RU2580827C1 - Method for angular orientation of object - Google Patents

Method for angular orientation of object Download PDF

Info

Publication number
RU2580827C1
RU2580827C1 RU2015105336/07A RU2015105336A RU2580827C1 RU 2580827 C1 RU2580827 C1 RU 2580827C1 RU 2015105336/07 A RU2015105336/07 A RU 2015105336/07A RU 2015105336 A RU2015105336 A RU 2015105336A RU 2580827 C1 RU2580827 C1 RU 2580827C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signals
navigation
spacecraft
bami
satellite
Prior art date
Application number
RU2015105336/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Василий Николаевич Ратушняк
Дмитрий Дмитриевич Дмитриев
Юрий Леонидович Фатеев
Валерий Николаевич Тяпкин
Николай Сергеевич Кремез
Евгений Николаевич Гарин
Original Assignee
Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу)
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 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу) filed Critical Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу)
Priority to RU2015105336/07A priority Critical patent/RU2580827C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2580827C1 publication Critical patent/RU2580827C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: space industry.
SUBSTANCE: invention relates to space navigation and can be used in systems for obtaining information on navigation parameters of space vehicles (SV) at geostationary orbits (GSO) relative to the geocentric coordinate system (GCS). Specified result is achieved due to the fact that signals of inter-satellite measurements performed by the unmanned spacecraft (USC) on-board equipment are used as signals with Doppler frequency, while angular position of the object (SC) is determined within the time interval during which the object is in the area of radio-navigation field of on-board equipment signals from no less than four unmanned spacecrafts.
EFFECT: technical result consists in high-precision measurement of coordinates and angular orientation of spacecraft axes on geostationary orbit by signals from on-board equipment for inter-satellite measurements by navigation space vehicles (NSV) GLONASS.
1 cl, 3 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к космической навигации и может быть использовано в системах получения информации о навигационных параметрах космических аппаратов геостационарных орбит (далее - КА) относительно геоцентрической системы координат (ГЦСК).The invention relates to space navigation and can be used in systems for obtaining information about the navigation parameters of spacecraft in geostationary orbits (hereinafter - SC) relative to the geocentric coordinate system (GCC).

Известен способ инерциальной навигации КА, в соответствии с которым навигационные параметры, а именно координаты местоположения КА, а также составляющие векторов скорости и ускорения определяют интегрированием измеряемых в процессе движения КА составляющих указанных навигационных параметров [1, 2]. В любом устройстве для осуществления способа инерциальной навигации, как правило, осуществляется несколько измерений, для каждого из которых используются определенные устройства: а) при измерении углового направления - гироскопические приборы; б) при измерении линейного ускорения - подвешенные инертные массы в акселерометрах; в) при измерении времени - прецизионные источники стабилизированной частоты [3]. Основным недостатком такого способа является накапливающаяся с течением времени ошибка определения результирующих данных о значении вектора навигационного состояния КА и необходимость очень точного знания начальных значений координат КА.There is a method of inertial navigation of the spacecraft, according to which the navigation parameters, namely the coordinates of the location of the spacecraft, as well as the components of the velocity and acceleration vectors are determined by integrating the components of the indicated navigation parameters measured during the spacecraft motion [1, 2]. In any device for implementing the inertial navigation method, as a rule, several measurements are carried out, for each of which certain devices are used: a) when measuring the angular direction, gyroscopic devices; b) when measuring linear acceleration - suspended inert masses in accelerometers; c) when measuring time - precision sources of a stabilized frequency [3]. The main disadvantage of this method is the error accumulating over time of determining the resulting data on the value of the vector of the navigation state of the spacecraft and the need for very accurate knowledge of the initial values of the coordinates of the spacecraft.

Вследствие вышеизложенного, для коррекции определения местоположения КА следует периодически проводить визирование с Земли радаром или квантово-оптическими системами и расчетным путем определять его координаты. Однако в результате осуществления навигационных сверок с Земли не определяются угловые координаты КА и возникает большая зависимость от инфраструктур наземных комплексов управления (НКУ).As a result of the foregoing, in order to correct the determination of the spacecraft’s location, one should periodically conduct sighting from the Earth by a radar or quantum-optical systems and determine its coordinates by calculation. However, as a result of navigational reconciliations from the Earth, the angular coordinates of the spacecraft are not determined and there is a great dependence on the infrastructures of ground-based control systems (GCC).

