрешности блока гироинерциальных измерителей, составленного из однокомпонентных датчиков угловой скорости, а также компенсации влияния постоянных уходов гироинерциальных измерителей (датчиков угловой скорости) как составляющей погрешности в их выходном сигнале. При этом калибровочные развороты осуществляют путем трех последовательных плоских вращений КА вокруг осей крена, рыскания и тангажа связанной с объектом ориетации системы координат на заданный угол, с визированием двух заданных астроориентиров с помощью датчиков астроориентации перед началом и после окончания каждого из калибровочных разворотов КА, после чего по измерительной информации, полученной в результате астровизирования, и информации, полученной с помощью бесплатформенной системы ориентации, оценивают величины погрешностей датчиков угловой скорости.The closest technical solution is a method for calibrating gyro-inertial meters of the strapdown spacecraft orientation system according to RF patent No. 2092402, chosen by the authors for the prototype. The method consists in calibrating spacecraft turns around the roll and pitch axes with the sighting of the given astro-orientations before the start of each turn and the subsequent calculation of the error of the gyro-inertial gauge unit composed of one-component angular velocity sensors, as well as the compensation of the influence of the constant departures of the gyro-inertial gauges (angular velocity sensors) as a component of the error in their output. In this case, the calibration turns are carried out by three consecutive plane rotations of the spacecraft around the roll, yaw and pitch axes of the coordinate system associated with the object of orientation by a given angle, with the sight of two specified astronomical points using astro-orientation sensors before and after each of the spacecraft’s calibration turns, after which according to the measuring information obtained as a result of astrovization and information obtained using the strapdown orientation system, the error values are estimated sensors of angular velocity.

Система, реализующая этот способ, содержит блок датчиков астроориентации, запоминающее устройство, предназначенное для хранения каталога астроориентиров, вычислительное устройство определения астроориентации КА, блок гироинерциальных измерителей, составленный из трех однокомпонентных датчиков угловой скорости, бесплатформенную инерциальную систему, осуществляющую интегрирование кинематических уравнений по информации об абсолютной угловой скорости объекта ориентации, исполнительные органы, осуществляющие калибровочные развороты космического аппарата вокруг осей крена, рысканья и тангажа связанной с КА системой координат.The system that implements this method contains a block of astroorientation sensors, a storage device designed to store a catalog of astroorientations, a computing device for determining the astroorientation of a spacecraft, a block of gyroinertial meters, composed of three one-component angular velocity sensors, a strapdown inertial system that integrates kinematic equations according to information about absolute the angular velocity of the orientation object, the executive bodies performing the calibration spreads You are the spacecraft around the roll, yaw and pitch axes of the coordinate system associated with the spacecraft.

Недостатком является необходимость проведения достаточно продолжительных по времени калибровочных вращений КА. Учитывая, что параметры гироскопов в течение эксплуатации могут изменяться, например, вследствие деградации, то калибровочные развороты необходимо регулярно повторять, при этом в результате не обеспечивается необходимая точность ориентации в непрерывном режиме эксплуатации КА. Кроме того, потеря времени на калибровочные вращения может создавать значительные неудобства целевого использования КА и, кроме того, приводить в этих режимах к повышенному энергопотреблению системой управления ориентацией КА.The disadvantage is the need for sufficiently long calibration rotations of the spacecraft. Given that the parameters of gyroscopes during operation can change, for example, due to degradation, the calibration turns should be repeated regularly, while the required accuracy of orientation in the continuous operation of the spacecraft is not ensured. In addition, the loss of time for calibration rotations can create significant inconvenience to the target use of the spacecraft and, in addition, in these modes lead to increased power consumption by the spacecraft orientation control system.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Целью заявляемого изобретения является обеспечение высокой точности управления ориентацией КА при непрерывном режиме эксплуатации КА за счет постоянной автоматической компенсации ошибки.The aim of the invention is to provide high accuracy control the orientation of the spacecraft in a continuous mode of operation of the spacecraft due to the constant automatic compensation of errors.

Поставленная цель достигается тем, что осуществляют непрерывную автоматическую компенсацию ошибок бесплатформенной системы ориентации, вызванных низкочастотными составляющими систематических погрешностей датчиков угловых скоростей, которые являются основными источниками погрешностей.This goal is achieved by the fact that they provide continuous automatic compensation for errors of the strapdown orientation system caused by low-frequency components of the systematic errors of the angular velocity sensors, which are the main sources of errors.

