RU2304549C2 - Self-contained onboard control system of "gasad-2a" spacecraft - Google Patents

Self-contained onboard control system of "gasad-2a" spacecraft Download PDF

Info

Publication number
RU2304549C2
RU2304549C2 RU2005104609/11A RU2005104609A RU2304549C2 RU 2304549 C2 RU2304549 C2 RU 2304549C2 RU 2005104609/11 A RU2005104609/11 A RU 2005104609/11A RU 2005104609 A RU2005104609 A RU 2005104609A RU 2304549 C2 RU2304549 C2 RU 2304549C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
spacecraft
earth
orbit
star
inertial
Prior art date
Application number
RU2005104609/11A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005104609A (en
Inventor
Севасти н Дмитриевич Гнатюк (RU)
Севастиян Дмитриевич Гнатюк
Original Assignee
Севастиян Дмитриевич Гнатюк
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 Севастиян Дмитриевич Гнатюк filed Critical Севастиян Дмитриевич Гнатюк
Priority to RU2005104609/11A priority Critical patent/RU2304549C2/en
Publication of RU2005104609A publication Critical patent/RU2005104609A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2304549C2 publication Critical patent/RU2304549C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: astro-navigation, control of attitude and orbital position of spacecraft.
SUBSTANCE: proposed system includes control computer, star sensor, Earth sensor, storage and timing device, processors for control of attitude, processing angular and orbital data, inertial flywheels and spacecraft orbit correction engine plant. Used as astro-orienters are reference and navigational stars from celestial pole zone. Direction of spacecraft to reference star and direction of central axis of Earth sensor to Earth center are matched with plane formed by central axes of sensors with the aid of onboard units. Shift of direction to reference star relative to central axis of Earth sensor is considered to be latitude change in orbital position of spacecraft. Turn of navigational star around reference star read off sensor base is considered to be inertial longitude change. Point of reading of longitude is point of spring equinox point whose hour angle is synchronized with the board time. This time is zeroed upon completion of Earth revolution. Stochastic measurements by means of static processing are smoothed-out and are converted into geographic latitude and longitude parameters. Smoothed inertial parameters are compared with parameters of preset turn of spacecraft orbit found in storage. Revealed deviations of orbit are eliminated by means of correction engine plant.
EFFECT: enhanced accuracy of determination of spacecraft attitude and orbital position; automatic elimination of deviation from orbit.
44 dwg

Description

Изобретение относится к навигации и управлению угловой ориентацией и орбитальным местоположением космического аппарата (КА) и предназначено для использования на автономно функционирующем КА.The invention relates to navigation and control of the angular orientation and orbital location of a spacecraft (SC) and is intended for use on an autonomously functioning spacecraft.

В качестве средств навигации широко известны и традиционно используются радиотехнические наземные измерительные пункты (НИП). НИПы территориально разнесены по долготе-широте таким образом, чтобы перекрыть как можно большее пространство. Такое размещение НИПов обусловлено тем, что сеансы измерений дальностей до КА, азимута и угла места реализуются лишь на тех участках, где выполняются условия радиовидимости между НИП и КА. И, тем не менее, при периоде обращения КА, например около полутора часов из 15-16 суточных витков, не менее 6 проходят вне зон радиовидимости с территории бывшего СССР. К тому же имеется ограничение, обусловленное тем, что каждому НИПу требуется некоторое время для приготовления к дальнейшей работе. На навигационные измерения могут быть наложены также ограничения, связанные с невозможностью одновременной работы двух различных НИПов.As means of navigation, radio-technical ground-based measuring points (NPCs) are widely known and traditionally used. NPCs are geographically separated in longitude-latitude so as to cover as much space as possible. This arrangement of NPCs is due to the fact that sessions of measuring distances to the spacecraft, azimuth and elevation are realized only in those areas where the radio visibility conditions between the NPC and the spacecraft are fulfilled. And, nevertheless, during the spacecraft circulation period, for example, about one and a half hours from 15-16 daily turns, at least 6 pass outside the radio visibility zones from the territory of the former USSR. In addition, there is a limitation due to the fact that each NPC needs some time to prepare for further work. Restrictions related to the impossibility of the simultaneous operation of two different NPCs may also be imposed on navigation measurements.

Таким образом имеет место несоответствие между потребностью в глобальном масштабе при проведении измерений и существующими возможностями. К тому же требования к точности измерения параметров движения КА сочетаются со стоимостью аппаратуры НИПа и со стоимостью обслуживания задействованного количества измерительных пунктов.Thus, there is a mismatch between the global need for measurements and existing capabilities. In addition, the requirements for the accuracy of measuring the motion parameters of the spacecraft are combined with the cost of the NIP equipment and with the cost of servicing the number of measuring points involved.

Другим известным навигационным средством является космическая система, которая состоит из совокупности навигационных спутников и наземного измерительного комплекса. Возможность воспользоваться измерениями относительно данной системы зависит от взаимного расположения навигационных спутников и КА. Существует неопределенность реализации навигационных измерений в заданных или любых районах пространства, так как их возможность связана со временем ожидания момента появления хотя бы одного навигационного спутника и длительность ожидания для разных КА различна. Другими словами, в различных подпространствах сферы действия спутниковой системы навигации вероятность навигационных определений различна. Говорить в этом случае о глобальности как о максимальном значении отношения обслуживаемого системой подпространства ко всему предназначенному для навигации околоземному пространству можно лишь условно. В том же ограничительном смысле следует говорить о непрерывности навигационных определений, так как непрерывность обусловлена одновременной геометрической видимостью нескольких спутников, что не всегда последовательно доступно. Также не следует говорить в абсолютном смысле и об оперативности.Another well-known navigation tool is the space system, which consists of a combination of navigation satellites and a ground-based measuring complex. The ability to use measurements relative to this system depends on the relative position of the navigation satellites and the spacecraft. There is an uncertainty in the implementation of navigation measurements in given or any areas of space, since their possibility is associated with the waiting time for the appearance of at least one navigation satellite and the waiting time for different spacecraft is different. In other words, in different subspaces of the scope of the satellite navigation system, the probability of navigation definitions is different. In this case, one can speak about globality as the maximum value of the ratio of the subspace maintained by the system to the entire near-Earth space intended for navigation, only conditionally. In the same restrictive sense, we should talk about the continuity of navigation definitions, since continuity is due to the simultaneous geometric visibility of several satellites, which is not always consistently available. Also, one should not speak in the absolute sense of efficiency.

А между тем, как в случае использования НИПов, так и при использовании космической системы навигации непрерывность измерений является тем средством, которое обеспечивает необходимые точностные показатели навигационных определений.Meanwhile, both in the case of using NPCs and when using the space navigation system, the continuity of measurements is the means that provides the necessary accuracy indicators of navigation definitions.

В то же время точные последовательные данные о местоположении КА в пространстве являются тем исходным материалом, который служит для расчета последовательной угловой ориентации КА, например, относительно Земли. Заметим, что среди измерений рассмотренными средствами параметров отсутствует определение пространственного положения направления «КА - центр Земли», относительно которого производится по существу угловое управление КА при любом его целевом функционировании. В общем, целью навигационных определений должен бы быть именно этот параметр. Однако при принятом подходе он непосредственно ненаблюдаем. Поэтому для его определения привлекаются дополнительные навигационные средства, в частности небесные ориентиры. По сути это означает, что в дополнение к искусственной навигационной системе используется еще вторая навигационная система - система естественных опорных астроориентиров. Разные системы с разными системами отсчета расщепляют единое движение КА на два движения - пространственное и угловое. Необходимо признать, что такая опосредствованная методика, призванная не изначально, а в самом конце навигационного процесса охарактеризовать движение КА как угловое, порождает не только дополнительные объемы работ, но и точностные погрешности ориентации.At the same time, accurate sequential data on the location of the spacecraft in space are the source material that serves to calculate the sequential angular orientation of the spacecraft, for example, relative to the Earth. Note that, among the measurements by the parameters considered by the means, there is no determination of the spatial position of the direction “SC - the center of the Earth”, with respect to which essentially the angular control of the SC is performed for any of its target functioning. In general, the purpose of navigation definitions should be precisely this parameter. However, with the adopted approach, it is not directly observable. Therefore, to determine it, additional navigational aids, in particular celestial landmarks, are involved. In essence, this means that in addition to the artificial navigation system, a second navigation system is also used - a system of natural supporting astro-orientations. Different systems with different reference systems split a single motion of the spacecraft into two movements - spatial and angular. It must be recognized that such a mediated technique, designed not initially, but at the very end of the navigation process to characterize the motion of the spacecraft as angular, generates not only additional volumes of work, but also accuracy orientation errors.

Таким образом, задача навигации КА традиционно решается независимо от задачи углового управления КА и на практике алгоритмы навигации и управления угловой ориентацией КА изначально не зависят друг от друга.Thus, the spacecraft navigation problem is traditionally solved independently of the spacecraft angular control task, and in practice, the spacecraft navigation and angular orientation control algorithms are initially independent of each other.

В итоге рассмотрения уровня традиционно используемой техники следует признать, что существует проблема обеспечения в реальном времени и в глобальном масштабе максимально точных, непрерывных и прямых измерений таких навигационных переменных, которые могли бы непосредственно соответствовать переменным управления и способствовали бы синтезу алгоритмов управления и навигации в одной автономной бортовой системе управления КА.As a result of the review of the level of traditionally used equipment, it should be recognized that there is a problem of providing in real time and on a global scale the most accurate, continuous and direct measurements of such navigation variables that could directly correspond to control variables and would facilitate the synthesis of control and navigation algorithms in one autonomous spacecraft onboard control system.

Характерной чертой данной проблемы является то, что для ее решения необходимо выйти за рамки известных методов. Решать ее следует с тех точек зрения, которые позволяют рассматривать навигационно-управленческий процесс как нечто единое и целое.A characteristic feature of this problem is that for its solution it is necessary to go beyond the known methods. It should be solved from those points of view that allow us to consider the navigation and management process as something unified and whole.

Известна «Автономная бортовая система управления космического аппарата «ГАСАД» [заявка 93007754 (патент 2033949), 1993], которая не претендует на решение указанной проблемы, однако обозначает некоторые способы получения и обработки астрономических измерений. Данная система содержит: датчик Земли, датчик Полярной звезды и навигационной звезды (звездный датчик), вычислитель, устройство запоминания, временное устройство и исполнительные органы. При этом:The well-known "Autonomous onboard control system for the spacecraft" GASAD "[application 93007754 (patent 2033949), 1993], which does not claim to solve this problem, however, indicates some methods for obtaining and processing astronomical measurements. This system contains: the Earth sensor, the sensor of the North Star and the navigation star (star sensor), a computer, a memory device, a temporary device and actuators. Wherein:

- выходы датчика Земли, звездного датчика, устройства запоминания связаны со входами вычислителя по соответствующим сигналам; с временным входом вычислителя соединен также выход временного устройства, а вход исполнительных органов соединен с выходом вычислителя;- the outputs of the Earth sensor, star sensor, storage device are connected to the inputs of the computer on the corresponding signals; the output of the temporary device is also connected to the temporary input of the calculator, and the input of the executive bodies is connected to the output of the calculator;

- устройство запоминания содержит параметры базы отсчета инерциальной долготы, причем этими параметрами являются прямое восхождение Полярной звезды и угол относительно общей плоскости чувствительности датчика Земли и звездного датчика, равный углу между плоскостью, содержащей направления «центр Земли - Полярная звезда» и «центр Земли - полюс мира», и плоскостью, содержащей направления «центр Земли - Полярная звезда» и «центр Земли - навигационная звезда»;- the storage device contains the parameters of the base of inertial longitude, and these parameters are the right ascension of the North Star and the angle relative to the common sensitivity plane of the Earth sensor and the star sensor, equal to the angle between the plane containing the directions "center of the Earth - North Star" and "center of the Earth - pole world ", and a plane containing the directions" the center of the Earth - the North Star "and" the center of the Earth - the navigation star ";

- вычислитель выполнен с возможностью определения широты КА по углу «центр Земли - КА - Полярная звезда»;- the computer is configured to determine the latitude of the spacecraft by the angle "center of the Earth - spacecraft - the North Star";

- вычислитель выполнен с возможностью выработки управляющего сигнала для угловой ориентации КА по каналу рысканья на основе измеренных соответствующих угловых рассогласований для совмещения общей плоскости чувствительности датчика Земли и звездного датчика, содержащей продольную ось КА, с плоскостью, содержащей центр Земли, КА и Полярную звезду;- the computer is configured to generate a control signal for the angular orientation of the spacecraft along the yaw channel based on the measured corresponding angular mismatches to combine the common sensitivity plane of the Earth sensor and the star sensor containing the longitudinal axis of the spacecraft with a plane containing the center of the Earth, the spacecraft and the Polar star;

- вычислитель выполнен с возможностью определения инерциальной долготы местоположения КА по азимутальному углу поворота навигационной звезды вокруг направления «КА - Полярная звезда», отсчитываемому в соответствующем поле зрения от базового углового положения плоскости, содержащей направления «КА - навигационная звезда» и «КА - Полярная звезда».- the calculator is configured to determine the inertial longitude of the spacecraft’s location by the azimuthal angle of rotation of the navigation star around the direction of the spacecraft — the Polar Star ”, counted in the corresponding field of view from the base angular position of the plane containing the directions“ spacecraft - the navigation star ”and“ spacecraft - the polar star ".

Рассмотрим, может ли данная система по совокупности своих признаков служить прототипом изобретения. Но вначале отметим следующее. Странно, конечно, говорить о том, что само собой разумеется. Так, выбор наземного измерительного пункта или выбор навигационного спутника в качестве искусственного опорного ориентира не являются равнозначными. Такой выбор обычно обосновывается своеобразием конкретного случая. Например, особенностями решаемой задачи, используемой орбиты и т.д.Consider whether this system, based on the totality of its features, can serve as a prototype of the invention. But first, note the following. It is strange, of course, to talk about what goes without saying. So, the choice of a ground measuring station or the choice of a navigation satellite as an artificial reference point are not equivalent. This choice is usually justified by the peculiarity of a particular case. For example, the features of the problem being solved, the orbit used, etc.

Аналогичное значение имеет выбор той или иной приполюсной звезды в качестве естественного опорного ориентира.Of similar importance is the choice of a polar star as a natural reference point.

Для обеспечения глобальности пространства навигационных определений, непрерывности и точности астрономических измерений опорная звезда должна быть:To ensure the global space of navigational definitions, the continuity and accuracy of astronomical measurements, the reference star should be:

1) наблюдаема с любой точки используемой орбиты;1) is observable from any point of the used orbit;

2) относительно неподвижна (изменение прямого восхождения звезды должно быть по возможности минимальным за срок активного существования КА).2) relatively motionless (a change in the star’s right ascension should be as minimal as possible for the spacecraft’s active existence).

Заметим здесь, что приполюсная зона звезд в силу прецессии земной оси вообще является зоной особых прямых восхождений.We note here that, due to the precession of the earth's axis, the polar region of stars is generally a zone of special right ascents.

В этом случае становится очевидным, что при обеспечении глобальности пространства и непрерывности навигационных измерений особенности той или иной используемой орбиты накладывают свои ограничения на свободу выбора той или иной звезды из зоны северного полюса мира или из зоны южного полюса мира. Так, при движении КА в перигейной зоне орбиты типа «Молния» Полярная звезда затеняется Землей. В то же время опорная звезда из области южного полюса наблюдаема из любых точек этой же орбиты. К тому же изменение прямого восхождения Полярной звезды за 10 лет составляет 4,3 минуты, что в градусном исчислении равно 1°4,5' (4,3мин×15'/мин). Говорить в этом случае о высоких точностных показателях не приходится. Следует отметить, что Полярная звезда по «неустойчивости» своего относительного местоположения в пространстве превосходит все звезды как северной так и южной приполюсной зоны.In this case, it becomes obvious that, while ensuring global space and the continuity of navigational measurements, the features of a particular orbit used impose restrictions on the freedom to choose a star from the zone of the north pole of the world or from the zone of the south pole of the world. So, when the spacecraft moves in the perigee zone of the orbit of the Lightning type, the Polar Star is obscured by the Earth. At the same time, a reference star from the region of the south pole is observable from any points of the same orbit. In addition, the change in the direct ascent of the North Star over 10 years is 4.3 minutes, which in terms of degrees is 1 ° 4.5 '(4.3 min × 15' / min ). It is not necessary to speak about high accuracy indicators in this case. It should be noted that the Polar Star surpasses all the stars in both the northern and southern polar zones in the "instability" of its relative location in space.