Известен также способ геомагнитной навигации КА, включающий в себя сопоставление физических параметров магнитного поля, измеренных датчиками геомагнитной информации на борту объекта, с аналогичными параметрами магнитного поля, распределение которых в пространстве относительно Земли заранее известно (априорная информация). Априорная информация о магнитном поле Земли фиксируется на географических картах с учетом высоты полета, а также в таблицах, в системах памяти ЭВМ или в аналитической форме. Устройство для осуществления этого способа (система геомагнитной навигации) включает в себя датчики геомагнитной информации, датчики угловой информации, системы сравнения, коррекции, вычисления и выдачи выходных сигналов [4]. Недостатком способа геомагнитной навигации является наличие изменений в широких пределах информационных свойств магнитного поля Земли в зависимости от географической широты и расстояния от планеты и, следовательно, возможное использование данного способа только при небольшом удалении объекта от Земли.There is also a known method of geomagnetic navigation of a spacecraft, which includes comparing the physical parameters of the magnetic field measured by the sensors of geomagnetic information on board the object with similar parameters of the magnetic field, the distribution of which in space relative to the Earth is known in advance (a priori information). A priori information about the Earth's magnetic field is recorded on geographical maps taking into account the flight altitude, as well as in tables, in computer memory systems, or in an analytical form. A device for implementing this method (geomagnetic navigation system) includes geomagnetic information sensors, angle information sensors, systems of comparison, correction, calculation and output of output signals [4]. The disadvantage of the method of geomagnetic navigation is the presence of changes over a wide range of informational properties of the Earth’s magnetic field depending on the geographical latitude and distance from the planet and, therefore, the possible use of this method only with a small distance from the Earth.

Известен также способ вычисления зенитных расстояний двух звезд на основе измерений углов ориентации КА и ориентации оптических осей астровизирующих устройств относительно связанной системы координат. Определяют навигационные параметры КА при статической обработке измерительной информации за мерный участок. В каждом цикле дополнительно уточняют углы ориентации. На основе уточненных значений углов и информации об ориентации оптических осей астровизирующих устройств уточняют значения зенитных расстояний звезд. Используют уточненные значения при решении навигационной задачи в текущий период.There is also a method of calculating the zenith distances of two stars based on measurements of the angles of orientation of the spacecraft and the orientation of the optical axes of the astroizing devices relative to the associated coordinate system. The navigation parameters of the spacecraft are determined during the static processing of the measurement information for the measured section. In each cycle, the orientation angles are additionally specified. Based on the updated values of the angles and information on the orientation of the optical axes of the astroizing devices, the values of the zenith distances of the stars are specified. Use the adjusted values when solving a navigation problem in the current period.

Общим недостатком решения навигационной задачи с помощью перечисленных способов автономной навигации является низкая точность определения параметров движения центра масс КА, обусловленная инструментальными и методическими погрешностями бортовых навигационных измерений, неполным учетом в навигационных алгоритмах сил, фактически воздействующих на КА в полете, погрешностями физических констант, определяющих закон движения [5].A common drawback of solving the navigation problem using the above methods of autonomous navigation is the low accuracy of determining the motion parameters of the center of mass of the spacecraft, due to instrumental and methodological errors of onboard navigation measurements, incomplete consideration in the navigation algorithms of forces actually acting on the spacecraft in flight, errors of physical constants that determine the law movement [5].

Наиболее близким к заявляемому является способ угловой ориентации объекта по радионавигационным сигналам навигационных космических аппаратов (НКА), основанный на приеме сигналов от n НКА двумя или более антенно-приемными устройствами, расположенными параллельно одной или двум осям объекта, выделении сигнала с частотой Доплера, определении набега фаз за интервал времени измерения, определении координат и углового положения объекта [6].Closest to the claimed is a method of angular orientation of the object on the radio navigation signals of navigation spacecraft (NSC), based on the reception of signals from n NSC two or more antenna-receiving devices located parallel to one or two axes of the object, the selection of the signal with Doppler frequency, determining the raid phases for the measurement time interval, determining the coordinates and angular position of the object [6].

Недостатком известного способа является невозможность определения ориентации КА, т.к. область применения радионавигационных сигналов НКА ограничена и направлена на потребителей навигационной информации Земли (форма диаграммы направленности бортовых антенн НКА ограничивает зону действия глобальных навигационных спутниковых систем околоземным космическим пространством).The disadvantage of this method is the inability to determine the orientation of the spacecraft, because the scope of the radio navigation signals of the spacecraft is limited and aimed at consumers of the Earth's navigation information (the shape of the radiation pattern of the spacecraft's on-board antennas limits the coverage of global navigation satellite systems to near-Earth space).