Применение данного способа обеспечивает необходимую точность систем управления ориентацией КА, при этом, в отличие от прототипа, не требуется проведение калибровочных вращений КА, а значит увеличивается время полезного использования КА и снижается энергопотребление.The application of this method provides the necessary accuracy of the spacecraft orientation control systems, while, unlike the prototype, calibration spacecraft rotations are not required, which means the spacecraft’s useful life is increased and its energy consumption is reduced.

Сущность изобретения заключается в том, что предлагаемый способ автоматической компенсации ошибок бесплатформенной системы ориентации, входящей в систему управления ориентацией КА (вызванных систематическими погрешностями блока гироинерциальных измерителей, составленного из однокомпонентных датчиков угловой скорости), основан на сравнении показаний датчиков угловой скорости и блока датчиков астроориентации, установленных на общем базовом основании и ориентированных определенным образом относительно осей связанной системы координат КА. При этом используют сигнал оценки погрешности датчиков угловой скорости, который формируют путем изодромного преобразования сигнала, получаемого в результате сравнения сигналов, характеризующих угловое положение КА, измеренное блоком датчиков астроориентации, с угловым положением, вычисленным в вычислительном устройстве бесплатформенной системы ориентации по показаниям датчиков угловой скорости. Сигнал оценки погрешности датчиков угловой скорости на выходе изодромного звена формируют во время подключения к управлению блока датчиков астроориентации, запоминанают его на время отключения от управления блока датчиков астроориентации и одновременно осуществляют непрерывное вычитание полученного сигнала оценки погрешности датчиков угловой скорости из показаний датчиков угловой скорости, в составе которых отражены абсолютная угловая скорость КА и ошибка, вызванная систематическими погрешностями датчиков угловой скорости.The essence of the invention lies in the fact that the proposed method for automatically compensating for errors of the strapdown orientation system included in the spacecraft orientation control system (caused by systematic errors of the gyro-inertial measuring unit composed of single-component angular velocity sensors) is based on comparing the readings of the angular velocity sensors and the astro-orientation sensor block, established on a common base and oriented in a certain way relative to the axes of the associated coordinate system INAT spacecraft. In this case, an error estimation signal of the angular velocity sensors is used, which is generated by isodromic conversion of the signal obtained by comparing signals characterizing the angular position of the spacecraft measured by the astroorientation sensor unit with the angular position calculated in the computing device of the strapdown orientation system according to the readings of the angular velocity sensors. The signal for estimating the error of the angular velocity sensors at the output of the isodromic link is generated when the astroorientation sensor unit is connected to the control unit, it is stored for the time that the astroorientation sensor unit is disconnected from the control unit, and at the same time, the obtained signal for evaluating the error in the error of the angular velocity sensors from the readings of the angular velocity sensors is continuously which reflect the absolute angular velocity of the spacecraft and the error caused by the systematic errors of the angular velocity sensors.

Таким образом, автоматически и непрерывно компенсируют ошибки бесплатформенной системы ориентации, вызванные систематическими погрешностями датчиков угловой скорости, как во время подключения к управлению, так и во время отключения от управления блока датчиков астроориентации.Thus, they automatically and continuously compensate for the errors of the strapdown orientation system caused by the systematic errors of the angular velocity sensors, both during connection to the control and during disconnection of the astro-orientation sensor block from the control.

Поставленная цель реализуется устройством системы управления ориентацией КА путем включения в ее состав дополнительных вычислительных модулей с соответствующими связями для обеспечения непрерывной автоматической компенсации ошибок, вызванных низкочастотными составляющими систематических погрешностей датчиков угловых скоростей.The goal is realized by the device of the spacecraft orientation control system by including additional computing modules with appropriate connections in its composition to ensure continuous automatic compensation of errors caused by low-frequency components of the systematic errors of angular velocity sensors.