Правда, координатные изменения Полярной звезды могут периодически уточняться в бортовых вычислительных алгоритмах посредством коррекции их текущих фактических координат. Учитывая, что изменение координат по времени известно, реализовать такую коррекцию возможно за счет значительного усложнения бортового программного обеспечения. Разумеется, при наличии других вариантов усложнять программное обеспечение нерационально.True, the coordinate changes of the North Star can be periodically updated in the on-board computational algorithms by correcting their current actual coordinates. Given that the change of coordinates in time is known, it is possible to implement such a correction due to a significant complication of the on-board software. Of course, in the presence of other options to complicate the software is irrational.

Необходимо признать, что глобальность, непрерывность и точность навигационных измерений при использовании Полярной звезды в этом случае не обеспечивается. Рассматриваемая система изначально предназначена работать совместно с традиционными средствами навигации и призвана решать ограниченную узкую задачу. Это следует также из того обстоятельства, что в ней не предусматривалось местоопределение КА относительно географической широтно-долготной сетки Земли. Более того, система не предназначена обеспечивать соответствие параметров реальной орбиты параметрам заданной и не содержит средств обработки измеренных угловых данных с целью получения их высокоточных значений.It must be recognized that the global, continuity and accuracy of navigation measurements when using the North Star in this case is not provided. The system in question was originally intended to work in conjunction with traditional navigation aids and is designed to solve a limited narrow task. This also follows from the fact that it did not provide for the location of the spacecraft with respect to the geographic latitude-longitude grid of the Earth. Moreover, the system is not intended to ensure that the parameters of the real orbit correspond to the parameters given and does not contain means for processing the measured angular data in order to obtain their high-precision values.

По существу все признаки рассматриваемой системы основаны на использовании Полярной звезды как основополагающего навигационного ориентира. Помимо этого, эти признаки содержат также следующие неопределенности и недостатки:Essentially, all the features of the system under consideration are based on the use of the North Star as a fundamental navigational reference. In addition, these signs also contain the following uncertainties and disadvantages:

1) Заявленная задача - определять широту местоположения КА по углу «центр Земли - КА - Полярная звезда» не решается ввиду того обстоятельства, что не учитывается поправка, которая обусловлена полярным расстоянием Полярной звезды и значение которой зависит от инерциальной долготы.1) The stated task - to determine the latitude of the spacecraft by the angle "center of the Earth - spacecraft - the Polar Star" is not solved due to the fact that the correction is not taken into account, which is due to the polar distance of the Polar Star and the value of which depends on inertial longitude.

2) Не определена нулевая приборная база отсчета инерциальной долготы, соответствующая внешней нулевой базе отсчета, относительно которой происходит и отсчет времени.2) The zero instrument base of the inertial longitude reference, corresponding to the external zero reference base, relative to which the time is counting, is not defined.

3) Не определен момент обнуления бортового времени.3) The moment of zeroing of the onboard time is not determined.

4) В общей плоскости чувствительности данной системы содержится продольная ось КА, что не позволяет переориентировать ось на заданные целевые точки Земли, не прервав тем самым сеанс навигации.4) The longitudinal axis of the spacecraft is contained in the general plane of the sensitivity of this system, which does not allow the axis to be reoriented to the set target points of the Earth, without interrupting the navigation session.

Таким образом, признаки рассмотренной системы не являются наиболее близкими к признакам изобретения, а потому данная система не может быть признана прототипом изобретения.Thus, the features of the considered system are not the closest to the features of the invention, and therefore this system cannot be recognized as a prototype of the invention.

Аналогом изобретения может служить также типичная система управления ориентацией и стабилизации КА, включающая в основном традиционные компьютер, датчик Земли, звездный датчик, инерционные маховики.An analogue of the invention can also be a typical spacecraft orientation and stabilization control system, which includes mainly a traditional computer, an Earth sensor, a star sensor, and inertial flywheels.

Такая система предназначена решать задачи угловой ориентации и стабилизации.Such a system is designed to solve the problems of angular orientation and stabilization.

В этих режимах идентифицируются и отслеживаются звезды, попадающие в поле зрения датчика, а также осуществляется стабилизация, что может быть также отнесено к общим с изобретением признакам.In these modes, stars falling into the field of view of the sensor are identified and tracked, and stabilization is also carried out, which can also be attributed to the features common with the invention.

В основу изобретения положена техническая задача - создать бортовую систему управления космического аппарата, которая позволила бы с высокой точностью обеспечить автономный контроль угловой ориентации, автономное определение углового и местоположения аппарата относительно широтно-долготной сетки Земли, автономное определение рассогласований реальной орбиты от заданной и автономное их устранение.The technical problem is the basis of the invention - to create an onboard control system for the spacecraft, which would make it possible to provide autonomous control of the angular orientation, autonomous determination of the angular and location of the device relative to the latitudinal-longitude grid of the Earth, autonomous determination of the mismatches of the real orbit from the given one and their autonomous elimination .

Технический результат сводится к:The technical result boils down to:

- исключению использования наземной инфраструктуры навигации и управления КА;- the exclusion of the use of ground-based navigation and spacecraft control infrastructure;

- обеспечению глобальности пространства навигационных измерений, осуществляемых бортовыми средствами КА;- ensuring the globalization of the space of navigational measurements carried out by spacecraft;

- осуществлению синтеза алгоритмов управления и навигации;- the implementation of the synthesis of control and navigation algorithms;

- реализации прямых и непрерывных измерений параметров орбитального движения при соответствии друг другу углов ориентации и навигации;- the implementation of direct and continuous measurements of the parameters of the orbital motion in accordance with each other orientation and navigation angles;

- определению в реальном масштабе времени углового и местоположения аппарата как в инерциальном пространстве, так и относительно широтно-долготной сетки Земли;- real-time determination of the angular and location of the device both in inertial space and in relation to the latitude-longitude grid of the Earth;

- обеспечению высоких точностей параметров углового и местоположения КА на текущий и прогнозируемый интервал;- ensuring high accuracy of the parameters of the angular and location of the spacecraft for the current and forecasted interval;

- выявлению эволюционных изменений орбитальных параметров относительно заданной орбиты и осуществлению их автоматического устранения.- identification of evolutionary changes in orbital parameters relative to a given orbit and the implementation of their automatic elimination.

Технический результат, который сводится к нескольким результатам, на уровне функционального обобщения можно представить как автономность, независимость КА от комплексов наземного и космического базирования, т.е. от внешних искусственных средств навигации и управления.The technical result, which boils down to several results, at the level of functional generalization can be represented as autonomy, spacecraft independence from ground-based and space-based complexes, i.e. from external artificial means of navigation and control.

В структурный состав предлагаемой системы управления входят, помимо управляющего компьютера, несколько процессоров, предназначенных параллельно осуществлять каждый свою функцию, а также в качестве исполнительных органов инерционные маховики и двигатели импульсной коррекции.The structural composition of the proposed control system includes, in addition to the control computer, several processors designed to simultaneously perform each function, as well as inertial flywheels and pulse correction engines as executive bodies.

Все устройства системы, в том числе датчик Земли, звездный датчик, запоминающее устройство и временное устройство соответствующим образом и по соответствующим сигналам соединены линиями связи.All devices of the system, including the Earth sensor, star sensor, storage device and a temporary device are connected by communication lines in an appropriate manner and by corresponding signals.

Технический результат достигается за счет:The technical result is achieved due to:

I. АВТОНОМНОЙ УГЛОВОЙ ОРИЕНТАЦИИ:I. AUTONOMOUS ANGULAR ORIENTATION:

(задействованы: процессор управления положением, датчик Земли, звездный датчик, инерционные маховики и соответствующие алгоритмы)(involved: position control processor, Earth sensor, star sensor, inertial flywheels and corresponding algorithms)

1). Система астроориентиров формируется из двух звезд приполюсной зоны: опорной и навигационной и (центра) Земли.one). The system of astro-orientations is formed from two stars of the polar zone: the reference and navigation and (center) of the Earth.

2). Плоскость, содержащая направление центральной оси датчика Земли на центр Земли и направление с КА на опорную звезду, совмещается постоянно в процессе орбитального движения с жесткой плоскостью, образованной центральными осями датчиков и закоординированной в системе координат звездного датчика.2). A plane containing the direction of the central axis of the Earth’s sensor to the center of the Earth and the direction from the spacecraft to the reference star is constantly aligned in the process of orbital motion with a rigid plane formed by the central axes of the sensors and coordinated in the coordinate system of the star sensor.

II. АВТОНОМНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНЕРЦИАЛЬНОЙ ДОЛГОТЫ:II. OFFLINE DETERMINATION OF INERTIAL LENGTH:

(задействованы: звездный датчик, процессор обработки угловых данных и соответствующие алгоритмы)(involved: star sensor, angular data processor and related algorithms)

3). Поворот навигационной звезды (обусловленный орбитальным движением КА) вокруг опорной звезды в поле зрения звездного датчика фиксируется в координатах звездного датчика как инерциально-долготное изменение орбитального положения КА.3). The rotation of the navigation star (due to the orbital motion of the spacecraft) around the reference star in the field of view of the star sensor is recorded in the coordinates of the star sensor as an inertial-longitudinal change in the orbital position of the spacecraft.

III. ФИКСАЦИИ БОРТОВОЙ ТОЧКИ ОТСЧЕТА ИНЕРЦИАЛЬНОЙ ДОЛГОТЫ:III. FIXING ONBOARD POINT OF REPORT OF INERTIAL LONGITUDE:

(задействованы: проектные расчеты, процессор обработки угловых данных и соответствующие алгоритмы)(involved: design calculations, angular data processor and related algorithms)

4). При проектных расчетах базовая инерциальная долгота КА определяется прямым восхождением опорной звезды в градусном исчислении на тот момент орбитального движения, когда базовый угол между жесткой плоскостью датчиков и плоскостью направлений с КА на обе звезды в поле зрения звездного датчика соответствует моменту кульминации опорной звезды.four). In design calculations, the base inertial longitude of the spacecraft is determined by the direct ascension of the reference star in degree terms at that time of orbital motion, when the base angle between the rigid plane of the sensors and the plane of directions from the spacecraft to both stars in the field of view of the star sensor corresponds to the moment of the culmination of the reference star.

5). Бортовая нулевая точка отсчета инерциальной долготы координируется в координатах звездного датчика как положение плоскости направлений с КА на обе звезды на момент, когда проектная инерциальная долгота обнуляется, а диапазон изменения базового угла достигает значения базовой инерциальной долготы.5). The onboard zero reference point of inertial longitude is coordinated in the coordinates of the stellar sensor as the position of the directional plane from the spacecraft to both stars at the moment when the projected inertial longitude is zeroed, and the range of the base angle changes reaches the value of the base inertial longitude.

IV. ФИКСАЦИИ ВНЕШНЕЙ ТОЧКИ ОТСЧЕТА ИНЕРЦИАЛЬНОЙ ДОЛГОТЫ И ВРЕМЕНИ:IV. FIXING THE EXTERNAL POINT OF INERTIAL LONGITUDE AND TIME:

(задействовано временное устройство)(temporary device involved)

6). В качестве внешней точки отсчета инерциальной долготы становится (см. п. 4, 5) точка весеннего равноденствия.6). As the external reference point of inertial longitude, the point of the vernal equinox becomes (see paragraphs 4, 5).

7). Бортовое время КА синхронизируется с часовым углом точки весеннего равноденствия относительно гринвичского меридиана и обнуляется по истечении времени полного поворота Земли.7). The spacecraft onboard time is synchronized with the hourly angle of the vernal equinox relative to the Greenwich meridian and is reset to zero after the time the Earth has completely turned.

V. АВТОНОМНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ДОЛГОТЫ:V. OFFLINE DETERMINATION OF GEOGRAPHICAL LENGTH:

(задействованы: звездный датчик, процессор обработки угловых данных, временное устройство и соответствующие алгоритмы)(involved: star sensor, angular data processor, temporary device and related algorithms)

8). Географическая долгота КА определяется по соответствующим математическим зависимостям, учитывающим скорость вращения Земли, текущее время и измеренную инерциальную долготу.8). The geographic longitude of the spacecraft is determined by the corresponding mathematical dependencies, taking into account the speed of rotation of the Earth, current time and the measured inertial longitude.

VI. АВТОНОМНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ШИРОТНОГО МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ:VI. OFFLINE DETERMINATION OF LATITUDE LOCATION:

(задействованы: проектные расчеты, датчик Земли, звездный датчик, процессор обработки угловых данных, запоминающее устройство и соответствующие алгоритмы)(involved: design calculations, Earth sensor, star sensor, processor for processing angular data, storage device and corresponding algorithms)

9). При проектных расчетах угол между направлением с КА на опорную звезду и осью Земли определяется полярным расстоянием опорной звезды на момент, когда базовая инерциальная долгота КА соответствует прямому восхождению опорной звезды в градусном исчислении. Значения указанного угла при иных значениях инерциальной долготы определяются по известной математической зависимости и представляются в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ).9). In design calculations, the angle between the direction from the satellite to the reference star and the Earth's axis is determined by the polar distance of the reference star at the moment when the base inertial longitude of the satellite corresponds to the right ascension of the reference star in degree calculation. The values of the specified angle for other values of inertial longitude are determined by a known mathematical dependence and are presented in read-only memory (ROM).

10) Географическая широта КА определяется посредством преобразования измеренного угла между центральной осью датчика Земли, направленной на центр Земли, и направлением с КА на опорную звезду (координируемым звездным датчиком) и с учетом угла между направлением с КА на опорную звезду и осью Земли, представленного в запоминающем устройстве значением, соответствующим тому значению инерциальной долготы, при котором определяется широта.10) The geographic latitude of the spacecraft is determined by converting the measured angle between the central axis of the Earth’s sensor, directed to the center of the Earth, and the direction from the spacecraft to the reference star (coordinated by a stellar sensor) and taking into account the angle between the direction from the spacecraft to the reference star and the Earth’s axis, presented in storage device with a value corresponding to that inertial longitude value at which latitude is determined.

VII. АВТОНОМНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕАЛЬНОЙ ОРБИТЫ И ТОЧНОЙ УГЛОВОЙ ОРИЕНТАЦИИ:VII. AUTONOMOUS DETERMINATION OF REAL ORBIT AND PRECISE ANGULAR ORIENTATION:

(задействованы: процессор обработки угловых данных, процессор управления положением, запоминающее устройство, временное устройство, инерционные маховики и соответствующие алгоритмы)(involved: angular data processor, position control processor, storage device, temporary device, inertial flywheels and corresponding algorithms)

11). Орбита в инерциальном пространстве определяется совокупностью точек, образуемых на каждый временной такт инерциально-долготными и инерциально-широтными измерениями.eleven). The orbit in inertial space is determined by a set of points formed at each time cycle by inertial-longitudinal and inertial-latitudinal measurements.

12). Уровень точности звездного датчика (в свете несопоставимости значений ошибок обоих датчиков) трактуется как базовый уровень и потому погрешность угловых измерений отнесена к погрешности датчика Земли.12). The accuracy level of a stellar sensor (in the light of the incompatibility of the error values of both sensors) is interpreted as the base level, and therefore the error of angular measurements is related to the error of the Earth sensor.

13). Погрешность измерений интерпретируется в форму мнимой погрешности характера орбитального движения.13). The measurement error is interpreted in the form of an imaginary error in the nature of the orbital motion.

14). Параметры реального и по сути «гладкого» движения КА определяются статистической обработкой стохастических инерциально-долготных и инерциально-широтных измерений с помощью соответствующего программного модуля (нейронной сети) и по мере обработки представляются посредством записи в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ).fourteen). The parameters of the real and essentially “smooth” motion of the spacecraft are determined by statistical processing of stochastic inertial-longitudinal and inertial-latitudinal measurements using the corresponding software module (neural network) and are presented as they are processed by writing to random access memory (RAM).