В основу изобретения положена задача высокоточного измерения координат и угловой ориентации осей космического аппарата геостационарной орбиты, используя сигналы бортовой аппаратуры межспутниковых измерений (БАМИ) навигационных космических аппаратов ГЛОНАСС.The basis of the invention is the task of high-precision measurement of the coordinates and angular orientation of the axes of the spacecraft of the geostationary orbit, using signals from the onboard inter-satellite measurement equipment (BAM) of the GLONASS navigation spacecraft.

Поставленная задача решается тем, что в способе угловой ориентации объекта, по которому принимают сигналы от n навигационных космических аппаратов (НКА) двумя или более антенно-приемными устройствами, расположенными параллельно одной или двум осям объекта, выделяют сигналы с частотой Доплера, измеряют фазовые сдвиги между парами антенно-приемных устройств и определяют угловое положение объекта за интервал времени измерения, согласно изобретению в качестве сигналов с частотой Доплера используют сигналы межспутниковых измерений бортовой аппаратуры НКА, а угловое положение объекта определяют за интервал времени, в течение которого объект находится в области радионавигационного поля сигналов межспутниковых измерений бортовой аппаратуры не менее чем от четырех НКА.The problem is solved in that in the method of angular orientation of an object, according to which signals from n navigation spacecraft (NSC) are received by two or more antenna receivers located parallel to one or two axes of the object, signals with a Doppler frequency are extracted, phase shifts between pairs of antenna receivers and determine the angular position of the object for the measurement time interval, according to the invention, as signals with a Doppler frequency, signals of inter-satellite measurements of the sides are used equipment of the spacecraft, and the angular position of the object is determined for the time interval during which the object is in the radio navigation field of the signals of inter-satellite measurements of onboard equipment from at least four spacecraft.

На фиг. 1 отображена область распространения сигналов БАМИ НКА, на фиг. 2 приведен примерный вид диаграммы направленности антенной системы БАМИ НКА «Глонасс-М», на фиг. 3 - график количества одновременно наблюдаемых НКА по каналу БАМИ: ГЛОНАСС (сплошной) и GPS (прерывистой).In FIG. 1 shows the signal propagation area of BAMI NKA, in FIG. 2 shows an exemplary view of the radiation pattern of the antenna system BAM of the Glonass-M NSA; in FIG. 3 is a graph of the number of simultaneously observed spacecraft through the BAMI channel: GLONASS (solid) and GPS (intermittent).

Сущность изобретения заключается в следующем.The invention consists in the following.

Классические методы определения местоположения при помощи глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) предполагают наличие одномоментных измерений не менее чем от четырех НКА одной системы (ГЛОНАСС или GPS), что обусловлено количеством неизвестных - 3 координаты X, Y, Z и временная задержка Δt. При использовании измерений от двух ГНСС минимальное количество НКА будет составлять не менее 5 (2 НКА одной и 3 НКА другой системы). Количество неизвестных в этом случае возрастает до 5, т.е. 3 координаты X, Y, Z и 2 временные задержки Δt1 и Δt2, обусловленные тем, что шкалы времени различных ГНСС не синхронизированы между собой.Classical methods for determining position using global navigation satellite systems (GNSS) suggest the presence of simultaneous measurements from at least four satellite systems of one system (GLONASS or GPS), due to the number of unknowns - 3 coordinates X, Y, Z and time delay Δt. When using measurements from two GNSSs, the minimum number of NCA will be at least 5 (2 NCA of one and 3 NCA of the other system). The number of unknowns in this case increases to 5, i.e. 3 coordinates X, Y, Z and 2 time delays Δt 1 and Δt 2 , due to the fact that the time scales of different GNSS are not synchronized with each other.

В общем случае, при определении угловых координат объекта используют результаты измерений косинусов углов между вектором-базой объекта и вектором-направлением на i-й НКА ГНСС. Фазовый сдвиг сигнала НКА, принимаемого на две разнесенные антенны объекта, и косинус угла между вектором-базой и вектором-направлением на НКА связаны выражением:In the general case, when determining the angular coordinates of an object, the results of measurements of the cosines of the angles between the base vector of the object and the direction vector at the i-th GNSS GNU are used. The phase shift of the satellite’s signal received by two separated antennas of the object, and the cosine of the angle between the base vector and the direction vector to the satellite are related by the expression:

Figure 00000001
Figure 00000001

где λ - длина волны сигнала НКА,where λ is the wavelength of the signal NKA,

φ - фазовый сдвиг сигналов НКА между разнесенными антеннами (антенно-приемными устройствами) объекта,φ is the phase shift of the NCA signals between the separated antennas (antenna-receiving devices) of the object,

B - длина базы антенно-приемных устройств объекта,B is the length of the base of the antenna-receiving devices of the object,

α - угол между вектором-базой объекта и вектором-направлением на НКА.α is the angle between the base vector of the object and the direction vector to the satellite.