Система управления ориентацией КА содержит бесплатформенную систему ориентации, блок датчиков астроориентации, исполнительные органы. При этом бесплатформенная система ориентации включает в себя блок гироинерциальных измерителей, составленный из однокомпонентных датчиков угловой скорости, и вычислительное устройство с интегрирующими звеньями, осуществляющее интегрирование кинематических уравнений по информации об абсолютной угловой скорости КА. Блок датчиков астроориентации содержит астровизирные устройства, запоминающее устройство, предназначенное для хранения каталога астроориентиров, и вычислительное устройство определения астроориентации КА. Дополнительно введенные в бесплатформенную систему ориентации вычислительные модули (изодромные звенья, состоящие из интегрирующего звена и линейного усилителя, включенных параллельно, сумматоры и элементы сравнения, установленные по каждой оси связанной системы координат КА) обеспечивают постоянное отслеживание отклонений, вызванных низкочастотными составляющими систематических погрешностей датчиков угловых скоростей, и компенсируют эти отклонения. Это обеспечивает высокую точность системы управления ориентацией КА. При этом не требуется проведение калибровочных вращений КА, а значит, по сравнению с прототипом, увеличивается время полезного применения КА и снижается энергопотребление.The spacecraft orientation control system contains a strapdown orientation system, a block of astro-orientation sensors, and executive bodies. In this case, the strapdown orientation system includes a block of gyroinertial meters composed of one-component angular velocity sensors, and a computing device with integrating links that integrates kinematic equations using information about the absolute angular velocity of the spacecraft. The astroorientation sensor unit contains astro-vision devices, a storage device designed to store the astro-orientation catalog, and a computing device for determining the astro-orientation of the spacecraft. Additionally, computational modules (isodromic links, consisting of an integrating link and a linear amplifier connected in parallel, adders and comparison elements installed on each axis of the associated coordinate system of the spacecraft) introduced into the strap-down orientation system provide constant tracking of deviations caused by low-frequency components of the systematic errors of the angular velocity sensors , and compensate for these deviations. This ensures high accuracy of the spacecraft orientation control system. At the same time, the calibration rotations of the spacecraft are not required, which means that, compared with the prototype, the useful life of the spacecraft is increased and energy consumption is reduced.

На чертежеприведена упрощенная блок-схема системы управления ориентацией КА, являющейся устройством, реализующим заявляемый способ.The drawing shows a simplified block diagram of a satellite orientation control system, which is a device that implements the inventive method.

Цифрами обозначены следующие элементы:Numbers denote the following elements:

1 - бесплатформенная система ориентации (БСО);1 - strapdown orientation system (BSO);

2 - блок гироинерциальных измерителей (БГИИ);2 - block gyroinertial meters (BHII);

3 - блок датчиков астроориентации;3 - a block of astro-orientation sensors;

4 - элемент сравнения;4 - element of comparison;

5 - изодромное звено5 - isodromic link

6 - сумматор;6 - adder;

7 - вычислительное устройство (ВУ);7 - computing device (WU);

8 - бортовой компьютер (БК);8 - on-board computer (BC);

9 - блок согласования и команд управления (БСУ);9 - block coordination and control commands (BSU);

10 - исполнительные органы (ИО);10 - executive bodies (IO);

11 - объект регулирования (космический аппарат - КА);11 - regulatory object (spacecraft - SC);

12 - центральный бортовой компьютер (ЦБК)12 - central on-board computer (PPM)

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Система управления ориентацией КА, представленная на чертеже, содержит бесплатформенную систему ориентации 1; блок датчиков астроориентации 3 (содержащий не показанные на рисунке астровизирные устройства, запоминающее устройство, предназначенное для хранения каталога астроориентиров, и вычислительное устройство определения астроориентации КА), а также исполнительные органы 10.The spacecraft orientation control system shown in the drawing comprises a strap-on orientation system 1; astro-orientation sensor block 3 (containing astro-sighting devices not shown in the figure, a storage device designed to store the astro-orientation catalog, and a computing device for determining the astro-orientation of the spacecraft), as well as executive bodies 10.

Бесплатформенная система ориентации 1 содержит блок гироинерциальных измерителей 2, составленный из трех однокомпонентных датчиков угловых скоростей, которые устанавливаются на общем базовом основании с астровизирными устройствами блока датчиков астроориентации 3 и ориентируются определенным образом относительно осей связанной системы координат КА. Также содержит последовательно соединенные элемент сравнения 4, изодромное звено 5, сумматор 6; вычислительное устройство 7 с интегрирующими звеньями (здесь вычислительное устройство 7 состоит из двух блоков: бортового компьютера 8 и блока согласования и команд управления 9). На чертеже условно показан объект регулирования - КА 11 и центральный бортовой компьютер 12, который не входит в состав системы управления ориентацией КА, но команды управления и информация с него используются в системе управления ориентацией КА в соответствии с алгоритмом ее работы.The strapdown orientation system 1 contains a block of gyroinertial meters 2, composed of three one-component angular velocity sensors, which are installed on a common base with astrovisir devices of the astroorientation sensor block 3 and are oriented in a certain way relative to the axes of the associated spacecraft coordinate system. Also contains series-connected comparison element 4, isodromic link 5, adder 6; computing device 7 with integrating links (here computing device 7 consists of two units: on-board computer 8 and the coordination unit and control commands 9). The drawing conventionally shows the regulatory object - KA 11 and the central on-board computer 12, which is not included in the spacecraft orientation control system, but control commands and information from it are used in the spacecraft orientation control system in accordance with its operation algorithm.