15). При указанной обработке устраняются ошибки в измерениях и на несколько тактовых шагов вперед прогнозируются значения инерциально-долготных и инерциально-широтных углов для реализации последующей уточненной угловой ориентации КА.fifteen). With this processing, errors in measurements are eliminated and the values of inertial-longitudinal and inertial-latitudinal angles are predicted several clock steps in advance to realize the subsequent updated angular orientation of the spacecraft.

VIII. АВТОНОМНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕСООТВЕТСТВИЙ ПАРАМЕТРОВ РЕАЛЬНОЙ ОРБИТЫ ПАРАМЕТРАМ ЗАДАННОЙ ОРБИТЫ.Viii. AUTONOMOUS DETERMINATION OF NON-COMPATIBILITY OF THE REAL ORBIT PARAMETERS TO THE PARAMETERS OF THE SET ORBIT.

(задействованы: проектный расчет, запоминающее устройство (ПЗУ и ОЗУ), процессор обработки орбитальных данных и соответствующие алгоритмы)(involved: design calculation, storage device (ROM and RAM), orbital data processor and corresponding algorithms)

16). На борту КА посредством записи в постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) представляется (соответствующий требованиям целевой функции КА) заданный орбитальный виток своими традиционными параметрами и в форме инерциально-долготных и инерциально-широтных углов на каждый временной такт.16). On board the spacecraft, by writing to the read-only memory (ROM), the specified orbital turn is presented (corresponding to the requirements of the target function of the spacecraft) with its traditional parameters and in the form of inertial-longitudinal and inertial-latitudinal angles for each time cycle.

17). По соответствующим математическим зависимостям и непосредственно по имеющимся данным определяются период, большая полуось, эксцентриситет, аргумент перигея, наклонение и прямое восхождение восходящего узла реального, представленного в ОЗУ орбитального витка.17). According to the corresponding mathematical dependencies and directly from the available data, the period, semi-major axis, eccentricity, perigee argument, inclination and right ascension of the ascending node of the real one represented in the orbital orbit RAM are determined.

18). По результатам сопоставления параметров реальной орбиты и представленных в ПЗУ параметров заданной орбиты определяются искомые отклонения.eighteen). By comparing the parameters of the real orbit and the parameters of the given orbit presented in the ROM, the desired deviations are determined.

19). По известным зависимостям и по выявленным отклонениям определяются: последовательность корректирующих воздействий, тип корректирующего импульса, точка его приложения, значение импульса скорости, значение энергозатрат и времени работы двигательной установки (ДУ).19). According to the known dependencies and the revealed deviations, the following are determined: the sequence of corrective actions, the type of corrective impulse, the point of its application, the value of the speed impulse, the value of energy consumption and the operating time of the propulsion system (ДУ).

IX. АВТОНОМНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ КОРРЕКЦИИ.IX. OFFLINE IMPLEMENTATION OF CORRECTION.

(задействованы: процессор управления положением, временное устройство, инерционные маховики, двигатели коррекции и соответствующие алгоритмы)(involved: position control processor, temporary device, inertial flywheels, correction engines and corresponding algorithms)

20). По точке и направлению приложения импульса определяются и реализуются угловые развороты КА относительно моделируемой на борту системы координат, обеспечивающие необходимое направление вектора корректирующего импульса, а по продолжительности импульса - время работы ДУ.twenty). According to the point and direction of application of the pulse, the angular turns of the spacecraft relative to the coordinate system modeled on board are determined and implemented, which provide the necessary direction of the vector of the correcting pulse, and according to the pulse duration, the operating time of the remote control.

X. АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ.X. AUTOMATIC CONTROL OF TECHNICAL PROCESS.

(задействованы: управляющий компьютер и периферийные устройства)(involved: host computer and peripherals)

21) В условиях многозадачного режима работы управляющим компьютером циклически опрашивается и оценивается текущее состояние периферийных устройств, обновляются данные внутренней базы данных и принимаются необходимые команды воздействия с целью должного протекания процесса.21) In the multitasking mode of operation, the control computer cyclically interrogates and evaluates the current status of peripheral devices, updates the data of the internal database and receives the necessary exposure commands for the purpose of the process.

Следует отметить, что совокупность вышепредставленных признаков относится к группе изобретений, связанных между собой единым замыслом - единой синтезированной по части навигации и управления автономной бортовой системой КА.It should be noted that the totality of the above features relates to a group of inventions that are interconnected by a single concept - a single autonomous onboard spacecraft synthesized in terms of navigation and control.

На фиг.1 представлена иерархическая структурная схема автономной бортовой системы управления; на фиг.2 - схематическое изображение астрономических пространственных и временных соотношений как основы навигационных определений; на фиг.3 - космический аппарат на околоземной орбите со схемой измеряемых углов, стабилизированный относительно направления на центр Земли и направления на опорную звезду; на фиг.4 - таблица звезд из окрестности северного полюса мира; на Фиг.5 - таблица звезд из окрестности южного полюса мира; на фиг.6 - космический аппарат с расширенным полем зрения звездного датчика и возможностью ориентировать продольную ось в любую точку Земли; на фиг.7 - схема затенения Землей звездных ориентиров на различных орбитах; на фиг.8 - сферический треугольник, предназначенный для определения угла между плоскостью, содержащей направления на опорную и навигационную звезды, и плоскостью, содержащей направления на опорную звезду и полюс мира; на фиг.9 - схема определения бортовой точки отсчета инерциальной долготы; на фиг.10 - схема определения угла между направлением с КА на опорную звезду и осью Земли; на фиг.11 - орбита, формируемая точками, которые координируются инерциально-долготными и инерциально-широтными углами; на фиг.12 - схема, иллюстрирующая взаимное положение значений географической долготы и инерциальной долготы; на фиг.13 - схема построения геоцентрической вертикали с помощью 4-х сканирующих датчиков; на Фиг.14 - схема геометрии измерений при определении геоцентрической вертикали; на фиг.15 - моноблок астродатчиков КА, его «жесткая» плоскость и координация осей датчиков в моноблоке; на фиг.16 - схема различий систематических и случайных ошибок; на фиг.17 и 18 представлены схемы, иллюстрирующие ошибки углового пространственного положения КА в плоскости долготного канала и в плоскости широтного канала соответственно; на фиг.19 - схемы, иллюстрирующие реальную и мнимую орбиты в моменты измерения широтного угла; на фиг.20 - схема, иллюстрирующая реальное и мнимое положение КА в моменты измерения широтного угла; на фиг.21 - блок-схема статистической обработки измеренных данных; на фиг.22 - зависимость от времени стохастических широтных и долготных данных, предназначенных для обучения нейронной сети - программного модуля обработки; на фиг.23 - таблица результатов обработки измерительной информации на орбитальном участке с 500 по 559 сек; на фиг.24 - графическая зависимость от времени реальной, измеренной и спрогнозированной нейронной сетью инерциальной долготы на орбитальном участке с 500 по 559 сек; на фиг.25 - графическая зависимость от времени реального, измеренного и спрогнозированного нейронной сетью широтного эквивалента на орбитальном участке с 500 по 559 сек; на фиг.26 - таблица результатов обработки измерительной информации на орбитальном участке с 2999 по 3058 сек; на фиг.27 - графическая зависимость от времени реальной, измеренной и спрогнозированной нейронной сетью инерциальной долготы на орбитальном участке с 2999 по 3058 сек; на фиг.28 - графическая зависимость от времени реального, измеренного и спрогнозированного нейронной сетью широтного эквивалента на орбитальном участке с 2999 по 3058 сек; на фиг.29 - графическая зависимость от времени реальной и спрогнозированной нейронной сетью инерциальной долготы на интервале полного витка с 0 по 5402 сек; на фиг.30 - графическая зависимость от времени реального и спрогнозированного нейронной сетью широтного эквивалента на интервале полного витка с 0 по 5402 сек; на фиг.31 - сравнительная таблица параметров, обработанных различными методами - линейным трендом и нейронной сетью на орбитальном участке с 3049 по 3058 сек; на фиг.32 - график сравнений долготных параметров, спрогнозированных линейным трендом и нейронной сетью на орбитальном участке с 3049 по 3058 сек; на фиг.33 - график сравнений широтных параметров, спрогнозированных линейным трендом и нейронной сетью на орбитальном участке с 3049 по 3058 сек; на фиг.34 - заданная орбита и реальная орбита и элементы, характеризующие каждую из орбит; не фиг.35 - таблица параметров трех орбит, поясняющая определение апогея и перигея; на фиг.36 - годографы скоростей двух орбит с зонами и точками апогея и перигея; на фиг.37 - орбита и соответствующие оси изменения наклонения, аргумента перигея и прямого восхождения восходящего узла под действием боковой корректирующей силы; на фиг.38 - орбита и боковой импульс, который в общем случае изменяет все три элемента, определяющие ориентацию орбиты; на фиг.39 - схема, поясняющая зависимости от угла разворота плоскости орбиты величины бокового импульса и величины угла, характеризующего направление импульса; на фиг.40 - схема непосредственного разворота плоскости орбиты для изменения ее наклонения; на фиг.41 - схема, поясняющая изменение внутриплоскостных элементов орбиты под действием тангенциальной силы; на фиг.42 - схема, иллюстрирующая коррекцию положения перигея (аргумента перигея) под действием тангенциального импульса; на фиг.43 - орбита и ее точки, в которых изменения большой полуоси, эксцентриситета и аргумента перигея под действием тангенциальной силы имеют экстремальные значения; на фиг.44 - таблица, в которой приведены уравнения приращений орбитальных элементов при действии тангенциальной или боковой силы.Figure 1 presents a hierarchical structural diagram of an autonomous on-board control system; figure 2 is a schematic representation of astronomical spatial and temporal relationships as the basis of navigation definitions; figure 3 - a spacecraft in Earth orbit with a diagram of the measured angles, stabilized relative to the direction to the center of the Earth and the direction to the reference star; figure 4 is a table of stars from the vicinity of the north pole of the world; figure 5 is a table of stars from the vicinity of the south pole of the world; figure 6 - a spacecraft with an extended field of view of the stellar sensor and the ability to orient the longitudinal axis to any point on the Earth; 7 is a diagram of the shading by the Earth of stellar landmarks in various orbits; on Fig - a spherical triangle, designed to determine the angle between the plane containing the direction to the reference and navigation stars, and the plane containing the direction to the reference star and the pole of the world; Fig.9 is a diagram for determining the onboard reference point of inertial longitude; figure 10 is a diagram of determining the angle between the direction from the SC to the reference star and the axis of the Earth; figure 11 is the orbit formed by points that are coordinated by inertial-longitudinal and inertial-latitudinal angles; 12 is a diagram illustrating the relative position of the values of geographical longitude and inertial longitude; Fig.13 is a diagram of the construction of a geocentric vertical using 4 scanning sensors; on Fig - diagram of the geometry of the measurements in determining the geocentric vertical; on Fig - a monoblock astronomical sensors KA, its "rigid" plane and the coordination of the axes of the sensors in the monoblock; on Fig is a diagram of the differences of systematic and random errors; 17 and 18 are diagrams illustrating errors in the angular spatial position of the spacecraft in the plane of the longitudinal channel and in the plane of the latitudinal channel, respectively; on Fig - diagrams illustrating the real and imaginary orbits at the moments of measurement of the latitudinal angle; in Fig.20 is a diagram illustrating the real and imaginary position of the spacecraft at the moments of measurement of the latitudinal angle; on Fig is a block diagram of the statistical processing of the measured data; on Fig - time dependence of stochastic latitudinal and longitude data intended for training a neural network - a software processing module; in Fig.23 is a table of the results of processing the measurement information in the orbital section from 500 to 559 seconds; in Fig.24 is a graphical time dependence of the real, measured and predicted inertial longitude neural network in the orbital section from 500 to 559 seconds; on Fig - graphical dependence on time of the real, measured and predicted by the neural network latitudinal equivalent in the orbital section from 500 to 559 seconds; in Fig.26 is a table of the results of processing the measurement information in the orbital section from 2999 to 3058 sec; on Fig is a graphical time dependence of the real, measured and predicted by the inertial longitude neural network in the orbital section from 2999 to 3058 sec; on Fig - graphical dependence on time of the real, measured and predicted by the neural network latitudinal equivalent in the orbital section from 2999 to 3058 sec; on Fig - graphical dependence on time of the real and predicted neural network of inertial longitude in the interval of a full turn from 0 to 5402 seconds; on Fig - graphical dependence on time of the real and predicted by the neural network latitudinal equivalent in the interval of a full turn from 0 to 5402 seconds; on Fig - comparative table of parameters processed by various methods - a linear trend and a neural network in the orbital section from 3049 to 3058 sec; on Fig is a graph of comparisons of longitudinal parameters predicted by a linear trend and a neural network in the orbital section from 3049 to 3058 sec; on Fig is a graph comparing latitudinal parameters predicted by a linear trend and a neural network in the orbital section from 3049 to 3058 sec; on Fig - a given orbit and the actual orbit and the elements characterizing each of the orbits; not Fig. 35 is a table of parameters of three orbits, explaining the definition of apogee and perigee; on Fig - travel time curves of two orbits with zones and points of apogee and perigee; on Fig - orbit and the corresponding axis of change of inclination, argument perigee and right ascension of the ascending node under the action of lateral corrective forces; on Fig - orbit and lateral impulse, which in the General case, changes all three elements that determine the orientation of the orbit; Fig. 39 is a diagram explaining the dependence of the lateral impulse and the angle value characterizing the direction of the impulse depending on the angle of rotation of the orbit plane; on Fig is a diagram of a direct turn of the plane of the orbit to change its inclination; Fig. 41 is a diagram explaining a change in the in-plane elements of the orbit under the influence of a tangential force; on Fig is a diagram illustrating the correction of the position of the perigee (perigee argument) under the influence of a tangential impulse; on Fig - orbit and its points at which changes in the semimajor axis, eccentricity and perigee argument under the influence of tangential force have extreme values; on Fig - table, which shows the equations of the increments of the orbital elements under the action of a tangential or lateral force.

На представленных фигурах обозначены: 1 - Земля, 2 - небесная сфера, 3 - направление на полюс мира, 4 - направление на опорную звезду, 5 - направление на навигационную звезду, 6 - экватор, 7 - небесный экватор, 8 - меридиан Гринвича, 9 - небесный меридиан абсолютной точки отсчета 0,γ, 10 - плоскость Гринвичского меридиана, 11 - меридиан опорной звезды, 12 - первая плоскость, 13 - вторая плоскость, 14 - космический аппарат, 15 - звездный датчик, 16 - датчик Земли, 17 - плоскость чувствительности, 18 - геоцентрическая вертикаль, 19 - орбита, 20 - раствор поля зрения звездных датчиков, 21 - моноблок астроприборов, 22 - двухстепенной привод моноблока астроприборов, 23 - продольная ось КА, 24 - двигательная установка, 25 - центр Земли, 26 - точка касания горизонта линией визирования датчика Земли, 27 - горизонт, 28 - мгновенное поле зрения, 29 - область сканирования мгновенным полем зрения, 30 - бортовая система отсчета измерений датчика Земли, 31 - слой СО2, 32 - теневой участок орбиты, 33 - первая касательная в вершине угла λ, 34 - вторая касательная в вершине угла λ, 35 - шкала инерциальной долготы.On the presented figures are marked: 1 - Earth, 2 - celestial sphere, 3 - direction to the pole of the world, 4 - direction to the reference star, 5 - direction to the navigation star, 6 - equator, 7 - sky equator, 8 - Greenwich meridian, 9 - the celestial meridian of the absolute reference point 0, γ, 10 - the plane of the Greenwich meridian, 11 - the meridian of the reference star, 12 - the first plane, 13 - the second plane, 14 - the spacecraft, 15 - the star sensor, 16 - the Earth sensor, 17 - the plane sensitivity, 18 - geocentric vertical, 19 - orbit, 20 - solution of the field of view of stellar sensors Ikov, 21 - a monoblock of astro devices, 22 - a two-stage drive of a monoblock of astro devices, 23 - the longitudinal axis of the spacecraft, 24 - a propulsion system, 25 - the center of the Earth, 26 - the point of contact of the horizon with the line of sight of the Earth sensor, 27 - horizon, 28 - instantaneous field of view, 29 — scanning area by instantaneous field of view, 30 — on-board reference system for measuring the Earth’s sensor, 31 — CO 2 layer, 32 — shadow region of the orbit, 33 — first tangent at the apex of λ, 34 — second tangent at the apex of λ, 35 — scale inertial longitude.