Выражение (1) является уравнением интерферометрических методов (использование разнесенных в пространстве приемных антенн) и широко применяется в теории фазовых пеленгаторов, многобазовых интерферометров и антенных решеток [7, 8].Expression (1) is the equation of interferometric methods (the use of spaced receiving antennas) and is widely used in the theory of phase direction finders, multi-base interferometers, and antenna arrays [7, 8].

При определении угловых координат КА (объекта), направляющие косинусы вектора-базы могут быть определены из уравнения на основе скалярного произведения векторов:When determining the angular coordinates of the spacecraft (object), the direction cosines of the vector base can be determined from the equation based on the scalar product of vectors:

Figure 00000002
Figure 00000002

где λi - длина волны сигнала БАМИ i-го НКА;where λ i is the wavelength of the BAMI signal of the i-th spacecraft;

Ф - фазовый сдвиг сигналов БАМИ НКА между парами антенно-приемных устройств КА;F is the phase shift of the BAMI signals of the spacecraft between the pairs of the antenna-receiving devices of the spacecraft;

ΔR - разность хода сигналов БАМИ НКА между парами антенно-приемных устройств КА;ΔR is the difference in the signal path of BAMI NSA between pairs of antenna-receiving devices of the spacecraft;

X, Y, Z - координаты вектора-базы КА (объекта);X, Y, Z - coordinates of the vector-base of the spacecraft (object);

kxi,yi,zi - направляющие косинусы векторов-направлений между КА и i-м НКА, равные:k xi, yi, zi are the direction cosines of the direction vectors between the spacecraft and the ith spacecraft, equal to:

Figure 00000003
Figure 00000003

где x, y, z - координаты KA в ГЦСК;where x, y, z are the coordinates of KA in the GCC;

xci, yci, zci - координаты i-го НКА в ГЦСК;x ci , y ci , z ci - coordinates of i-satellite in the HCC;

Figure 00000004
- расстояние между КА и i-m НКА;
Figure 00000004
- the distance between the spacecraft and im NKA;

i - номер навигационного космического аппарата, i=1, 2, …,n.i is the number of the navigation spacecraft, i = 1, 2, ..., n.

Координаты КА определяются на основе измерений задержек сигналов БАМИ, принятых с борта каждого НКА. Для проведения таких измерений сигналы БАМИ каждого НКА модулируются псевдослучайными последовательностями (ПСП) и имеют схожую структуру с радионавигационными сигналами. Отличием является длительность бита цифровой информации, которая в сигналах БАМИ составляет 1 мс, а в радионавигационных сигналах - 20 мс.The coordinates of the spacecraft are determined on the basis of measurements of the delays of the BAMI signals received from the board of each satellite. To carry out such measurements, the BAMI signals of each satellite are modulated by pseudorandom sequences (PSP) and have a similar structure to radio navigation signals. The difference is the bit length of digital information, which is 1 ms in BAMI signals, and 20 ms in radio navigation signals.

В БАМИ НКА ГЛОНАСС используется частотное, кодовое и временное разделение сигналов. Для передачи сигналов БАМИ используется 7 литерных частот, причем на каждой литерной частоте используется своя псевдослучайная последовательность. Длительность сеанса составляет 20 с, который разделен на 4 временных интервала по 5 с. В каждом временном интервале производится передача сигнала двумя антиподными НКА в каждой плоскости (на передачу одновременно работают 6 НКА, каждый своим модулирующим кодом ПСП), остальные НКА в этом временном интервале ведут прием сигнала. БАМИ работает по жесткой циклограмме. На каждом НКА 5 секунд - передача сигнала в своем временном интервале, 15 секунд - прием. На каждом часовом интервале БАМИ работает 15 минут, остальные 45 минут - перерыв.BAMI NKA GLONASS uses frequency, code and time separation of signals. For the transmission of BAMI signals, 7 letter frequencies are used, and each letter frequency uses its own pseudo-random sequence. The duration of the session is 20 s, which is divided into 4 time intervals of 5 s. In each time interval, a signal is transmitted by two antipodal NSCs in each plane (6 NSCs, each with its own modulating SRP code) simultaneously transmit, the rest of the NSCs in this time interval receive a signal. BAMI works on a rigid cyclogram. On each satellite, 5 seconds - signal transmission in its own time interval, 15 seconds - reception. At each hourly interval BAMI works 15 minutes, the remaining 45 minutes - a break.