В представленном на чертеже варианте исполнения системы управления ориентацией КА выход блока согласования и команд управления 9 вычислительного устройства 7 подключен к исполнительным органам 10 и к элементу сравнения 4, второй вход элемента сравнения 4 подключен к выходу блока датчиков астроориентации 3. Выход элемента сравнения 4 подключен к входу изодромного звена 5, выход изодромного звена 5 подключен к одному входу сумматора 6, к второму входу которого подключен выход блока гироинерциальных измерителей 2, выход сумматора 6 подключен к входу блока согласования и команд управления 9, который взаимосвязан с бортовым компьютером 8. Центральный бортовой компьютер 12 соединен с бортовым компьютером вычислительного устройства 7 и с блоком датчиков астроориентации 3.In the embodiment of the spacecraft orientation control system shown in the drawing, the output of the matching unit and control commands 9 of the computing device 7 is connected to the actuators 10 and to the comparison element 4, the second input of the comparison element 4 is connected to the output of the astro-orientation sensor block 3. The output of the comparison element 4 is connected to the input of the isodromic link 5, the output of the isodromic link 5 is connected to one input of the adder 6, the second input of which is connected to the output of the gyro-inertial measuring unit 2, the output of the adder 6 is connected to matching block and the move commands 9 which is interconnected with the board computer 8. The central on-board computer 12 is connected with the onboard computer of the computing device 7 and a unit astroorientation 3 sensors.

Кроме того, на структурной схеме системы управления ориентацией КА обозначены: w - вектор угловой скорости на выходе блока гироинерциальных усилителей, wa - вектор абсолютной угловой скорости КА, Δ - вектор систематической погрешности ДУС, φа - вектор угла, измеренный блоком датчиков астроориентации, φ - вектор угла, вычисленный в бесплатформенной системе ориентации, ε - вектор сигнала рассогласования.In addition, the structural diagram of the spacecraft orientation control system indicates: w is the angular velocity vector at the output of the block of gyro-inertial amplifiers, w a is the absolute angular velocity vector of the spacecraft, Δ is the systematic error vector of the TLS, φ a is the angle vector measured by the astro-orientation sensor unit, φ is the angle vector calculated in the strapdown orientation system, ε is the mismatch signal vector.

В представленном варианте исполнения системы управления ориентацией КА в качестве блока гироинерциальных измерителей 2 может быть применен бесплатформенный гироприбор ориентации (прибор БГО) производства НИИЭМ.In the presented embodiment of the spacecraft orientation control system, as a unit of gyroinertial meters 2, a strapdown gyro-orientation device (BGO device) manufactured by NIIEM can be used.

В качестве блока датчиков астроориентации 3 может быть применен звездный датчик (прибор БОКЗ-М) производства ИКИ РАН.As a block of astro-orientation sensors 3, a star sensor (BOKZ-M device) manufactured by IKI RAS can be used.

В качестве бортового компьютера 8 может быть применен прибор БЦВМ-К производства НИИ «Субмикрон».As an on-board computer 8, the BTsVM-K device manufactured by the Submicron Research Institute can be used.

В качестве блока согласования и команд управления 9 может быть применен прибор БСК производства НИИ «Субмикрон».As a coordination unit and control commands 9, a BSK device manufactured by the Submicron research institute can be used.

В качестве исполнительных органов 10 могут быть применены двигатели - маховики (приборы ДМ5-50) производства ВНИИЭМ.As the executive bodies 10 can be applied engines - flywheels (DM5-50 devices) produced by VNIIEM.

Бесплатформенная система ориентации 1 может быть реализована в виде блоков бортового вычислительного устройства, в состав которых войдут с их связями элемент сравнения 4, изодромное звено 5, сумматор 6, бортовой компьютер 8 и блок согласования и команд управления 9.The strapdown orientation system 1 can be implemented in the form of blocks of an onboard computing device, which will include, with their connections, a comparison element 4, an isodromic link 5, an adder 6, an onboard computer 8, and a coordination unit and control commands 9.