На представленных фигурах также обозначены: γ - точка весеннего равноденствия, «0» - приборная база отсчета, 0 - абсолютное направление на внешнюю точку отсчета при t=0, образованное пересечением плоскости небесного экватора плоскостью Гринвичского меридиана, α - прямое восхождение опорной звезды, μ - полярное расстояние опорной звезды, t - часовой угол точки весеннего равноденствия относительно Гринвичского меридиана, tм - шкала времени полного поворота Земли, шкала бортового времени, σ - угол треугольника, вершиной которого является полюс мира, ρ - угол треугольника, вершиной которого является навигационная звезда, β - полярное расстояние навигационной звезды, ε - угловое расстояние между звездами, x, у, z - координатные оси датчика Земли, x0, y0, z0 - координатные оси звездного датчика, ω - угол между центральной осью датчика Земли и направлением «КА - опорная звезда», ω0 - угловая связь между системами координат звездного датчика и датчика Земли, λ - угол между первой и второй плоскостями, ψ - угол, фиксирующий приборную базу отсчета относительно жесткой плоскости датчиков, φ - угол между первой плоскостью и абсолютным опорным направлением, угол между жесткой плоскостью датчиков и абсолютным опорным направлением, угол между жесткой плоскостью датчиков и плоскостью Гринвичского меридиана, который при t=0 совпадает с прямым восхождением опорной звезды, А - апогей орбиты, П - перигей, В - восходящий узел, Н - нисходящий узел, Ω - прямое восхождение восходящего узла, i - наклонение орбиты, ∈ совпадает с прямым восхождением опорной звезды, А - апогей орбиты, П - перигей, В - восходящий узел, Н - нисходящий узел, Ω - прямое восхождение восходящего узла, i - наклонение орбиты, ∈ - аргумент перигея, u - аргумент КА, ϑ - истинная аномалия КА, 2α - расстояние между перигеем и апогеем орбиты, е - эксцентриситет, F - фокус орбиты, Д и Д1 - точки пересечения орбиты с малой полуосью, ι - инерциальная долгота, ∂ - географическая долгота, η - широта, ζ - долготная ошибка, ξ - широтная ошибка, Z - измеряемый датчиком угол между бортовой системой отсчета и направлением на видимый горизонт Земли, ∑ - измеряемый датчиком угол до направления на горизонт в противоположную сторону, ΔV - импульс скорости, Vη - трансверсальная скорость, Δχ - угол разворота плоскости орбиты, j - угол, характеризующий направление импульса ΔV.The figures also show: γ is the vernal equinox, “0” is the instrument base, 0 is the absolute direction to the external reference point at t = 0, formed by the intersection of the plane of the celestial equator by the Greenwich meridian plane, α is the right ascension of the reference star, μ is the polar distance of the reference star, t is the hourly angle of the vernal equinox relative to the Greenwich meridian, t m is the time scale of the complete rotation of the Earth, the flight time scale, σ is the angle of the triangle, the vertex of which is the poles pa, ρ is the angle of the triangle whose apex is the navigation star, β is the polar distance of the navigation star, ε is the angular distance between the stars, x, y, z are the coordinate axes of the Earth’s sensor, x 0 , y 0 , z 0 are the coordinate axes of the stellar sensor, ω is the angle between the central axis of the Earth’s sensor and the direction “KA is the reference star”, ω 0 is the angular relationship between the coordinate systems of the star sensor and the Earth’s sensor, λ is the angle between the first and second planes, ψ is the angle fixing the instrument base relatively rigid plane of the sensors, φ is the angle between the first plane and the absolute reference direction, the angle between the rigid plane of the sensors and the absolute reference direction, the angle between the rigid plane of the sensors and the Greenwich meridian plane, which at t = 0 coincides with the right ascension of the reference star, A is the apogee of the orbit, P is the perigee, B is the ascending node, H is the descending node, Ω is the right ascension of the ascending node, i is the inclination of the orbit, ∈ coincides with the right ascension of the reference star, A is the apogee of the orbit, P is the perigee, B is the ascending node, H is the descending node, Ω is right ascension of the descending node, i is the inclination of the orbit, ∈ is the argument of the perigee, u is the argument of the AC, ϑ is the true anomaly of the AC, 2α is the distance between the perigee and the apogee of the orbit, e is the eccentricity, F is the focus of the orbit, D and D 1 are the points of intersection of the orbit with a minor axis, ι is the inertial longitude, ∂ is the geographic longitude, η is the latitude, ζ is the longitude error, ξ is the latitudinal error, Z is the angle measured by the sensor between the airborne reference system and the direction to the visible horizon of the Earth, ∑ is the angle measured by the sensor to direction of the horizon to the opposite side, ΔV - pulse rate, V η - ransversalnaya speed, Δχ - angle of rotation of the plane of the orbit, j - angle characterizing the impulse direction ΔV.

Внутренние бортовые средства КА, которые схематично изображены на фиг.1, структурно и функционально подразделяются на три уровня:The internal spacecraft means, which are schematically depicted in figure 1, are structurally and functionally divided into three levels:

- на уровне локального управления посредством звездного датчика и датчика Земли измеряются параметры внешнего процесса орбитального движения, который протекает в форме угловых изменений, а посредством инерционных маховиков и двигателей коррекции осуществляются воздействия на данный процесс с целью изменения его параметров;- at the level of local control, the parameters of the external process of orbital motion, which proceeds in the form of angular changes, are measured by means of a star sensor and the Earth sensor, and by means of inertial flywheels and correction engines, impacts on this process are carried out in order to change its parameters;

- на уровне управления угловым и местоположением КА посредством процессора управления положением вырабатываются законы управления угловым положением КА, его орбитальным местоположением по результатам сопоставления (в процессоре обработки орбитальных данных) параметров реальной орбиты с параметрами заданной (представленной в запоминающем устройстве) и по результатам статистической обработки измеренных данных (в процессоре обработки угловых данных, в котором производится также преобразование инерциальных параметров в географические);- at the level of controlling the spacecraft’s angular and location by means of the position control processor, laws are developed for controlling the spacecraft’s angular position, its orbital location according to the results of comparing (in the processor for processing orbital data) the parameters of the real orbit with the parameters of the given (presented in the storage device) and the results of statistical processing of the measured data (in a corner data processor, which also converts inertial parameters to geographic e);

- на уровне стратегического управления в условиях реального времени и многозадачного последовательно-параллельного режима работы управляющий компьютер циклически (используя сетку частот временного устройства) опрашивает и оценивает текущее состояние периферийных устройств, обновляет данные внутренней базы данных и принимает необходимые команды воздействия с целью должного протекания общего процесса.- at the level of strategic management in real time and a multitask sequential-parallel mode of operation, the control computer cyclically (using the frequency grid of the temporary device) polls and evaluates the current status of peripheral devices, updates the data of the internal database and receives the necessary action commands for the purpose of the proper process .

Рассмотрим астрономическую основу процесса навигации и управления и для этого обратимся к фиг.2, на которой представлено схематическое изображение астрономических пространственных и временных соотношений.Consider the astronomical basis of the navigation and control process and for this we turn to figure 2, which presents a schematic representation of the astronomical spatial and temporal relationships.

Обратим внимание на следующие обстоятельства:Pay attention to the following circumstances:

1) точка весеннего равноденствия и полюсы мира на небе ничем не отмечены, это абстрактные точки;1) the vernal equinox and the poles of the world in the sky are not marked by anything, these are abstract points;

2) углы α, μ, t подвержены в той или иной мере изменению.2) the angles α, μ, t are subject to varying degrees.

Причина изменения α состоит в том, что точка весеннего равноденствия (точка пересечения небесного экватора с эклиптикой) смещается относительно неподвижных звезд вследствие прецессии.The reason for the change in α is that the vernal equinox (the point of intersection of the celestial equator with the ecliptic) shifts relative to fixed stars due to precession.

Причина изменения μ состоит в том, что полюс мира (ось вращения Земли) движется вследствие прецессий вокруг полюса эклиптики, непрерывно изменяя экваториальные координаты звезд.The reason for the change in μ is that the pole of the world (the axis of rotation of the Earth) moves due to precessions around the pole of the ecliptic, continuously changing the equatorial coordinates of the stars.

Отметим, что влияние прецессии сказывается гораздо сильнее для звезд, близких к полюсу мира.Note that the effect of precession is much stronger for stars close to the pole of the world.

Причина изменения t состоит в том, что за начало отсчета часовых углов принята точка (точка пересечения небесного экватора с небесным меридианом), не принимающая участия в суточном вращении небесной сферы.The reason for the change in t is that the point (the point of intersection of the celestial equator with the celestial meridian), which does not take part in the diurnal rotation of the celestial sphere, is taken as the origin of the reference angles.

Ситуация, схваченная определенными угловыми соотношениями в момент весеннего равноденствия, в следующий момент "разморозится".The situation, captured by certain angular relations at the time of the vernal equinox, at the next moment will “unfreeze”.

Зададимся, тем не менее, целью связать ситуацию (систему ориентиров) новыми угловыми отношениями таким образом, чтобы указанные абстрактные точки (точка γ и полюс мира) содержались бы уже в плоскостях, то есть конкретизируем ситуацию.Nevertheless, we will set ourselves the goal of connecting the situation (reference system) with new angular relations so that the indicated abstract points (the point γ and the world pole) are already contained in the planes, that is, we specify the situation.

Вообще-то, если мы на какую-либо систему смотрим изолированно, то это еще не значит, что она существует изолированно и дело здесь сводится к тому, чтобы определить связи системы. Обратим внимание на то, что направление 3 и направление 4 содержатся в плоскости 12, в которой опорная звезда находится на момент 0h гринвичского Всемирного времени в своей верхней кульминации, а направления 4 и 5 содержатся во второй плоскости 13, которая неизменна в инерциальном пространстве. Эти плоскости пересекаются под углом λ.Actually, if we look at any system in isolation, this does not mean that it exists in isolation and the point here is to determine the connections of the system. We draw attention to the fact that direction 3 and direction 4 are contained in the plane 12, in which the reference star is at the moment 0 h of Greenwich Mean Time, in its upper culmination, and directions 4 and 5 are contained in the second plane 13, which is unchanged in inertial space. These planes intersect at an angle λ.

Подчеркнем следующее обстоятельство - вторая плоскость 13 посредством угла λ фиксирует в пространстве первую плоскость 12, которая содержит направление «центр Земли - северный полюс мира». При этом полюс мира фиксируется в пространстве не только этой плоскостью, но и полярным расстоянием μ.We emphasize the following circumstance - the second plane 13 fixes the first plane 12 in space through the angle λ, which contains the direction “the center of the Earth is the north pole of the world”. In this case, the pole of the world is fixed in space not only by this plane, but also by the polar distance μ.

В свою очередь, зафиксированная таким образом в инерциальном пространстве первая плоскость 12 посредством угла, отсчитываемого от нее и равного в градусном исчислении прямому восхождению опорной звезды 4, фиксирует в пространстве положение меридиана точки весеннего равноденствия γ, которая тоже ничем не отмечена на небе.In turn, the first plane 12 thus fixed in inertial space, by means of an angle measured from it and equal in degree terms to the right ascension of the reference star 4, fixes in space the position of the meridian of the vernal equinox γ, which is also not marked in the sky.

Дальнейшее определение внешних связей системы ориентиров связано с проявлением угловых отношений первой плоскости 12 к плоскости Гринвичского меридиана.Further determination of the external relations of the landmark system is associated with the manifestation of the angular relations of the first plane 12 to the plane of the Greenwich meridian.

Гринвичское звездное время есть часовой угол точки весеннего равноденствия относительно Гринвичского меридиана, то есть t в градусном измерении. Положение точки весеннего равноденствия γ относительно первой плоскости 12 определено выше прямым восхождением опорной звезды, то есть углом α. Очевидно, что первая плоскость 12 и плоскость Гринвичского меридиана 10 пересекаются под углом, равным α-t. При t=0 плоскость Гринвичского меридиана совпадает с направлением на точку весеннего равноденствия γ, т.е. в этот момент плоскость 12 и плоскость Гринвичского меридиана 10 пересекаются под углом, равным прямому восхождению α опорной звезды.Greenwich stellar time is the hourly angle of the vernal equinox relative to the Greenwich meridian, that is, t in degree measurement. The position of the vernal equinox γ relative to the first plane 12 is determined above by the right ascension of the reference star, that is, the angle α. Obviously, the first plane 12 and the Greenwich meridian plane 10 intersect at an angle equal to α-t. At t = 0, the Greenwich meridian plane coincides with the direction to the vernal equinox γ, i.e. at this moment, the plane 12 and the plane of the Greenwich meridian 10 intersect at an angle equal to the right ascension α of the reference star.

Напомним, что в астрономических ежегодниках определены Гринвичские часовые углы точки весеннего равноденствия γ, а соответственно, и промежутки времени.Recall that in astronomical yearbooks the Greenwich hour angles of the vernal equinox γ and, accordingly, time intervals are determined.

Данная пространственная ситуация, включающая в себя такие геометрические элементы, как направления 0, 3, 4, 5 и плоскости 12, 13 и 10, характеризуется снижением уровня абстрагирования и определенными угловыми соотношениями.This spatial situation, which includes such geometric elements as directions 0, 3, 4, 5 and planes 12, 13 and 10, is characterized by a decrease in the level of abstraction and certain angular ratios.

Особое значение здесь приобретает точка 0, совпадающая в представленный момент с точкой γ. Особое значение данной точки обусловлено тем, что ей предназначено быть нулевой базой отсчета времени и долготы.Of particular importance here is point 0, which coincides at the given moment with point γ. The particular importance of this point is due to the fact that it is intended to be a zero base for counting time and longitude.

При t=0 точка 0 становится нулевой базой отсчета временной меры часового угла.At t = 0, point 0 becomes the zero base of the time measure of the hour angle.

Что же касается нулевой базы отсчета значений долготы, то дело здесь несколько сложнее.As for the zero base for reading longitude values, the matter here is somewhat more complicated.

Вопрос в следующем. Точка γ смещается вдоль эклиптики к западу со скоростью 50,3'' в год, поэтому ее необходимо соотносить к тому моменту, к равноденствию которого относятся координаты звезд.The question is as follows. The point γ shifts along the ecliptic to the west at a speed of 50.3 '' per year, so it must be correlated to the moment at which the coordinates of the stars belong to the equinox.

Разумеется, координаты звезд в нашем случае должны быть отнесены к определенной эпохе.Of course, the coordinates of the stars in our case should be attributed to a certain era.

Здесь следует отметить, что только у экваториальных звезд годовое приращение их прямых восхождений равно годовому смещению точки весеннего равноденствия γ. Годовые же приращения прямых восхождений приполюсных звезд не подчиняются такому соответствию.It should be noted here that only in equatorial stars the annual increment of their right ascensions is equal to the annual shift of the vernal equinox γ. The annual increments of the direct ascents of the polar stars are not subject to such a correspondence.

Приполюсная зона звезд является зоной особых прямых восхождений, где годовые приращения прямых восхождений могут быть положительными, отрицательными и даже очень близкими к нулевым значениям.The polar zone of stars is a zone of special right ascents, where the annual increments of right ascensions can be positive, negative, and even very close to zero.

Так как звездные сутки - это промежуток времени между двумя последовательными одноименными кульминациями точки γ, то очевидно, что смещение точки γ на 0'',133=0s,0084 в сутки приводит к рассогласованию между продолжительностью звездных суток и периодом полного поворота Земли и, таким образом, звездные сутки становятся короче.Since stellar day is the time interval between two successive climaxes of the same point γ, it is obvious that the shift of the point γ by 0 '', 133 = 0 s , 0084 per day leads to a mismatch between the duration of the stellar day and the period of the complete rotation of the Earth and, thus, the stellar day becomes shorter.