Таким образом, проведение навигационных измерений по сигналам БАМИ мало чем отличается, по существу, от измерений по радионавигационным сигналам. По структуре приемник сигналов межспутниковой радиолинии имеет много общего с приемником радионавигационных сигналов, что обусловлено схожей структурой сигналов и функциональным назначением. В части канала БАМИ должны решаться задачи измерения текущих навигационных параметров с учетом особенностей формата сигналов в канале БАМИ.Thus, navigational measurements based on BAMI signals are not much different, in essence, from measurements on radio navigation signals. In structure, the receiver of the signals of the inter-satellite radio link has much in common with the receiver of the radio navigation signals, which is due to the similar structure of the signals and the functional purpose. In the part of the BAMI channel, the tasks of measuring the current navigation parameters should be solved taking into account the characteristics of the signal format in the BAMI channel.

Так как угловое положение КА определяют за интервал времени, в течение которого КА находится в области радионавигационного поля сигналов БАМИ не менее чем от четырех НКА, возможность угловой ориентации КА ограничивается из расчета продолжительности и количества, одновременно наблюдаемых НКА. Диаграмма направленности антенны БАМИ НКА конусообразная с провалом, направленным на центр Земли, что обеспечивает одинаковую мощность сигналов, принимаемых от всех видимых НКА. БАМИ НКА ГЛОНАСС формирует два максимума диаграммы направленности антенны в диапазоне углов от 18° до 70° (фиг. 2) от нормали каждый [9]. Для НКА GPS предполагается, что нижняя и верхняя границы диаграммы направленности антенны, излучающей сигналы БАМИ, составляют 16,2° и 32,5° соответственно [10]. Исходя из форм диаграмм направленности антенн БАМИ и областью распространения сигналов БАМИ данный способ угловой ориентации эффективен для КА, высота орбиты которых близка к геостационарной и выше.Since the angular position of the spacecraft is determined for the time interval during which the spacecraft is located in the radio navigation field of the BAMI signals from at least four spacecraft, the possibility of angular orientation of the spacecraft is limited based on the calculation of the duration and number of simultaneously observed spacecraft. The antenna radiation pattern of the BAMI NKA is conical with a dip directed to the center of the Earth, which ensures the same power of signals received from all visible NKA. BAMI NKA GLONASS forms two maximums of the antenna radiation pattern in the range of angles from 18 ° to 70 ° (Fig. 2) from the normal each [9]. For the GPS satellite, it is assumed that the lower and upper boundaries of the radiation pattern of the antenna emitting BAMI signals are 16.2 ° and 32.5 °, respectively [10]. Based on the shapes of the radiation patterns of the BAMI antennas and the BAMI signal propagation region, this angular orientation method is effective for spacecraft whose orbit heights are close to geostationary and higher.

Для примера рассмотрим формирование радионавигационного поля сигналов БАМИ для КА геостационарных орбит, отдельно по каждой из ГНСС и их совместной группировкой. Все расчеты будем проводить в геоцентрической системе координат (ГЦСК) OXYZ, центр которой совмещен с центром масс Земли, ось OZ направлена по оси вращения Земли в сторону Северного полюса, ось OX лежит в плоскости земного экватора и связана с Гринвичским меридианом, ось OY дополняет систему координат до правой (фиг. 1). В ГНСС ГЛОНАСС геоцентрическая подвижная система координат определена как ПЗ-90, а в ГНСС GPS - как WGS-84. На фиг. 1 показано взаимное расположение НКА и КА на геостационарных орбитах (заштрихованная область - диаграмма направленности БАМИ НКА). Учитывая, что высота орбиты НКА ГЛОНАСС в геоцентрической системе координат составляет 25478000 м, НКА GPS - 26578000 м, КА геостационарных орбит - 42164000 м, радиус Земли - 6378000 м и используя элементарные геометрические построения и теорему синусов, найдем продолжительность и количество одновременно наблюдаемых НКА по каналу БАМИ. Положение НКА ГЛОНАСС и GPS на орбите рассчитываются на основе альманахов, публикуемых в открытом доступе. Алгоритмы расчета приведены в соответствующих Интерфейсных контрольных документах.As an example, we consider the formation of a radio navigation field of BAMI signals for spacecraft of geostationary orbits, separately for each GNSS and their joint grouping. All calculations will be carried out in the geocentric coordinate system (GCC) OXYZ, the center of which is aligned with the center of mass of the Earth, the OZ axis is directed along the Earth's rotation axis toward the North Pole, the OX axis lies in the plane of the Earth's equator and is connected with the Greenwich meridian, the OY axis complements the system coordinates to the right (Fig. 1). In GNSS GLONASS, the geocentric mobile coordinate system is defined as PZ-90, and in GNSS GPS it is defined as WGS-84. In FIG. Figure 1 shows the relative positions of the spacecraft and spacecraft in geostationary orbits (the shaded area is the radiation pattern of the BAMI spacecraft). Given that the orbit of the GLONASS satellite in the geocentric coordinate system is 25478000 m, the GPS satellite is 26578000 m, the geostationary orbits are 42164000 m, the Earth's radius is 6378000 m and using elementary geometric constructions and the sine theorem, we find the duration and number of simultaneously observed spacecraft from BAMI channel. The position of the GLONASS and GPS in orbit are calculated on the basis of almanacs published in the public domain. Calculation algorithms are given in the corresponding Interface control documents.