При штатном функционировании системы управления ориентацией КА из центрального бортового компьютера 12 в блок датчиков астроориентации 3 и в бортовой компьютер 8 поступают команды на установку режимов ориентации, навигационные данные и другая информация для обеспечения заданного режима функционировании системы управления ориентацией. В режиме астрокоррекции (с подключенным блоком датчиков астроориентации) с блока датчиков астроориентации 3 на вход элемента сравнения 4 поступает сигнал φа, характеризующий в векторной форме угловое положение КА, измеренное блоком датчиков астроориентации. Одновременно на второй вход элемента сравнения 4 поступает сигнал φ, характеризующий в векторной форме угловое положение КА, вычисленное в блоке согласования и команд управления 9 вычислительного устройства 7 путем интегрирования кинематических уравнений углового движения КА. Кроме того, блок согласования и команд управления 9 осуществляет электрическое и информационное взаимодействие между датчиками и исполнительными органами в каналах управления, а реализация всех вычислительных алгоритмов, относящихся к системе управления ориентацией КА, выполняется в бортовом компьютере 8 и в блоке согласования и команд управления 9, между которыми происходит непрерывный обмен информацией. Одновременно датчики угловой скорости блока гироинерционных измерителей 2 измеряют проекции угловой скорости КА на оси связанной системы координат, и с выхода этого блока на вход сумматора 6 поступает сигнал w=wa+Δ, характеризующий в векторной форме угловую скорость КА, где w - вектор угловой скорости на выходе БГИИ 2, wa - вектор истинной угловой скорости КА, Δ - вектор систематической погрешности датчиков угловой скорости. С выхода сумматора 6 сигнал поступает на интегрирующие звенья блока согласования и команд управления 9 вычислительного устройства 7, где происходит формирование сигнала φ. Сигнал φ, как уже было отмечено выше, поступает на элемент сравнения 4 и одновременно на исполнительные органы 10. Исполнительные органы 10 воздействуют на объект регулирования (КА) 11. КА отрабатывает сигнал φ, приближая к нулю рассогласование ε=φа-φ на выходе элемента сравнения 4. Сигнал с элемента сравнения 4 поступает на изодромное звено 5. Изодромное звено 5 накапливает на выходе низкочастотную составляющую оценки погрешности датчиков угловой скорости до тех пор, пока сигнал на входе изодромного звена отличается от нуля, запоминает накопленную низкочастотную составляющую оценки датчиков угловой скорости и сохраняет ее на время работы бесплатформенной системы ориентации в режиме астрокоррекции и на время прерывания астрокоррекции. Получаемый после изодромного преобразования сигнал оценки погрешности датчиков угловой скорости затем поступает на сумматор 6, где вычитается из сигнала блока гироинерционных измерителей 2, в составе которого отражены абсолютная угловая скорость КА и ошибка, вызванная систематическими погрешностями датчиков угловой скорости. Тем самым автоматически компенсируются низкочастотные составляющие систематических погрешностей датчиков угловой скорости как во время подключения к управлению блока датчиков астроориентации, так и во время отключения от управления блока датчиков астроориентации.During the normal operation of the spacecraft orientation control system from the central on-board computer 12, commands are sent to the astro-orientation sensor unit 3 and to the on-board computer 8 to set the orientation modes, navigation data and other information to provide a predetermined mode for the operation of the orientation control system. In the astro correction mode (with the astroorientation sensor unit connected), the signal φ a , which characterizes the angular position of the spacecraft measured by the astroorientation sensor unit in vector form, is received from the astroorientation sensor unit 3 to the input of the comparison element 4. At the same time, a signal φ is received at the second input of the comparison element 4, which characterizes the angular position of the spacecraft in a vector form, calculated in the matching unit and control commands 9 of computing device 7 by integrating the kinematic equations of the angular motion of the spacecraft. In addition, the coordination unit and control commands 9 carries out electrical and informational interaction between sensors and executive bodies in the control channels, and the implementation of all computational algorithms related to the spacecraft orientation control system is performed on-board computer 8 and in the coordination unit and control commands 9, between which there is a continuous exchange of information. At the same time, the angular velocity sensors of the unit of gyroinertial meters 2 measure the projections of the angular velocity of the spacecraft on the axis of the associated coordinate system, and from the output of this block, the signal w = w a + Δ, which characterizes the angular velocity of the spacecraft in vector form, where w is the angular vector the velocity at the output of the BGII 2, w a is the vector of the true angular velocity of the spacecraft, Δ is the vector of the systematic error of the angular velocity sensors. From the output of the adder 6, the signal is fed to the integrating links of the matching unit and control commands 9 of the computing device 7, where the signal φ is generated. The signal φ, as noted above, is supplied to the comparison element 4 and at the same time to the executive bodies 10. The executive bodies 10 act on the regulatory object (KA) 11. The KA processes the signal φ, approaching the mismatch ε = φ а -φ at the output comparison element 4. The signal from the comparison element 4 is fed to the isodromic link 5. The isodromic link 5 accumulates at the output a low-frequency component of the error estimation of the angular velocity sensors until the signal at the input of the isodromic link differs from zero, stores the accumulated nnuyu low-frequency component of the angular velocity sensor evaluation and stores it on the operation strapdown system orientation astrocorrection mode and time astrocorrection interrupt. The error estimation signal obtained after isodromic conversion of the angular velocity sensors then goes to the adder 6, where it is subtracted from the signal of the gyroinertial measuring unit 2, which contains the absolute angular velocity of the spacecraft and the error caused by the systematic errors of the angular velocity sensors. Thereby, the low-frequency components of the systematic errors of the angular velocity sensors are automatically compensated both during the connection of the astro-orientation sensor block to the control and during disconnection of the astro-orientation sensor block from the control.