Если же координаты звезд отнесены к определенной эпохе (заморожены) и при этом их годовые (суточные) приращения прямых восхождений соответствуют годовому (суточному) смещению точки γ, то проблемы здесь нет и звездные сутки окажутся равными периоду полного поворота Земли.If the coordinates of the stars are attributed to a certain epoch (frozen) and at the same time their annual (daily) increments of right ascensions correspond to the annual (daily) shift of the point γ, then there is no problem here and the stellar day will turn out to be equal to the period of the complete rotation of the Earth.

В связи с этим предпочтительными для использования в качестве ориентиров являются те приполюсные звезды, годовые приращения прямых восхождений которых равны (или близки) годовому смещению точки γ.In this regard, those polar stars whose annual increments of right ascensions are equal to (or close to) the annual shift of the point γ are preferred for use as landmarks.

При t=0 точка 0 через каждый полный поворот Земли будет фиксироваться в пространстве плоскостью Гринвичского меридиана и, таким образом, последующая ситуация повторит предшествующую.At t = 0, point 0 through each complete rotation of the Earth will be fixed in space by the plane of the Greenwich meridian and, thus, the subsequent situation will repeat the previous one.

В этом случае значения географических долгот будут совпадать со значениями прямых восхождений звезд (например, экваториальных).In this case, the values of geographical longitudes will coincide with the values of right ascensions of stars (for example, equatorial).

Таким образом, точка 0, направление на которую образовано пересечением плоскости небесного экватора плоскостью Гринвичского меридиана, становится абсолютной нулевой точкой отсчета не только времени, но и долготы.Thus, point 0, the direction to which is formed by the intersection of the plane of the celestial equator by the plane of the Greenwich Meridian, becomes the absolute zero point of reference not only for time, but also for longitude.

В общем-то прецессия изменяет не только значения прямых восхождений звезд, но и их полярные расстояния.In general, the precession changes not only the values of the direct ascents of stars, but also their polar distances.

Для инженерных приложений предпочтительной является такая пространственная система ориентиров, в которой координатные изменения незначительны.For engineering applications, a spatial reference system in which coordinate changes are negligible is preferable.

На фиг.3 схематически представлен космический аппарат на околоземной орбите со схемой измеряемых углов, стабилизированный относительно направления на центр Земли и направления на опорную звезду.Figure 3 schematically shows a spacecraft in Earth orbit with a diagram of the measured angles, stabilized relative to the direction to the center of the Earth and the direction to the reference star.

Возникает вопрос: каким образом выявленные астрометрические основы могут стать полезными для нашей цели?The question arises: how can the detected astrometric bases become useful for our purpose?

Известно, что полезность означает отношение предмета, рассматриваемого как часть, к некоей взаимосвязи предметов, рассматриваемой как целое.It is known that utility means the relation of an object, considered as a part, to a certain relationship of objects, considered as a whole.

Целое, в нашем случае, это взаимосвязь бортовых устройств КА с пространственной структурой внешней среды.The whole, in our case, is the interconnection of spacecraft onboard devices with the spatial structure of the external environment.

Общей характерной особенностью каждой астрометрической основы, то есть каждого частного предмета, будь-то система ориентиров, абсолютная точка отсчета, инерциальная долгота или взаимосвязь долгот, является угловая мера, исчисляемая в зависимости от необходимости и во временной мере.A common characteristic feature of each astrometric base, that is, of each particular subject, be it a reference system, an absolute reference point, inertial longitude, or the relationship of longitudes, is an angular measure, calculated depending on necessity and in time.

Следовательно, польза может заключаться в выявленных угловых отношениях.Consequently, the benefit may lie in the identified angular relationships.

В качестве материальных точек-ориентиров используем опорную звезду 4, навигационную звезду 5 и центр Земли.As material reference points, we use a reference star 4, a navigation star 5, and the center of the Earth.

Отметим, что опорная и навигационная звезды отображаются в звездном датчике с соответствующей координацией их относительно приборных осей.Note that the reference and navigation stars are displayed in the star sensor with their corresponding coordination with respect to the instrument axes.

Центр Земли реализуется датчиком Земли как расчетное местоположение некоторой точки относительно бортовой базы отсчета. Направление на эту точку трактуется как геоцентрическая вертикаль.The center of the Earth is implemented by the Earth's sensor as the estimated location of a point relative to the airborne reference base. The direction to this point is treated as a geocentric vertical.

Плоскость, которая содержит центральные оси звездного датчика и датчика Земли, а также отображения опорной звезды и центра Земли, назовем плоскостью чувствительности 17.The plane that contains the central axis of the star sensor and the Earth sensor, as well as the display of the reference star and the center of the Earth, will be called the sensitivity plane 17.

Чтобы воспользоваться координатными соотношениями астрономической основы, «заморозим» местоположение КА в орбитальной точке, принадлежащей первой плоскости 12, таким образом, чтобы плоскость чувствительности 17 совместилась с первой плоскостью 12, в которой опорная звезда находится в своей верхней кульминации, а геоцентрическая вертикаль совпала с направлением «КА - центр Земли».To use the coordinate relationships of the astronomical base, we “freeze” the spacecraft’s location at the orbital point belonging to the first plane 12, so that the sensitivity plane 17 is aligned with the first plane 12, in which the reference star is in its upper culmination, and the geocentric vertical coincides with the direction "KA is the center of the Earth."

Очевидно, что в этом случае плоскость чувствительности 17 станет первой плоскостью 12, а плоскость, образованная направлениями «КА - опорная звезда» и «КА - навигационная звезда» - второй плоскостью 13 и эти плоскости пересекутся под углом λ.Obviously, in this case, the sensitivity plane 17 will become the first plane 12, and the plane formed by the directions “KA - reference star” and “KA - navigation star” - the second plane 13 and these planes intersect at an angle λ.

В этот момент КА аналогично опорной звезде 4 кульминирует в первой плоскости 12 и его прямое восхождение равно прямому восхождению опорной звезды или, в градусном исчислении, равно углу φ, то есть равно инерциальной долготе, которая при нулевом часовом угле точки γ относительно гринвичского меридиана соответствует географической долготе.At this moment, the spacecraft, similarly to the reference star 4, culminates in the first plane 12 and its right ascension is equal to the right ascension of the reference star or, in degree terms, equal to the angle φ, that is, equal to the inertial longitude, which at zero hour angle of the point γ relative to the Greenwich meridian corresponds to the geographical longitude.

Зная координацию плоскости чувствительности 17 в осях звездного прибора и значение угла φ, не составляет труда рассчитать в осях звездного датчика положение нулевой приборной базы отсчета инерциальной долготы, соответствующей абсолютной точке отсчета 0.Knowing the coordination of the sensitivity plane 17 in the axes of the stellar instrument and the value of the angle φ, it is not difficult to calculate the position of the zero instrument base of the inertial longitude reference corresponding to the absolute reference point 0 in the axes of the stellar sensor.

По значению же часового угла точки γ относительно гринвичского меридиана шкалируется бортовое звездное время, обнуляемое через каждые 24 часа.By the value of the hourly angle of the point γ relative to the Greenwich meridian, the airborne stellar time is scaled to zero every 24 hours.

Помимо углов φ и λ, для координации Земли в пространстве используется также полярное расстояние опорной звезды μ. Этот угол служит для координирования Земли в первой плоскости. Очевидно, что угол «центр Земли - КА - опорная звезда», обозначенный ω, служит аналогичной цели - он координирует положение КА в плоскости чувствительности 17.In addition to the angles φ and λ, the polar distance of the reference star μ is also used to coordinate the Earth in space. This angle serves to coordinate the Earth in the first plane. Obviously, the angle "the center of the Earth - the SC - the reference star", designated ω, serves a similar purpose - it coordinates the position of the SC in the sensitivity plane 17.

Обратим внимание, что первая плоскость 12, которая содержит центр Земли, полюс мира и опорную звезду, в рассмотренном зафиксированном моменте совмещена с плоскостью чувствительности 17, образованной центральной осью земного датчика и центральной осью звездного датчика и в которой координируются направления на центр Земли и опорную звезду.Note that the first plane 12, which contains the center of the Earth, the world pole and the reference star, in the considered fixed moment is combined with the sensitivity plane 17, formed by the central axis of the earth sensor and the central axis of the star sensor, and in which the directions to the center of the Earth and the reference star are coordinated .

Если «разморозить» ситуацию и удерживать при орбитальном движении положение плоскости чувствительности совмещенным с плоскостью, содержащей направления «КА - опорная звезда» и «КА - центр Земли», то возникнет эффект вращения плоскости чувствительности КА вокруг направления на опорную звезду 4.If you “unfreeze” the situation and keep the sensitivity plane in orbital motion aligned with the plane containing the directions “KA - reference star” and “KA - center of the Earth”, then the effect of rotation of the sensitivity plane of the KA around the direction to the reference star 4 will occur.

Данный эффект обусловлен орбитальным движением КА и поддерживается соответствующим угловым управлением КА в пространстве.This effect is due to the orbital motion of the spacecraft and is supported by the corresponding angular control of the spacecraft in space.

Как приведение КА к указанному угловому положению, так и поддержание этого положения во времени невозможно без осуществления управляемого движения КА.Both bringing the spacecraft to the specified angular position, and maintaining this position in time is impossible without the implementation of the controlled motion of the spacecraft.

Рассмотрим данный вопрос детальнее.Consider this issue in more detail.

Управляемым называется такое движение, в процессе которого под действием управляющей силы КА переходит из некоторого начального состояния в заданное конечное состояние.Controlled is such a movement in which, under the influence of a controlling force, the spacecraft passes from a certain initial state to a given final state.

Характер управляемого движения обуславливается таким образом особенностями начального и конечного состояний.The nature of the controlled movement is thus determined by the features of the initial and final states.

В общем случае угловое положение КА может быть задано взаимным расположением двух систем координат, направление осей одной из которых устанавливает требуемую, а другой - жестко связанную с аппаратом действительную ориентацию аппарата.In the general case, the angular position of the spacecraft can be determined by the relative position of two coordinate systems, the direction of the axes of one of which sets the desired orientation, and the other, which is rigidly connected with the device, the actual orientation of the device.

Первую из этих систем координат принято называть базовой системой отсчета, вторую - связанной системой координат.The first of these coordinate systems is called the basic reference system, the second - the associated coordinate system.

Поскольку в общем случае оси связанной и базовой систем не совпадают, задачу ориентации КА можно определить как задачу совмещения осей связанной системы координат с осями базовой.Since in the general case the axes of the coupled and the base systems do not coincide, the spacecraft orientation problem can be defined as the problem of combining the axes of the connected coordinate system with the axes of the base.

Понятно, что для решения данной задачи движение аппарата вокруг собственного центра масс должно быть управляемым. Такое управление позволяет придать КА любое требуемое положение в пространстве и поддерживать это положение при действии на аппарат различных возмущающих моментов. При этом можно выделить два характерных режима управления. Первый соответствует процессу приведения осей связанной системы координат к осям базовой системы отсчета. Если рассматривать этот режим с момента отделения КА от ракеты-носителя, то он включает в себя:It is clear that to solve this problem, the movement of the apparatus around its own center of mass should be controlled. Such control allows the spacecraft to give any desired position in space and maintain this position when various disturbing moments act on the spacecraft. In this case, two characteristic control modes can be distinguished. The first corresponds to the process of bringing the axes of the associated coordinate system to the axes of the base reference system. If we consider this regime from the moment the spacecraft is separated from the launch vehicle, then it includes:

- торможение (гашение) начальной угловой скорости;- braking (damping) of the initial angular velocity;

- поиск физических ориентиров, используемых для технического воспроизведения базовой системы отсчета;- search for physical landmarks used for the technical reproduction of the basic reference system;

- поворотный маневр с целью совмещения осей базовой и связанной систем координат.- rotary maneuver in order to combine the axes of the base and associated coordinate systems.

Второй режим, называемый обычно режимом стабилизации, предназначен для поддержания требуемой ориентации КА с заданной точностью.The second mode, usually called the stabilization mode, is designed to maintain the required orientation of the spacecraft with a given accuracy.

Положение координатных осей связанной системы в базисной системе координат определяется углами крена, рыскания и тангажа.The position of the coordinate axes of the coupled system in the base coordinate system is determined by the roll, yaw, and pitch angles.

В нашем случае за базовую систему координат принята система двух направлений «КА - центр Земли» 28 и «КА - опорная звезда» 4, взаимное угловое положение которых изменяется в зависимости от местоположения КА в пространстве. В качестве третьего используется направление, соединяющее изображения в звездном датчике опорной и навигационной звезд, то есть используется проекция плоскости 13, которая образована направлениями «КА - опорная звезда» 4 и «КА - навигационная звезда» 5. Угловое положение данного направления относительно базовой плоскости, образованной первыми двумя направлениями, тоже изменяется в зависимости от местоположения КА в пространстве.In our case, the system of two directions “KA - center of the Earth” 28 and “KA - reference star” 4, the mutual angular position of which varies depending on the location of the spacecraft in space, is taken as the basic coordinate system. As the third, we use the direction connecting the images in the star sensor of the reference and navigation stars, that is, we use the projection of the plane 13, which is formed by the directions “KA - reference star” 4 and “KA - navigation star” 5. The angular position of this direction relative to the reference plane, formed by the first two directions, also varies depending on the location of the spacecraft in space.

Для проведения операций ориентации с целью обеспечения рассмотренного совмещения вначале необходимо погасить угловые скорости вращения КА.To conduct orientation operations in order to ensure the considered alignment, it is first necessary to extinguish the angular velocity of the spacecraft.

При отделении от ракеты-носителя КА приобретает значительный кинетический момент, произвольно расположенный в пространстве.When separated from the launch vehicle, the spacecraft acquires a significant kinetic moment, arbitrarily located in space.

Режим гашения начальных угловых скоростей реализуется известным алгоритмом управления по сигналам измерителя угловой скорости КА и с помощью соответствующего управляющего момента исполнительных органов.The quenching mode of initial angular velocities is implemented by the well-known control algorithm for the signals of the angular velocity meter of the spacecraft and with the help of the corresponding control moment of the executive bodies.

Затем производится ориентация КА на Солнце. Этот режим необходим для обеспечения служебных систем КА энергией и получения определенной пространственной ориентации связанных осей КА. Захват Солнца, приведение и удержание его в поле зрения солнечного датчика осуществляется традиционным методом с помощью сигналов солнечного датчика, измерителя угловых скоростей и управляющих моментов исполнительных органов по каналам крена, рыскания и тангажа.Then the spacecraft is oriented to the sun. This mode is necessary to provide spacecraft service systems with energy and to obtain a certain spatial orientation of the associated spacecraft axes. The capture of the Sun, bringing and keeping it in the field of view of the solar sensor is carried out by the traditional method using the signals of the solar sensor, angular velocity meter and control moments of the executive organs through the channels of roll, yaw and pitch.

По известным алгоритмам реализуются также поиск Земли 1 с использованием направления «КА - Солнце», последующий захват ориентира земным датчиком 16 и построение геоцентрической вертикали.According to well-known algorithms, the search for Earth 1 is also carried out using the direction “KA - Sun”, the subsequent capture of a landmark by the Earth sensor 16 and the construction of a geocentric vertical.

Соответствующими поворотными маневрами КА с изменением координации Солнца в солнечном датчике осуществляется ориентация поля зрения звездного датчика 15 на ту область небесной сферы, в которой находится опорная звезда 4.Corresponding rotational maneuvers of the spacecraft with a change in the coordination of the Sun in the solar sensor, the field of view of the star sensor 15 is oriented to that region of the celestial sphere in which the reference star 4 is located.

Следует заметить, что ориентация поля зрения звездного датчика на окрестность опорной звезды может быть осуществлена до режима поиска и захвата Земли поворотом КА вокруг направления «КА - Солнце».It should be noted that the orientation of the field of view of the star sensor to the vicinity of the reference star can be carried out before the search and capture of the Earth by turning the spacecraft around the direction "spacecraft - the sun."

По завершении этого режима телевизионная камера звездного датчика регистрирует на ПЗС-матрице изображения звезд, попадающих в ее поле зрения. В результате обработки полученных видеоданных определяется положение звезд в приборной системе координат. В памяти звездного датчика (в бортовом звездном каталоге) хранятся данные о положении звезд в звездной системе координат.At the end of this mode, the television camera of the stellar sensor registers images of stars falling into its field of view on the CCD matrix. As a result of processing the obtained video data, the position of the stars in the instrument coordinate system is determined. The stellar sensor memory (in the on-board star catalog) stores data on the position of stars in the stellar coordinate system.