Результаты расчетов продолжительности и количества, одновременно наблюдаемых НКА по каналу БАМИ на восьмисуточном интервале, приведены в табл. 1 и на графиках (фиг. 3) с учетом прерывистого характера излучения. Расчет проводился на восьмисуточном интервале (17 витков НКА ГЛОНАСС), так как именно он является интервалом повторяемости орбиты НКА ГЛОНАСС.The results of calculations of the duration and quantity simultaneously observed by the NCA along the BAMI channel in the eight-day interval are given in Table. 1 and in the graphs (Fig. 3), taking into account the intermittent nature of the radiation. The calculation was carried out on an eight-day interval (17 turns of the GLONASS satellite), since it is precisely this interval that is the repeatability interval of the orbit of the GLONASS satellite.

Figure 00000005
Figure 00000005

Как видно из результатов расчетов, представленных в табл. 1 и на фиг. 3, навигационные определения КА по сигналам БАМИ НКА возможны даже по одной системе ГЛОНАСС (продолжительность радиовидимости не менее 4-х НКА составляет 75.3% от восьми суток). При этом точность определения пространственной ориентации КА будет составлять не более 20-ти угловых минут при базе интерферометра 0.7 м, а погрешность измерения абсолютных координат менее 10 м.As can be seen from the calculation results presented in table. 1 and in FIG. 3, spacecraft navigation determinations from BAMI signals of the spacecraft are possible even according to one GLONASS system (the radio visibility of at least 4 spacecraft is 75.3% of eight days). In this case, the accuracy of determining the spatial orientation of the spacecraft will be no more than 20 angular minutes with an interferometer base of 0.7 m, and the error in measuring absolute coordinates is less than 10 m.

По результатам исследований можно сделать вывод о целесообразности использования сигналов БАМИ для высокоточной навигации КА, что существенно повышает точность определения местоположения и пространственной ориентации КА интерферометрическими методами, особенно в условиях его автономного функционирования без поддержки наземного комплекса управления.Based on the research results, it can be concluded that it is advisable to use BAMI signals for high-precision navigation of the spacecraft, which significantly increases the accuracy of determining the location and spatial orientation of the spacecraft using interferometric methods, especially in the conditions of its autonomous functioning without the support of the ground-based control complex.

Источники информацииInformation sources

1. Авторское свидетельство СССР №1098383, опубл. 23.05.85 г.1. USSR Copyright Certificate No. 1098383, publ. 05/23/85

2. В. Риглей, Р. Вудбери, Дж. Говорка. Инерциальная навигация, пер. с анг., под ред. Г.О. Фридлендера. - М.: Издательство иностранной литературы, 1958 г.2. W. Wrigley, R. Woodbury, J. Govorka. Inertial navigation, per. with English, ed. G.O. Friedlander. - M .: Publishing house of foreign literature, 1958

3. Навигация, наведение и стабилизация в космосе, кол. авторов (Ч.С. Дрейпер, У. Ригли и др.), под ред. Дж.Э. Миллера, пер. с англ., М.: Машиностроение, 1970 г.3. Navigation, guidance and stabilization in space, count. authors (C.S. Draper, W. Wrigley, etc.), ed. J.E. Miller, per. from English., M.: Mechanical Engineering, 1970.