Таким образом, предлагаемое устройство и способ для его реализации автоматически и непрерывно компенсируют низкочастотные составляющие систематических погрешностей датчиков угловой скорости, что приводит к повышению точности ориентации КА, при этом, в отличие от прототипа, не требуется проведения калибровочных вращений КА, и тем самым увеличивается время полезного применения КА и снижается энергопотребление.Thus, the proposed device and the method for its implementation automatically and continuously compensate for the low-frequency components of the systematic errors of the angular velocity sensors, which leads to an increase in the accuracy of the orientation of the spacecraft, while, unlike the prototype, calibration rotations of the spacecraft are not required, and thereby increase the time beneficial use of spacecraft and reduced power consumption.

Предлагаемые система управления ориентацией КА и способ автоматической компенсации ошибок БСО в составе системы управления ориентацией КА обладают промышленной применимостью и в настоящее время реализуются в разрабатываемой системе управления ориентацией КА, опытные образцы которой проходят испытания.The proposed spacecraft orientation control system and the automatic BSO error compensation method as part of the spacecraft orientation control system have industrial applicability and are currently being implemented in the spacecraft orientation control system under development, the prototypes of which are being tested.

По результатам испытаний опытных образцов система управления ориентацией КА обеспечивает погрешность определения ориентации (3σ) в режиме астрокоррекции по всем осям не более 1 угл. мин, в режиме «гиропамяти» после выполнения астрокоррекции в течение 100 мин не более 1 угл. мин.According to the test results of the prototypes, the spacecraft orientation control system provides an error in determining the orientation (3σ) in the astrocorrection mode on all axes of not more than 1 angle. min, in the "gyro-memory" mode after performing astro correction for 100 min, not more than 1 angle. min

Claims (2)