Сопоставление приборных и каталожных координат одних и тех же звезд позволяет определить взаимную ориентацию приборной и звездной систем координат. Опознавание зарегистрированных на ПЗС-матрице звезд осуществляется по критерию одинаковости угловых расстояний между ними в обеих упомянутых системах координат.A comparison of the instrumental and catalog coordinates of the same stars makes it possible to determine the mutual orientation of the instrumental and stellar coordinate systems. The stars registered on the CCD matrix are recognized by the criterion for the same angular distances between them in both of these coordinate systems.

Таким образом опознается опорная звезда 4, направление на которую затем совмещается с плоскостью, образованной центральными осями звездного датчика и датчика Земли.In this way, the reference star 4 is recognized, the direction of which is then aligned with the plane formed by the central axes of the star sensor and the Earth sensor.

При движении КА по орбите 19 процессор управления положением по непрерывным показаниям звездного датчика 15 вырабатывает уставки, предназначенные устранить возникшее угловое рассогласование между указанной плоскостью и направлением на опорную звезду. Для устранения рассогласования задействованы исполнительные органы и канал управления по крену.When the spacecraft moves in orbit 19, the position control processor, based on the continuous readings of the star sensor 15, generates settings designed to eliminate the angular mismatch between the specified plane and the direction to the reference star. To eliminate the mismatch, the executive bodies and the roll control channel are involved.

Управление по каналам тангажа и рыскания осуществляется с помощью датчика Земли, предназначенного реализовать геоцентрическую вертикаль.Pitch and yaw channels are controlled by an Earth sensor designed to realize the geocentric vertical.

Динамические процессы при осуществлении указанных режимов теоретически хорошо проработаны и на практике не вызывают непреодолимых проблем.The dynamic processes in the implementation of these modes are theoretically well developed and in practice do not cause insurmountable problems.

Напомним, что состояние КА как динамической системы в общем определяется как набор переменных состояний в момент времени t0, по которым можно предсказать поведение динамической системы в любой другой момент времени t>t0.Recall that the state of a spacecraft as a dynamic system is generally defined as a set of variable states at time t 0 , from which it is possible to predict the behavior of a dynamic system at any other time t> t 0 .

Совокупность таких переменных представляется в виде вектора состояния.The set of such variables is represented as a state vector.

Известно, что не только традиционные наклонная дальность, азимут, угол места и их производные, но и эквивалентные им параметры могут формировать вектор состояния, более того, недостающие параметры можно восполнить математическими зависимостями, позволяющими получить значения неизмеряемых параметров.It is known that not only the traditional oblique range, azimuth, elevation angle and their derivatives, but also equivalent parameters can form a state vector, moreover, the missing parameters can be supplemented with mathematical dependencies, which make it possible to obtain values of unmeasured parameters.

Рассмотрим вектор состояния КА, формируемый эквивалентными параметрами.Consider the state vector of the spacecraft formed by equivalent parameters.

Как уже было сказано, в процессе функционирования космический аппарат непрерывно ориентируется таким образом, чтобы в плоскости чувствительности, материализованной чувствительными элементами звездного датчика, всегда оказывались бы два направления: направление на центр Земли центральной оси датчика Земли и направление «КА - опорная звезда».As already mentioned, in the process of functioning, the spacecraft is constantly oriented in such a way that in the plane of sensitivity materialized by the sensitive elements of the stellar sensor, there always appear two directions: the direction to the center of the Earth of the central axis of the Earth’s sensor and the direction “KA - reference star”.

Заметим, что координатная фиксация на каждый временной такт положения в звездном датчике плоскости, содержащей направления на звезды, производится относительно приборной базы отсчета «0», которая рассматривается в последующем материале. Здесь же скажем лишь о том, что относительно приборной базы отсчета «0» бортовым процессором рассчитывается инерциальная долгота КА.Note that the coordinate fixation for each time step of the position in the star sensor of the plane containing directions to the stars is made relative to the instrument base of reference “0”, which is discussed in the subsequent material. Here we only say that relative to the instrument base of the reference “0”, the inertial longitude of the spacecraft is calculated by the on-board processor.

Положение же направления «КА - опорная звезда» относительно центральной оси датчика Земли также рассчитывается бортовым процессором, а при учете поправки, зависимой от значений инерциальной долготы, определяется инерциальная широта КА.The position of the direction “KA - reference star” relative to the central axis of the Earth’s sensor is also calculated by the onboard processor, and when the correction, depending on the values of inertial longitude, is taken into account, the inertial latitude of the KA is determined.

По результатам этих измерений определяются не только пройденные по широте и долготе угловые расстояния, но и соответствующие скорости, которые могут быть разложены по осям управления КА, а также при векторном сложении - орбитальная скорость.According to the results of these measurements, not only the angular distances traveled in latitude and longitude are determined, but also the corresponding speeds that can be decomposed along the control axes of the spacecraft, as well as in the case of vector addition, the orbital velocity.

Таким образом становятся известными угловое и местоположение КА в инерциальном пространстве, а при преобразовании, учитывающем скорость вращения Земли и текущее бортовое время, - проекция местоположение КА относительно широтно-долготной сетки Земли, то есть трасса КА.Thus, the angular and location of the spacecraft in inertial space become known, and with a transformation that takes into account the speed of rotation of the Earth and the current onboard time, the projection of the location of the spacecraft relative to the latitude-longitude grid of the Earth, i.e., the spacecraft’s path, is known.

Вообще для реализации пространственного и углового движения КА из состояния в момент t0 в состояние на момент времени t>t0 необходим такой набор переменных состояния, который характеризовал бы не только начальное угловое и местоположение КА относительно широтно-долготной сетки Земли, но также и последующее угловое и местоположение КА.In general, to realize the spatial and angular motion of the spacecraft from the state at time t 0 to the state at time t> t 0 , a set of state variables is needed that would characterize not only the initial angular and location of the spacecraft relative to the latitude-longitude grid of the Earth, but also the subsequent angular and location of the spacecraft.

При этом состояние в момент времени t>t0 должно соответствовать требуемому состоянию с достоверной точностью.Moreover, the state at time t> t 0 must correspond to the desired state with reliable accuracy.

В связи с этим следует отметить следующее обстоятельство: измерения инерциально-широтных и инерциально-долготных углов обрабатываются на борту КА специальным программным модулем статистической обработки.In this regard, the following circumstance should be noted: measurements of inertial-latitudinal and inertial-longitude angles are processed onboard the spacecraft by a special software module for statistical processing.

Цель статистической обработки данных - выявить трендовую компоненту в стохастическом массиве входных данных и получить прогнозируемые значения инерциально-широтных и инерциально-долготных углов на некоторое число тактовых шагов после входных значений.The purpose of statistical data processing is to identify the trend component in the stochastic input data array and to obtain the predicted values of inertial-latitudinal and inertial-longitude angles by a number of clock steps after the input values.

В результате осуществления указанной процедуры углы, определяющие положение осей КА относительно направления на центр Земли, а также относительно широтно-долготной сетки Земли, приобретают значения повышенной точности.As a result of the implementation of this procedure, the angles that determine the position of the SC axes relative to the direction to the center of the Earth, as well as relative to the latitude-longitude grid of the Earth, acquire values of increased accuracy.

Более того, высокоточные значения указанных углов прогнозируются от последних измерений на несколько шагов вперед, что позволяет осуществить управление угловым и местоположением КА в пространстве с повышенной точностью.Moreover, high-precision values of these angles are predicted from the last measurements several steps forward, which allows controlling the angular and location of the spacecraft in space with increased accuracy.

Здесь следует заметить, что определение углового положения КА и определение местоположения КА в пространстве не являются двумя раздельными режимами.It should be noted here that determining the angular position of the spacecraft and determining the location of the spacecraft in space are not two separate modes.

Высокоточный режим определения углового положения осей КА относительно направления на центр Земли и относительно широтной плоскости Земли, содержащей подспутниковую точку, одновременно является высокоточным режимом местоопределения КА в пространстве.The high-precision mode for determining the angular position of the SC axes relative to the direction to the center of the Earth and relative to the latitudinal plane of the Earth containing the sub-satellite point is at the same time a high-precision mode for determining the spacecraft in space.

Из вышеизложенного следует, что набор переменных состояния КА в момент времени t0 достаточен, чтобы предсказать поведение динамической системы на момент времени t>t0.From the foregoing, it follows that the set of spacecraft state variables at time t 0 is sufficient to predict the behavior of a dynamic system at time t> t 0 .

Следует также заметить, что параметры, потребные для формирования вектора состояния КА, определяются на борту КА автономно. При необходимости традиционно используемые параметры могут быть рассчитаны на борту КА по соответствующим математическим соотношениям, о чем пойдет речь в последующих материалах.It should also be noted that the parameters required for the formation of the spacecraft state vector are determined independently on board the spacecraft. If necessary, the traditionally used parameters can be calculated onboard the spacecraft according to the corresponding mathematical relationships, which will be discussed in subsequent materials.

В вышеприведенных материалах отмечено, что особо важное значение имеет правильный выбор опорных звезд.In the above materials, it is noted that the correct choice of reference stars is of particular importance.

На фиг.4 и 5 представлены таблицы звезд из окрестностей северного и южного полюсов мира соответственно. Ранее уже отмечалось, что приполюсная зона звезд является зоной особых прямых восхождений, где годовые приращения прямых восхождений могут быть положительными, отрицательными и даже очень близкими к нулевым значениям.Figures 4 and 5 show tables of stars from the environs of the north and south poles of the world, respectively. It has already been noted that the polar region of stars is a zone of special right ascents, where the annual increments of right ascensions can be positive, negative, and even very close to zero.

Отнесем координаты звезд в нашем случае к эпохе 2000, а для сравнения координатных приращений представим данные эпохи 1950.We relate the coordinates of the stars in our case to the 2000 era, and to compare coordinate increments, we present data from the 1950 era.

Для указанных эпох данные, включающие, помимо координат, также обозначения звезд и звездные величины, сведем в две таблицы: в таблице 4 представим координаты звезд из окрестности северного полюса, в таблице 5 - координаты звезд из окрестности южного полюса.For the indicated epochs, the data, including, in addition to coordinates, also the designations of stars and magnitudes, are summarized in two tables: in table 4, we present the coordinates of stars from the vicinity of the north pole, in table 5, the coordinates of stars from the vicinity of the south pole.

Выбор звезды в качестве опорной или навигационной обусловлен допустимым значением ее координатного изменения, а также возможностями обнаружительной способности звездного датчика и размерами его поля зрения.The choice of a star as a reference or navigation one is determined by the permissible value of its coordinate change, as well as by the capabilities of the stellar sensor's detecting ability and the size of its field of view.

Звездные величины должны соответствовать обнаружительной способности датчика. Освоенные промышленностью датчики способны обнаруживать звезды до 7-8 звездной величины. Представленные в таблицах звезды удовлетворяют этому условию.The magnitudes should correspond to the detection ability of the sensor. The sensors mastered by the industry are capable of detecting stars up to 7-8 magnitude. The stars presented in the tables satisfy this condition.

Что же касается вопроса координатных изменений звезд, то этот вопрос необходимо рассмотреть детальнее.As for the issue of coordinate changes in stars, this issue needs to be considered in more detail.

Если исходить из того, что точка γ смещается со скоростью 50'',24 в год и за 50 лет ее смещение составит 2512'' или 168s (2m48s), то за те же 50 лет прямое восхождение неподвижной звезды должно увеличиться на те же 2m48s. Однако, как уже говорилось, приполюсная зона является зоной особых прямых восхождений звезд и их приращения за 50 лет, как об этом свидетельствуют представленные в таблицах координаты, изменяются в довольно широком диапазоне.Based on the fact that the point γ shifts at a speed of 50 '', 24 per year and over 50 years, its displacement will be 2512 '' or 168 s (2 m 48 s ), then over the same 50 years the right ascension of a fixed star should increase on the same 2 m 48 s . However, as already mentioned, the polar region is a zone of special direct ascents of stars and their increment over 50 years, as shown by the coordinates presented in the tables, vary in a rather wide range.

При приращении прямого восхождения звезды в 2m48s, равного смещению точки γ, справедливо считать, что звезда неподвижна, а при приращении в 00m00s звезда за 50 лет условно смещается на 2m48s.With an increment of the star’s right ascension of 2 m 48 s , equal to the displacement of the point γ, it is fair to assume that the star is stationary, and with an increment of 00 m 00 s, the star is conventionally shifted by 2 m 48 s over 50 years.

Для нашего случая из северной приполюсной зоны мы выбираем в качестве опорной звезду 1642, а в качестве навигационной - 454, из южной приполюсной зоны в качестве опорной - звезду 3983, а в качестве навигационной - 459. Приращения прямых восхождений этих звезд близки к указанному значению в 2m48s.For our case, from the northern polar region, we select 1642 as a reference star, and 454 as a navigation star, 3983 as a reference, and 4583 as a navigation star. The increments of the direct ascents of these stars are close to the indicated value in 2 m 48 s .

Такой выбор обусловлен следующим соображением.This choice is due to the following consideration.

Звездными сутками принято считать промежуток времени между первой кульминацией точки γ и последующей одноименной кульминацией этой же точки, которая смещается в течение этого промежутка. Поэтому звездные сутки короче (на величину смещения) периода вращения Земли. Чтобы промежуток времени между первой кульминацией звезды и последующей одноименной кульминацией той же звезды стал равным полному периоду вращения Земли, выбранная звезда в отличие от точки γ должна быть неподвижна, то есть приращение ее прямого восхождения должно быть, по меньшей мере, близким к значению в 2m48s.The stellar days are considered to be the time interval between the first culmination of the point γ and the subsequent culmination of the same point of the same point, which shifts during this period. Therefore, the stellar day is shorter (by the amount of displacement) of the Earth's rotation period. In order for the time interval between the first culmination of a star and the subsequent culmination of the same star to become equal to the full period of the Earth’s rotation, the selected star, unlike the point γ, must be motionless, that is, the increment of its right ascension should be at least close to a value of 2 m 48 s .

Здесь уместно отметить, что и приращения склонений звезд из северной зоны (-16 37.56 и -16 40.01) должны быть близки друг другу, как и приращения звезд из южной зоны (+16 42.22 и +16 38.67).It is appropriate to note here that the increments of the declination of stars from the northern zone (-16 37.56 and -16 40.01) should be close to each other, as well as the increment of stars from the southern zone (+16 42.22 and +16 38.67).

Целесообразно также, чтобы полярные расстояния опорных звезд (1642 и 3983) были, по возможности, минимальными, а угловое расстояние между опорной и навигационной звездами вписывалось в половину наименьшего размера поля зрения звездного датчика (поля зрения современных датчиков лежат в диапазоне от 8°×8° до 13°×13°, а астросистема распознавания созвездия разработки МББ и СИРА имеет поле зрения трех оптических головок - 30°×40°).It is also advisable that the polar distances of the reference stars (1642 and 3983) be as small as possible, and the angular distance between the reference and navigation stars fit into half the smallest field of view of the star sensor (the field of view of modern sensors are in the range from 8 ° × 8 ° to 13 ° × 13 ° , and the astrosystem for recognition of the constellation of the development of MBB and CIRA has a field of view of three optical heads - 30 ° × 40 ° ).

В некоторых конкретных случаях выбор звезд может быть произведен и по более мягкому критерию относительно координатных приращений.In some specific cases, stars can also be selected using a milder criterion with respect to coordinate increments.

Также в некоторых конкретных случаях могут быть разные требования к размеру поля зрения звездного датчика.Also in some specific cases, there may be different requirements for the size of the field of view of the stellar sensor.

Очевидно, что (кроме стационарной орбиты) потребный диапазон широтного углового раствора поля зрения звездного датчика необходимо увеличивать в зависимости от значений широтных местоположений КА на орбите.Obviously, (except for a stationary orbit), the required range of the latitudinal angular solution of the field of view of the stellar sensor must be increased depending on the latitudinal locations of the spacecraft in orbit.

Освоенные промышленностью звездные датчики не обладают достаточным для наших целей полем зрения в широтной плоскости.The star sensors mastered by the industry do not have a latitude plane of field of view sufficient for our purposes.