4. Б.З. Михлин, В.П. Селезнев, А.В. Селезнев. Геомагнитная навигация. - М.: Машиностроение, 1976 г.4. B.Z. Mikhlin, V.P. Seleznev, A.V. Seleznev. Geomagnetic navigation. - M.: Mechanical Engineering, 1976.

5. Патент RU 2171969, МПК6 G01C 21/24. опубл. 10.08.2001.5. Patent RU 2171969, IPC 6 G01C 21/24. publ. 08/10/2001.

6. Патент RU 2122217, МПК6 G01S 5/02. опубл. 20.11.1998.6. Patent RU 2122217, IPC 6 G01S 5/02. publ. 11/20/1998.

7. Белов В.И. Теория фазовых измерительных систем. / Под ред. Г.Н. Глазова. - Томск: Томская государственная академия систем управления и радиоэлектроники, 1994. - 144 с.7. Belov V.I. Theory of phase measuring systems. / Ed. G.N. Glazov. - Tomsk: Tomsk State Academy of Control Systems and Radio Electronics, 1994. - 144 p.

8. Денисов В.П., Дубинин Д.В. Фазовые радиопеленгаторы: Монография. - Томск: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, 2002. - 251 с.8. Denisov V.P., Dubinin D.V. Phase direction finders: Monograph. - Tomsk: Tomsk State University of Control Systems and Radio Electronics, 2002. - 251 p.

9. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / Под ред. А.И. Перова, В.Н. Харисова. - Изд. 4-е, перераб. - М.: Радиотехника, 2010.9. GLONASS. The principles of construction and operation / Ed. A.I. Perova, V.N. Harisova. - Ed. 4th, rev. - M .: Radio engineering, 2010.

10. GNSS Satellite Autonomous Integrity Monitoring (SAIM) using inter-satellite measurements / Xu, H., Wang, J., Zhan, X. // AdvancesinSpaceResearch. - Vol. 47, Issue 7. - April 2011. - P. 1116-1126.10. GNSS Satellite Autonomous Integrity Monitoring (SAIM) using inter-satellite measurements / Xu, H., Wang, J., Zhan, X. // Advancesin Space Search. - Vol. 47, Issue 7. - April 2011 .-- P. 1116-1126.

Claims (1)

Способ угловой ориентации объекта, по которому принимают сигналы от n навигационных космических аппаратов двумя или более антенно-приемными устройствами, расположенными параллельно одной или двум осям объекта, выделяют сигналы с частотой Доплера, измеряют фазовые сдвиги между парами антенно-приемных устройств и определяют угловое положение объекта за интервал времени измерения, отличающийся тем, что в качестве сигналов с частотой Доплера используют сигналы межспутниковых измерений бортовой аппаратуры навигационных космических аппаратов, а угловое положение объекта определяют за интервал времени, в течение которого объект находится в области радионавигационного поля сигналов межспутниковых измерений бортовой аппаратуры не менее чем от четырех навигационных космических аппаратов. A method of angular orientation of an object, according to which signals from n navigation spacecraft are received by two or more antenna-receiving devices located parallel to one or two axes of the object, signals with a Doppler frequency are extracted, phase shifts between pairs of antenna-receiving devices are measured, and the angular position of the object is determined for the measurement time interval, characterized in that as signals with a Doppler frequency, the signals of inter-satellite measurements of the onboard equipment of navigation space vehicles are used gates, and the angular position of the object is determined over the time interval during which the object is in the region of the radio navigation field of the signals of inter-satellite measurements of on-board equipment from at least four navigation spacecraft.
RU2015105336/07A 2015-02-17 2015-02-17 Method for angular orientation of object RU2580827C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015105336/07A RU2580827C1 (en) 2015-02-17 2015-02-17 Method for angular orientation of object

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015105336/07A RU2580827C1 (en) 2015-02-17 2015-02-17 Method for angular orientation of object

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2580827C1 true RU2580827C1 (en) 2016-04-10

Family

ID=55794291

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015105336/07A RU2580827C1 (en) 2015-02-17 2015-02-17 Method for angular orientation of object

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2580827C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2660114C1 (en) * 2017-09-29 2018-07-05 Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") Method for selecting a low-orbit relay satellite for registration by a user terminal in personal satellite communication systems
RU2696317C1 (en) * 2018-12-19 2019-08-01 Акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Системы прецизионного приборостроения" (АО "НПК "СПП") Method of determining three-axis spatial orientation of a spacecraft