1. Способ автоматической компенсации ошибок бесплатформенной системы ориентации в системе управления ориентацией космического аппарата, заключающийся в компенсации влияния постоянных уходов гироинерциальных измерителей как составляющей погрешности в их выходном сигнале, основанный на сравнении показаний датчиков угловой скорости и датчиков астроориентации, отличающийся тем, что используют сигнал оценки погрешности датчиков угловой скорости, который формируют путем изодромного преобразования сигнала, получаемого в результате сравнения сигналов, характеризующих угловое положение космического аппарата, измеренное блоком датчиков астроориентации, с угловым положением, вычисленным в вычислительном устройстве бесплатформенной системы ориентации по показаниям датчиков угловой скорости, при этом сигнал оценки погрешности датчиков угловой скорости на выходе изодромного звена формируют во время подключения к управлению блока датчиков астроориентации, запоминают его на время отключения от управления блока датчиков астроориентации и одновременно осуществляют непрерывное вычитание полученного сигнала оценки погрешности датчиков угловой скорости из показаний датчиков угловой скорости, в составе которых отражены абсолютная угловая скорость космического аппарата и ошибка, вызванная систематическими погрешностями датчиков угловой скорости.1. A method for automatically compensating for errors of a strapdown orientation system in a spacecraft’s orientation control system, which consists in compensating for the influence of constant departures of gyroinertial meters as an error component in their output signal, based on a comparison of the readings of angular velocity sensors and astroorientation sensors, characterized in that they use an estimation signal errors of the angular velocity sensors, which are formed by isodromic conversion of the signal obtained as a result of introducing signals characterizing the angular position of the spacecraft, measured by the block of astroorientation sensors, with the angular position calculated in the computing device of the strapdown orientation system according to the readings of the angular velocity sensors, while the signal for estimating the error of the angular velocity sensors at the output of the isodromic link is formed during connection to the control unit sensors of astro-orientation, remember it for the time of disconnection from the control of the block of sensors of astro-orientation and at the same time carry out the continuous subtraction of the received signal for estimating the error of the angular velocity sensors from the readings of the angular velocity sensors, which reflect the absolute angular velocity of the spacecraft and the error caused by the systematic errors of the angular velocity sensors. 2. Система управления ориентацией космического аппарата, содержащая бесплатформенную систему ориентации, блок датчиков астроориентации, исполнительные органы, при этом бесплатформенная система ориентации содержит блок гироинерциальных измерителей, составленный из однокомпонентных датчиков угловой скорости, и вычислительное устройство с интегрирующими звеньями, блок датчиков астроориентации содержит астровизирные устройства, запоминающее устройство, предназначенное для хранения каталога астроориентиров, и вычислительное устройство определения астроориентации космического аппарата, отличающаяся тем, что содержит дополнительные вычислительные модули с соответствующими связями, а именно в бесплатформенную систему ориентации по каждой оси связанной системы координат космического аппарата введены изодромное звено, сумматор и элемент сравнения, при этом выход вычислительного устройства бесплатформенной системы ориентации подключен к исполнительным органам и к элементу сравнения, второй вход элемента сравнения подключен к выходу блока датчиков астроориентации, выход элемента сравнения подключен к входу изодромного звена, выход изодромного звена подключен к входу сумматора, ко второму входу сумматора подключен выход датчика угловой скорости блока гироинерциальных измерителей, а выход сумматора подключен к входу вычислительного устройства бесплатформенной системы ориентации. 2. The control system for the orientation of the spacecraft, containing a strap-on orientation system, a block of astroorientation sensors, executive bodies, while a strap-down orientation system contains a block of gyro-inertial meters made up of one-component angular velocity sensors, and a computing device with integrating links, a block of astro-orientation sensors contains astrovisir devices , a storage device for storing a catalog of astro-landmarks, and a computing device your definition of astro-orientation of the spacecraft, characterized in that it contains additional computing modules with corresponding connections, namely, an isodromic link, an adder and a comparison element are introduced into the strapdown orientation system on each axis of the connected coordinate system of the spacecraft, while the output of the computing device of the strapdown orientation system is connected to the executive bodies and to the comparison element, the second input of the comparison element is connected to the output of the sensor block astroorientation ii, the output of the comparison element is connected to the input of the isodromic link, the output of the isodromic link is connected to the input of the adder, the output of the angular velocity sensor of the gyro-inertial measuring unit is connected to the second input of the adder, and the output of the adder is connected to the input of the computing device of the strapdown orientation system.
RU2012123083/11A 2012-06-04 2012-06-04 Method for automatic compensation of strapdown attitude reference system errors in spacecraft orientation control system and apparatus realising said method RU2517018C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012123083/11A RU2517018C2 (en) 2012-06-04 2012-06-04 Method for automatic compensation of strapdown attitude reference system errors in spacecraft orientation control system and apparatus realising said method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012123083/11A RU2517018C2 (en) 2012-06-04 2012-06-04 Method for automatic compensation of strapdown attitude reference system errors in spacecraft orientation control system and apparatus realising said method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012123083A RU2012123083A (en) 2013-12-10
RU2517018C2 true RU2517018C2 (en) 2014-05-27

Family

ID=49682763

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012123083/11A RU2517018C2 (en) 2012-06-04 2012-06-04 Method for automatic compensation of strapdown attitude reference system errors in spacecraft orientation control system and apparatus realising said method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2517018C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2669481C1 (en) * 2017-10-02 2018-10-11 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт электромеханики" Method and device for controlling motion of a spacecraft with controlled orientation