Необходимый угловой широтный раствор поля зрения звездного датчика может быть обеспечен соответствующим набором нескольких оптических головок и/или использованием привода, реализующего два фиксированных позиционных положения.The required angular latitudinal solution of the field of view of the stellar sensor can be provided with an appropriate set of several optical heads and / or using a drive that implements two fixed positional positions.

При использовании двухпозиционного привода для его управления потребуется определенная логика переключения фиксированных положений оптической головки. Например, команда на переключение из первого положения во второе может быть сформирована по факту попадания изображения опорной звезды в некоторую предельную координатную зону поля зрения датчика.When using a two-position drive, it will require certain logic for switching the fixed positions of the optical head to control it. For example, a command to switch from the first position to the second can be formed upon the fact that the image of the reference star falls into some limit coordinate zone of the sensor field of view.

Вариант наращивания поля зрения посредством набора оптических головок может быть реализован в единый моноблок совместно с датчиком Земли.The option of increasing the field of view through a set of optical heads can be implemented in a single monoblock together with the Earth sensor.

По сравнению с двухпозиционным вариантом вариант моноблока является более предпочтительным ввиду отсутствия логики позиционирования и исключения возможных люфтовых погрешностей фиксации позиции оптической головки.Compared to the on-off option, the monoblock version is more preferable due to the lack of positioning logic and the elimination of possible backlash errors in fixing the position of the optical head.

Тот или иной вариант расширения поля зрения звездного датчика, тот или иной размер его широтного раствора зависит от наклонения используемой орбиты (на которой планируется обеспечить широтные измерения в полном объеме) и определяется требованиями каждого конкретного проекта.One or another variant of expanding the field of view of the star sensor, one or another size of its latitudinal solution depends on the inclination of the used orbit (on which it is planned to provide latitudinal measurements in full) and is determined by the requirements of each specific project.

Правда, возможен и общий вариант, обеспечивающий максимальный размер широтного поля зрения путем набора оптических головок датчика, как и общий вариант одной оптической головки датчика, который «удерживает» опорную звезду в центре своего поля зрения, отслеживая посредством внешнего привода изменяемые угловые положения КА относительно направления на опорную звезду. Эти варианты удовлетворяют любому наклонению используемой орбиты конкретного случая, правда, с неравными точностными характеристиками.True, a general option is also possible, providing the maximum latitudinal field of view by a set of optical sensor heads, as well as a general version of one sensor optical head, which “holds” the reference star in the center of its field of view, tracking the angular position of the spacecraft relative to the direction through an external drive to the reference star. These options satisfy any inclination of the used orbit of a particular case, however, with unequal accuracy characteristics.

Заметим, что на выбор значения угла широтного раствора может повлиять и реализация целевой функции КА, которая в некоторых случаях может потребовать угловой переориентации целевой аппаратуры.Note that the implementation of the target function of the spacecraft, which in some cases may require the angular reorientation of the target equipment, can affect the choice of the angle of the latitudinal solution.

При активном функционировании КА часто для выполнения целевой функции существует необходимость увода центральной оси целевой аппаратуры с направления на центр Земли и переориентации ее на тот или иной район земной поверхности.With the active functioning of the spacecraft, it is often necessary to remove the central axis of the target equipment from the direction to the center of the earth and reorient it to a particular area of the earth’s surface to perform the target function.

При отсутствии у целевой аппаратуры соответствующего привода реализация указанной ориентации ведет к рассогласованию материализованной плоскости чувствительности астродатчиков с направлением «КА - центр Земли» и к передислокации в бортовых алгоритмах баз отсчета инерциальных долгот и широт местоположения КА.In the absence of an appropriate drive for the target equipment, the implementation of this orientation leads to a mismatch of the materialized sensitivity plane of the astro sensors with the direction “KA - the center of the Earth” and to relocation in the onboard algorithms of the reference bases of inertial longitudes and latitudes of the spacecraft location.

Использование для этой цели специального мат. обеспечения представляется нецелесообразным.Use for this purpose a special mat. collateral seems inappropriate.

Потребную угловую ориентацию КА с жестко установленной на нем целевой аппаратурой можно обеспечить, если использовать двухстепенной привод моноблока астроприборов.The required angular orientation of the spacecraft with the target equipment rigidly mounted on it can be achieved by using a two-stage drive of a monoblock of astroprocessors.

На фиг.6 представлен космический аппарат с расширенным полем зрения звездного датчика и возможностью ориентировать продольную ось в любую точку Земли посредством двухстепенного привода 22.Figure 6 presents a spacecraft with an extended field of view of the stellar sensor and the ability to orient the longitudinal axis to any point on the Earth through a two-stage drive 22.

Моноблок 21 с расширенным полем зрения 20 в этом случае состоит из двух звездных датчиков 15 и датчика Земли 16.Monoblock 21 with an extended field of view 20 in this case consists of two star sensors 15 and the Earth sensor 16.

При продолжительном по времени отслеживании одного и того же района земной поверхности - это оптимальный вариант.With long-term tracking of the same area of the earth's surface - this is the best option.

Правда, на прогнозируемых участках полета при относительно минимальных по времени перенацеливаниях можно обойтись и без специального привода.True, in the predicted flight areas with relatively minimal time redirections, you can do without a special drive.

Если же целевая аппаратура обладает возможностью различно ориентировать относительно продольной оси КА свою центральную ось, то в приводе тоже нет необходимости.If the target equipment has the ability to differently orient its central axis relative to the longitudinal axis of the spacecraft, then the drive is also not necessary.

Очевидно, что в некоторых ситуациях выбранные звезды могут быть затенены Землей и потому могут быть недоступны астродатчикам КА на некоторых участках орбитального движения.Obviously, in some situations, selected stars can be obscured by the Earth and therefore may not be available to spacecraft astro sensors in some areas of orbital motion.

На фиг.7 представлены: слева - вариант, при котором задействованы звезды из окрестности северного полюса мира, справа - звезды южного полюса.Figure 7 presents: on the left - a variant in which stars from the vicinity of the north pole of the world are involved, on the right - stars of the south pole.

Слева представлены низкая приэкваториальная круговая орбита 19, средняя круговая орбита с некоторым «оптимальным» наклонением и орбита с «неоптимальным» наклонением.On the left are the low equatorial circular orbits 19, the middle circular orbit with some “optimal” inclination, and the orbit with “non-optimal” inclination.

Ясно, что, если наклонение круговой низкой или круговой средней орбиты не превышает некоторого порогового значения, то все точки орбиты обладают видимостью задействованных звезд 4 и 5 северной приполюсной зоны. Точки орбиты не видимы задействованными звездами тогда, когда они затенены Землей 1, как на теневом участке 32 орбиты с «неоптимальным» наклонением.It is clear that if the inclination of the circular low or circular middle orbit does not exceed a certain threshold value, then all points of the orbit have the visibility of the stars 4 and 5 of the northern polar zone involved. The orbital points are not visible by the stars involved when they are obscured by Earth 1, as in the shadow area 32 of the orbit with a "non-optimal" inclination.

В общем следует отметить, что продолжительность теневого участка (как и его наличие) обусловлены диаметром Земли, значением наклонения орбиты и высотой орбиты.In general, it should be noted that the duration of the shadow section (as well as its presence) is due to the diameter of the Earth, the value of the inclination of the orbit and the height of the orbit.

У геостационарной орбиты в этом случае особое положение - ее точки наблюдаются задействованными как северными, так и южными звездами.In this case, the geostationary orbit has a special position - its points are observed by both northern and southern stars involved.

На изображении справа задействованы звезды из окрестности южного полюса мира и представлены: низкая круговая орбита, средняя круговая орбита и орбита типа «Молния», наклонение которой около 65°.The image on the right involves stars from the vicinity of the south pole of the world and presents: a low circular orbit, an average circular orbit and a Lightning orbit, the inclination of which is about 65 °.

То, что было сказано для варианта с задействованными северными звездами, справедливо и для варианта с задействованными южными звездами.What has been said for the variant with the northern stars involved is also true for the variant with the southern stars involved.

Особо следует подчеркнуть следующее: у высокоэллиптической орбиты типа «Молния» перигейный участок ненаблюдаем северными звездами, апогейный же участок, который является обычно участком целевого функционирования КА, расположен в северном полушарии на значительной высоте и потому наблюдаем и северными, и южными звездами.The following should be emphasized: in a highly elliptical orbit of the Lightning type, the perigee region is not observed by northern stars, while the apogee region, which is usually the target functioning spacecraft, is located in the northern hemisphere at a considerable height and therefore is observed by both northern and southern stars.

Круговые полярные орбиты в отличие от рассмотренных имеют следующие особенности: из-за недопустимости так называемого «складывания» осей управления они обладают в приполюсных зонах участками, на которых реализуется пассивный режим КА - режим постоянной солнечной ориентации (ПСО).Circular polar orbits, unlike the considered ones, have the following features: due to the inadmissibility of the so-called “folding” of the control axes, they have areas in the polar regions where the passive spacecraft mode is implemented — the constant solar orientation (PSO) mode.

Как уже было отмечено, первая плоскость 12 и вторая плоскость 13 астрономической основы совмещаются соответственно в некоторый момент орбитального движения КА с его плоскостью чувствительности 17 и его плоскостью, образованной направлениями «КА - опорная звезда» и «КА - навигационная звезда».As already noted, the first plane 12 and the second plane 13 of the astronomical base coincide, respectively, at some point in the orbital motion of the spacecraft with its sensitivity plane 17 and its plane formed by the directions "spacecraft - reference star" and "spacecraft - navigation star".

Угол λ между указанными плоскостями определяется заранее при проектировании из треугольника, вершинами которого на небесной сфере являются: полюс мира, опорная звезда и навигационная звезда.The angle λ between these planes is determined in advance when designing from a triangle whose vertices on the celestial sphere are: the pole of the world, a reference star and a navigation star.

На фиг.8 данный треугольник с искомым углом изображен на сфере. В связи с этим показаны касательные 22 и 23 к его сторонам в вершине искомого угла. Но так как радиус небесной сферы бесконечного размера, для расчета искомого угла используются следующие формулы плоской тригонометрии, которые связывают между собой стороны и углы треугольника:On Fig this triangle with the desired angle is depicted on the sphere. In this regard, the tangents 22 and 23 to its sides at the apex of the desired angle are shown. But since the radius of the celestial sphere is infinite in size, the following formulas of plane trigonometry are used to calculate the desired angle, which connect the sides and angles of the triangle:

1) cos ε=cos β cos μ+sin β sin μ cos σ;1) cos ε = cos β cos μ + sin β sin μ cos σ;

2) cos β=cos μ cos ε+sin μ sin ε cos λ.2) cos β = cos μ cos ε + sin μ sin ε cos λ.

Определенный таким образом угол λ соответствует моменту, когда КА находится в плоскости кульминации опорной звезды. В другие моменты времени плоскость чувствительности, содержащая центральные оси датчиков, благодаря эффекту вращения ометает за орбитальный виток небесную сферу, а навигационная звезда 5 (ее отображение) двигается в звездном датчике 15 по «замкнутой» кривой.The angle λ determined in this way corresponds to the moment when the spacecraft is in the plane of the culmination of the reference star. At other points in time, the sensitivity plane containing the central axes of the sensors, due to the rotation effect, sweeps the celestial sphere over the orbital revolution, and the navigation star 5 (its display) moves in the star sensor 15 along a “closed” curve.

Обратимся к фиг.9, на которой изображены два характерных положения КА на орбите: правое, совпадающее с плоскостью, в которой кульминирует опорная звезда, и левое, совпадающее с абсолютным опорным направлением 0.Let us turn to Fig. 9, which shows two characteristic positions of the spacecraft in orbit: the right one, coinciding with the plane in which the reference star culminates, and the left one, coinciding with the absolute reference direction 0.

Положение на орбите 19 космического аппарата 14, изображенного на фигуре справа, характеризуется углом λ, при котором инерциальная долгота КА равна прямому восхождению опорной звезды.The position in orbit 19 of the spacecraft 14, shown in the figure to the right, is characterized by the angle λ at which the inertial longitude of the spacecraft is equal to the right ascension of the reference star.

Очевидно, что в некоторый момент орбитального движения инерциальная долгота КА станет равной 0°. Так как плоскость 13, содержащая направления на звезды, неизменна в пространстве, то любой угловой поворот КА вследствие орбитального движения повлечет за собой изменение угла между этой плоскостью и плоскостью чувствительности 12. Это происходит непрерывно при движении КА по орбите, когда центр Земли 25 и опорная звезда 4 (их отображения) удерживаются в плоскости чувствительности.Obviously, at some moment of orbital motion, the inertial longitude of the spacecraft will become equal to 0 °. Since the plane 13, containing directions to the stars, is unchanged in space, any angular rotation of the spacecraft due to orbital motion will entail a change in the angle between this plane and the sensitivity plane 12. This happens continuously when the spacecraft moves in orbit, when the center of the Earth is 25 and the reference star 4 (their display) are held in the sensitivity plane.

При переходе КА из правого орбитального положения в левое плоскость чувствительности совмещается с абсолютным опорным направлением. Угол между плоскостью чувствительности и отображением в звездном датчике плоскости 13 (второй плоскости астрономической основы) принимает при этом значение, которое фиксирует приборную базу отсчета инерциальной долготы и которое соответствует нулевому значению инерциальной долготы.When the spacecraft moves from the right orbital position to the left plane of sensitivity, it is combined with the absolute reference direction. The angle between the sensitivity plane and the display in the star sensor of plane 13 (the second plane of the astronomical base) takes on a value that fixes the instrument base of the inertial longitude reference and which corresponds to a zero value of inertial longitude.

Подчеркнем, что угол ψ, фиксирующий в звездном датчике приборную базу отсчета «0» относительно плоскости чувствительности, определяется заранее расчетным путем при обнулении инерциальной долготы КА, равной прямому восхождению опорной звезды. Данный угол при любом местоположении опорной звезды в плоскости чувствительности имеет одно и то же значение, которое учитывается затем в бортовых алгоритмах расчета инерциальной долготы.We emphasize that the angle ψ fixing in the star sensor the instrument base of reference “0” relative to the sensitivity plane is determined in advance by calculation when zeroing the inertial longitude of the spacecraft equal to the right ascension of the reference star. This angle at any location of the reference star in the sensitivity plane has the same value, which is then taken into account in the inertial longitude calculation algorithms.

Инерциальная широта местоположения КА определяется как разница измеренного угла «центр Земли - КА - опорная звезда» и 90°, однако при этом необходимо учесть и поправку, которая обусловлена полярным расстоянием опорной звезды μ. См. фиг.10.The inertial latitude of the spacecraft location is defined as the difference between the measured angle "the center of the Earth - the spacecraft is the reference star" and 90 °, however, it is also necessary to take into account the correction due to the polar distance of the reference star μ. See FIG. 10.

Учет этой поправки обеспечивает по существу определение угла «центр Земли - КА - полюс мира» в любых орбитальных точках, в которых, разумеется, она имеет то или иное значение.Taking this amendment into account provides essentially the determination of the angle “the center of the Earth - the SC - the pole of the world” at any orbital points, in which, of course, it has one or another value.

Обратим внимание, что пространственные положения КА характерны тем, что плоскость чувствительности совпадает с направлением «центр Земли - полюс мира» в моменты совмещения с плоскостью угла μ, то есть в моменты прохождения плоскости, в которой опорная звезда находится в верхней или нижней кульминации.We note that the spatial positions of the spacecraft are characteristic in that the sensitivity plane coincides with the direction “center of the earth - the pole of the world” at the moments of alignment with the plane of the angle μ, that is, at the moments of passage of the plane in which the reference star is at the upper or lower climax.

Очевидно, что в эти моменты измеренный угол «центр Земли - КА - опорная звезда» необходимо при определении широты уменьшить на величину полярного расстояния μ при верхней кульминации звезды и увеличить на ту же величину при нижней кульминации.Obviously, at these moments, the measured angle "the center of the Earth - the SC - the reference star" must be reduced by determining the latitude by the polar distance μ at the upper culmination of the star and increased by the same value at the lower culmination.