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5296861A (en) * 1992-11-13 1994-03-22 Trimble Navigation Limited Method and apparatus for maximum likelihood estimation direct integer search in differential carrier phase attitude determination systems
RU2122217C1 (en) * 1997-05-15 1998-11-20 Красноярский государственный технический университет Method of angular orientation of objects by radio navigation signals of spacecraft
RU2152625C1 (en) * 1998-05-18 2000-07-10 Научно-производственное объединение прикладной механики Method determining orientation of objects in space, range to them and bearing, position coordinates and components of velocity vector by navigation radio signals of spacecraft of space radio navigation systems
RU2185637C1 (en) * 2000-11-17 2002-07-20 Красноярский государственный технический университет Method of angular orientation of object by signals from satellite radio navigation systems ( variants )
RU2276384C2 (en) * 2004-04-27 2006-05-10 Тульский государственный университет (ТулГУ) Method for determining angular orientation of object
JP2013200174A (en) * 2012-03-23 2013-10-03 Nec Corp Radar display device and radar display device flight altitude display method

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5296861A (en) * 1992-11-13 1994-03-22 Trimble Navigation Limited Method and apparatus for maximum likelihood estimation direct integer search in differential carrier phase attitude determination systems
RU2122217C1 (en) * 1997-05-15 1998-11-20 Красноярский государственный технический университет Method of angular orientation of objects by radio navigation signals of spacecraft
RU2152625C1 (en) * 1998-05-18 2000-07-10 Научно-производственное объединение прикладной механики Method determining orientation of objects in space, range to them and bearing, position coordinates and components of velocity vector by navigation radio signals of spacecraft of space radio navigation systems
RU2185637C1 (en) * 2000-11-17 2002-07-20 Красноярский государственный технический университет Method of angular orientation of object by signals from satellite radio navigation systems ( variants )
RU2276384C2 (en) * 2004-04-27 2006-05-10 Тульский государственный университет (ТулГУ) Method for determining angular orientation of object
JP2013200174A (en) * 2012-03-23 2013-10-03 Nec Corp Radar display device and radar display device flight altitude display method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2660114C1 (en) * 2017-09-29 2018-07-05 Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") Method for selecting a low-orbit relay satellite for registration by a user terminal in personal satellite communication systems
RU2696317C1 (en) * 2018-12-19 2019-08-01 Акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Системы прецизионного приборостроения" (АО "НПК "СПП") Method of determining three-axis spatial orientation of a spacecraft

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107153209B (en) A kind of low rail navigation satellite real-time accurate orbit determination method of short arc segments
US9829582B2 (en) Method and apparatus for differential global positioning system (DGPS)-based real time attitude determination (RTAD)
US20070075896A1 (en) Attitude determination exploiting geometry constraints
US9395447B2 (en) Orientation measurements for drift correction
KR100715178B1 (en) Method For Determining Position Of An Object
RU2152625C1 (en) Method determining orientation of objects in space, range to them and bearing, position coordinates and components of velocity vector by navigation radio signals of spacecraft of space radio navigation systems
RU2580827C1 (en) Method for angular orientation of object
RU2286584C2 (en) Method for independent instantaneous determination by users of co-ordinates of location, velocity vector components, angular orientation in space and phase of carrier phase of radio signals of ground radio beacons retransmitted by satellites
Kocaman et al. GPS and INS integration with Kalman filtering for direct georeferencing of airborne imagery
US20170108590A1 (en) Triple difference formulation for formation flight
RU2275650C1 (en) Method for location of space vehicles
Emel’yantsev et al. Improving the accuracy of GPS compass for small-sized objects
Salih et al. The suitability of GPS receivers update rates for navigation applications
Consoli et al. A multi-antenna approach for UAV's attitude determination
KR20140142610A (en) Location measurement device and method
Fateev et al. The use of GNSS technologies for high-precision navigation geostationary spacecraft
Khojasteh et al. Introduction to global navigation satellite systems and its errors
Cheung et al. Differencing Methods for 3D Positioning of Spacecraft
US10670732B2 (en) Navigation device and method for determining navigation information
RU2726916C1 (en) Method of determining orientation of spacecraft based on signals of navigation satellites
Preston GPS multipath detection and mitigation timing bias techniques
RU2764935C1 (en) Method for determining the orientation of a space vehicle based on signals from navigation satellites
RU2784481C1 (en) Method for autonomous measurement of gravitational field parameters on board a spacecraft
Gupta Application of GPS and infrared for car navigation in foggy condition to avoid accident
US11714198B2 (en) Single-epoch pseudo-range positioning under varying ionosphere delays

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20180116