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1044363A (en) * 1963-04-01 1966-09-28 United Aircraft Corp Random orientation inertial system
US4012018A (en) * 1973-10-04 1977-03-15 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration All sky pointing attitude control system
RU2092402C1 (en) * 1992-05-27 1997-10-10 Центральное специализированное конструкторское бюро Method of calibration of gyro-inertial meters of gimballess inertial navigation attitude control system of space vehicle
RU2123665C1 (en) * 1997-05-28 1998-12-20 Центральный научно-исследовательский институт им.академика А.Н.Крылова Platform-free inertial navigation system of submersible vehicle
US6152403A (en) * 1998-11-11 2000-11-28 Hughes Electronics Corporation Gyroscopic calibration methods for spacecraft
US6577929B2 (en) * 2001-01-26 2003-06-10 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Miniature attitude sensing suite
RU2269813C2 (en) * 2004-03-10 2006-02-10 ЗАО "Газприборавтоматикасервис" Method for calibrating parameters of platform-less inertial measuring module

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1044363A (en) * 1963-04-01 1966-09-28 United Aircraft Corp Random orientation inertial system
US4012018A (en) * 1973-10-04 1977-03-15 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration All sky pointing attitude control system
RU2092402C1 (en) * 1992-05-27 1997-10-10 Центральное специализированное конструкторское бюро Method of calibration of gyro-inertial meters of gimballess inertial navigation attitude control system of space vehicle
RU2123665C1 (en) * 1997-05-28 1998-12-20 Центральный научно-исследовательский институт им.академика А.Н.Крылова Platform-free inertial navigation system of submersible vehicle
US6152403A (en) * 1998-11-11 2000-11-28 Hughes Electronics Corporation Gyroscopic calibration methods for spacecraft
US6577929B2 (en) * 2001-01-26 2003-06-10 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Miniature attitude sensing suite
RU2269813C2 (en) * 2004-03-10 2006-02-10 ЗАО "Газприборавтоматикасервис" Method for calibrating parameters of platform-less inertial measuring module

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2669481C1 (en) * 2017-10-02 2018-10-11 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт электромеханики" Method and device for controlling motion of a spacecraft with controlled orientation

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012123083A (en) 2013-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11035660B2 (en) Inertial dimensional metrology
CN108759798B (en) Method for realizing precision measurement of high-precision spacecraft
RU2566427C1 (en) Method of determination of temperature dependences of scaling factors, zero shifts and array of orientation of axes of sensitivity of laser gyroscopes and pendulum accelerometers as part of inertial measuring unit at bench tests
US11325726B2 (en) Method and apparatus for spacecraft gyroscope scale factor calibration
CN106767673B (en) A kind of direction measurement method of satellite high-precision optical sensitive load
CN109489661B (en) Gyro combination constant drift estimation method during initial orbit entering of satellite
Günhan et al. Polynomial degree determination for temperature dependent error compensation of inertial sensors
RU2517018C2 (en) Method for automatic compensation of strapdown attitude reference system errors in spacecraft orientation control system and apparatus realising said method
Stearns et al. Multiple model adaptive estimation of satellite attitude using MEMS gyros
GB2452866A (en) Precision spacecraft payload platforms
RU2447404C2 (en) Method for calibrating angular velocity sensors of gimballess inertia measurement module
Avrutov et al. Calibration of an inertial measurement unit
He et al. A model-free hull deformation measurement method based on attitude quaternion matching
CN107228683B (en) Slow-variation error real-time on-orbit correction method among multiple star sensors
KR101391764B1 (en) The method of harmonization between inertial navigation system and total station
RU2466068C1 (en) Method of correcting angular velocity meters of spaceship strapdown inertial orientation systems and device to this end
Avrutov et al. 3D-calibration of the IMU
Li et al. A calibration method for magnetic sensors and accelerometer in tilt-compensated digital compass
CN110879066A (en) Attitude calculation algorithm and device and vehicle-mounted inertial navigation system
Avrutov Spatial Calibration for the Inertial Measurement Unit
CN103308074B (en) A kind of precision analytical method based on the quick data in-orbit of double star
KR101130069B1 (en) Methode for calculating angular velocity using trapping measurment of ring laser gyroscope
Zheng et al. Influences of gyro biases on ship angular flexure measurement
Ryzhkov et al. Use of least square criterion in TRIAD algorithm
Rad Optimal attitude determination method in presence of noise and bias on different star sensors