В орбитальных позициях, в которых плоскость чувствительности КА перпендикулярна той же плоскости чувствительности КА, размещенного в поз.1, поправка, обусловленная полярным расстоянием опорной звезды, принимает нулевые значения.In orbital positions in which the spacecraft sensitivity plane is perpendicular to the same spacecraft sensitivity plane located in pos. 1, the correction due to the polar distance of the reference star takes zero values.

В общем, текущее значение поправки зависит от значения текущей инерциальной долготы.In general, the current correction value depends on the value of the current inertial longitude.

Каждому значению инерциальной долготы строго соответствует определенное значение поправки, которая может быть заранее рассчитана и представлена в бортовом запоминающем устройстве.Each value of inertial longitude strictly corresponds to a certain correction value, which can be pre-calculated and presented in the on-board storage device.

Текущая поправка определяется произведением полярного расстояния опорной звезды на косинус угла, значение которого равно разнице значений текущей инерциальной долготы и угла между первой плоскостью и абсолютным опорным направлением.The current correction is determined by the product of the polar distance of the reference star by the cosine of the angle, the value of which is equal to the difference between the values of the current inertial longitude and the angle between the first plane and the absolute reference direction.

Для определения широты местоположения КА, таким образом, следует воспользоваться соотношением:To determine the latitude of the spacecraft, therefore, you should use the ratio:

η=(ω-90°)-μ cos(ι-φ),η = (ω-90 °) -μ cos (ι-φ),

где η - широта, ω - угол «центр Земли - КА - опорная звезда», μ - полярное расстояние опорной звезды, ι - инерциальная долгота, φ - угол между первой плоскостью 12 и абсолютным опорным направлением.where η is the latitude, ω is the angle "the center of the Earth - the spacecraft is the reference star", μ is the polar distance of the reference star, ι is the inertial longitude, φ is the angle between the first plane 12 and the absolute reference direction.

Полярное расстояние опорной звезды обуславливает также колебания КА по крену.The polar distance of the reference star also determines the oscillations of the spacecraft along the roll.

Удержание направлений на опорную звезду и на центр Земли в плоскости чувствительности бортовых датчиков приводит при орбитальном движении КА к колебаниям этой плоскости по каналу крена с амплитудой, равной полярному расстоянию опорной звезды.The retention of directions to the reference star and to the center of the Earth in the sensitivity plane of the airborne sensors leads to orbital motion of the spacecraft to oscillations of this plane along the roll channel with an amplitude equal to the polar distance of the reference star.

Угловое положение КА относительно северо-южной оси зависит от инерциальной долготы КА.The angular position of the spacecraft relative to the north-south axis depends on the inertial longitude of the spacecraft.

Очевидно, что в орбитальных положениях КА, когда ι=φ и когда ι=φ+180°, плоскость чувствительности КА совмещается с плоскостью угла μ и с северо-южной осью.Obviously, in the orbital positions of the spacecraft, when ι = φ and when ι = φ + 180 °, the plane of sensitivity of the spacecraft is combined with the plane of the angle μ and the north-south axis.

В орбитальных положениях КА, когда ι=φ+90° и когда ι=φ+270°, плоскость чувствительности отклоняется от северо-южной оси на угол, равный полярному расстоянию опорной звезды.In the orbital positions of the spacecraft, when ι = φ + 90 ° and when ι = φ + 270 °, the plane of sensitivity deviates from the north-south axis by an angle equal to the polar distance of the reference star.

Каждому значению инерциальной долготы строго соответствует определенное угловое положение КА относительно северо-южной оси, которое может быть заранее рассчитано и представлено в бортовом запоминающем устройстве.Each value of inertial longitude strictly corresponds to a certain angular position of the spacecraft relative to the north-south axis, which can be pre-calculated and presented in the on-board storage device.

Текущее угловое положение КА определяется произведением полярного расстояния опорной звезды на синус угла, значение которого равно разнице значений текущей инерциальной долготы и угла между первой плоскостью 12 и абсолютным опорным направлением.The current angular position of the spacecraft is determined by the product of the polar distance of the reference star by the sine of the angle, the value of which is equal to the difference between the values of the current inertial longitude and the angle between the first plane 12 and the absolute reference direction.

Схема измерений инерциальной долготы и широты орбитального местоположения КА представлена на фиг.11, где обозначено: 1 - Земля, 14 - КА, 19 - орбита, 25 - центр Земли, ι - инерциальная долгота, η- широта.The measurement scheme for the inertial longitude and latitude of the orbital location of the spacecraft is shown in Fig. 11, where it is indicated: 1 - Earth, 14 - spacecraft, 19 - orbit, 25 - center of the Earth, ι - inertial longitude, η - latitude.

Инерциальной долготой является угол абсолютного пространства в диапазоне изменения от 0 до 360°, отсчитываемый в направлении вращения Земли на плоскости небесного экватора от абсолютной точки отсчета 0 и совпадающий с географической долготой через каждый период полного поворота Земли.Inertial longitude is the angle of absolute space in the range of changes from 0 to 360 °, measured in the direction of the Earth’s rotation on the plane of the celestial equator from the absolute reference point 0 and coinciding with geographic longitude after each period of the Earth’s complete rotation.

Здесь следует пояснить, что прямое восхождение координирует неподвижные звезды относительно точки γ, а инерциальная долгота координирует движущийся на фоне неподвижных звезд космический аппарат относительно абсолютной точки отсчета 0.It should be explained here that right ascension coordinates fixed stars with respect to point γ, while inertial longitude coordinates a spacecraft moving against a background of fixed stars with respect to absolute reference point 0.

Для перевода инерциальной долготы в географическую используется процессор обработки угловых данных.An angular data processor is used to convert inertial longitude to geographic.

Перевод осуществляется следующим образом. Взаимные соотношения географической долготы и инерциальной долготы в различные моменты 24-часового цикла (периода полного поворота Земли) представлены в вариантах а) и б) на фиг.12 (вид со стороны Северного полюса мира).The translation is as follows. The mutual relations of geographic longitude and inertial longitude at different moments of the 24-hour cycle (period of the Earth’s full rotation) are presented in options a) and b) in Fig. 12 (view from the North Pole of the world).

На данном рисунке приняты следующие обозначения: 0 - абсолютное опорное направление, 1 - Земля, 2 - небесная сфера, 8 - меридиан Гринвича, ι - инерциальная долгота, ∂ - географическая долгота, t - время на Гринвиче. В варианте а) проиллюстрировано взаимное положение значений географической долготы и инерциальной долготы на 0h на меридиане Гринвича. На данный момент значения географической долготы совпадают со значениями инерциальной долготы. Так, значению инерциальной долготы в 30° (обозначенному на рисунке стрелкой) соответствует географическая долгота в 30°. В варианте б) проиллюстрировано взаимное положение географической долготы и инерциальной долготы на момент t=10h. На данный момент, как и на другие отличные от нуля моменты времени, значения географической долготы не совпадают со значениями инерциальной долготы.The following notation is used in this figure: 0 - absolute reference direction, 1 - Earth, 2 - celestial sphere, 8 - Greenwich meridian, ι - inertial longitude, ∂ - geographical longitude, t - time on Greenwich. Option a) illustrates the relative position of the values of geographic longitude and inertial longitude at 0 h on the Greenwich meridian. At the moment, the values of geographical longitude coincide with the values of inertial longitude. So, a value of inertial longitude of 30 ° (indicated by an arrow in the figure) corresponds to a geographical longitude of 30 °. Option b) illustrates the relative position of geographic longitude and inertial longitude at time t = 10 h . At the moment, like at other non-zero points in time, the values of geographical longitude do not coincide with the values of inertial longitude.

Рассмотрим два возможных варианта, при которых различно определяются отношения между долготами.Consider two possible options in which the relationship between longitudes is determined differently.

1) Определим на данный момент времени значение географической долготы, которое должно соответствовать, например, 240° инерциальной долготы (обозначено на рисунке стрелкой).1) Let us determine at a given moment the value of geographic longitude, which should correspond, for example, to 240 ° inertial longitude (indicated by an arrow in the figure).

На момент времени t=10h Земля повернется на угол, равный 150°. Этот угол меньше инерциальной долготы в 240°, их разница составит 90°. В данном случае инерциальной долготе в 240° соответствует географическая долгота в 90°.At time t = 10 h, the Earth will rotate by an angle equal to 150 °. This angle is less than the inertial longitude of 240 °, their difference will be 90 °. In this case, an inertial longitude of 240 ° corresponds to a geographical longitude of 90 °.

2) Определим на тот же момент времени t=10h значение географической долготы, которое должно соответствовать, например, инерциальной долготе в 90°.2) Let us determine at the same moment in time t = 10 h the value of geographical longitude, which should correspond, for example, to an inertial longitude of 90 °.

Угол поворота Земли в 150° при этом не меньше, а больше значения инерциальной долготы и разница между ними составит 60°. В этом случае географическая долгота будет равняться разнице 360° и 60°, то есть 300°.The Earth’s rotation angle of 150 ° is not less, but greater than the value of inertial longitude and the difference between them will be 60 °. In this case, the geographical longitude will be equal to the difference of 360 ° and 60 °, i.e. 300 °.

Таким образом, географическая долгота и инерциальная долгота связаны следующими зависимостями:Thus, geographical longitude and inertial longitude are related by the following dependencies:

1) λги-(ω.t) при ω.t<λи;1) λ g = λ u - (ω.t) for ω.t <λ u ;

2) λг=360°-[(ω.t) -λи] при ω.t>λи,2) λ g = 360 ° - [(ω.t) -λ and ] for ω.t> λ and ,

где скорость поворота Земли ω=15°/час; λг - географическая долгота; λи - инерциальная долгота; t - время.where the speed of rotation of the Earth ω = 15 ° / hour; λ g - longitude; λ and - inertial longitude; t is time.

Что же касается ориентации оси КА относительно центра Земли, то такая ориентация обеспечивается посредством датчика Земли.As for the orientation of the axis of the spacecraft relative to the center of the earth, such an orientation is provided by the Earth's sensor.

Схема построения геоцентрической вертикали с помощью четырех сканирующих датчиков представлена на фиг.13.The construction diagram of the geocentric vertical using four scanning sensors is presented in Fig.13.

Принцип определения геоцентрической вертикали 18 базируется на измерении угла между направлением на горизонт Земли 27, определяемый как граница космос-Земля, и осями КА в различных точках горизонта.The principle of determining the geocentric vertical 18 is based on measuring the angle between the direction to the Earth’s horizon 27, defined as the space-Earth boundary, and the SC axes at various points on the horizon.

Направление геоцентрической вертикали - это биссектриса угла между двумя диаметрально противоположными точками визируемого горизонта 27.The direction of the geocentric vertical is the bisector of the angle between two diametrically opposite points of the observed horizon 27.

Принцип основан на использовании температурного контраста, существующего между земной поверхностью и космическим пространством. Используемые для этого датчики должны обладать чувствительностью к излучениям в диапазоне от 11 до 20 мкм.The principle is based on the use of temperature contrast existing between the earth's surface and outer space. The sensors used for this should be sensitive to radiation in the range from 11 to 20 microns.

Поля зрения датчиков располагаются попарно в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, при этом угол зрения каждого датчика посредством сканирования мгновенным полем зрения 28 охватывает зону с границей Земля-космос.The fields of view of the sensors are arranged in pairs in two mutually perpendicular planes, while the angle of view of each sensor by scanning with an instant field of view 28 covers an area with an Earth-space boundary.

Приемник лучистой энергии фиксирует угловое положение горизонта Земли как резкий перепад энергетической яркости (оптического контраста) между краем диска Земли и окружающим ее космическим пространством.A radiant energy receiver captures the angular position of the Earth’s horizon as a sharp difference in energy brightness (optical contrast) between the edge of the Earth’s disk and the surrounding space.

Датчик Земли измеряет положение горизонта в бортовой системе координат КА.The Earth sensor measures the position of the horizon in the onboard coordinate system of the spacecraft.

Известны два типа ошибок измерений:Two types of measurement errors are known:

1)инструментальные ошибки;1) instrumental errors;

2)ошибки, вызванные непостоянством явления видимого горизонта (ошибки «феномена).2) errors caused by inconstancy of the phenomenon of the visible horizon (errors of the "phenomenon).

Инструментальные ошибки самого датчика - это электронный шум, ошибки квантования и другие.Instrumental errors of the sensor itself are electronic noise, quantization errors, and others.

Инструментальные ошибки представляются в виде суммы гауссова случайного процесса и ошибки типа смещения. Случайные ошибки - не коррелированы (белый шум), постоянные ошибки измерений (смещение) допустимо считать ошибками с бесконечным временем корреляции.Instrumental errors are represented as the sum of a Gaussian random process and errors of the bias type. Random errors - not correlated (white noise), permanent measurement errors (bias) can be considered errors with an infinite correlation time.

Ошибки «феномена» вызываются неопределенностью слоя СО2 в атмосфере Земли. Вследствие временных и пространственных флуктуаций атмосферы определение горизонта по положению слоя СО2 производится с большей ошибкой, чем в случае определения горизонта непосредственно по краю земного диска (земному лимбу).Errors of the “phenomenon” are caused by the uncertainty of the CO 2 layer in the Earth’s atmosphere. Due to temporal and spatial fluctuations of the atmosphere, the horizon is determined by the position of the CO 2 layer with a larger error than in the case of determining the horizon directly along the edge of the earth's disk (earth's limb).

Ошибки «феномена» наиболее сильно выражены на малых высотах полета КА и быстро уменьшаются с увеличением высоты.Errors of the “phenomenon” are most pronounced at low altitudes of the spacecraft flight and quickly decrease with increasing altitude.

На больших высотах преобладают инструментальные ошибки. В нашем случае используется датчик, состоящий из четырех сканирующих устройств: два из них производят измерение в плоскости чувствительности и два в ортогональной плоскости.At high altitudes, instrumental errors prevail. In our case, we use a sensor consisting of four scanning devices: two of them measure in the sensitivity plane and two in the orthogonal plane.

На фиг.14 представлена схема геометрии измерений при определении геоцентрической вертикали, которая «ортогональна» плоскости чувствительности.On Fig presents a diagram of the geometry of the measurements when determining the geocentric vertical, which is "orthogonal" to the plane of sensitivity.

После измерения датчиком 16 угла Z между бортовой системой отсчета 30 и направлением на видимый горизонт Земли и угла ∑ до направления на горизонт в противоположную сторону определяется геоцентрическая вертикаль 18, которая должна быть в плоскости чувствительности 17 и строго ориентироваться на центр Земли 25.After the sensor 16 measures the angle Z between the on-board reference system 30 and the direction to the visible horizon of the Earth and the angle ∑ to the direction to the horizon in the opposite direction, a geocentric vertical 18 is determined, which should be in the sensitivity plane 17 and strictly oriented to the center of the Earth 25.

Обратим внимание, что ошибка ζ, вызываемая неопределенностью горизонта, электронным шумом и смещением, как и ошибка ξ при измерении в плоскости чувствительности, вообще говоря, затрудняет строгую ориентацию на центр Земли.We note that the error ζ caused by the horizon uncertainty, electron noise, and bias, as well as the error ξ when measured in the sensitivity plane, generally speaking, complicates a strict orientation to the center of the Earth.

Измеряемые углы определяются следующими соотношениями:The measured angles are determined by the following relationships:

Z=Zном-ζ;Z = Z nom -ζ;

∑=∑ном+ζ,∑ = ∑ nom + ζ,

где Zном, ∑ном - номинальные значения углов.where Z nom , ∑ nom are nominal angles.

Аналогично определяются углы в плоскости чувствительности. Угол между бортовой системой отсчета 30 и направлением на центр Земли определяется как половина суммы измеренных углов.Similarly, the angles in the sensitivity plane are determined. The angle between the on-board reference frame 30 and the direction to the center of the earth is defined as half the sum of the measured angles.

Отметим, что точности используемых датчиков несоизмеримы по своим значениям друг с другом. Высокая точность звездного датчика в 2-3 угловые секунды приобретает чрезвычайно важное значение ввиду того обстоятельства, что угол между центральной осью датчика Земли и направлением «КА - опорная звезда» может быть измерен с почти эквивалентной точностью, если изначально на Земле осуществить и паспортизировать связь между системами координат звездного датчика и датчика Земли.Note that the accuracy of the sensors used is disproportionate in value to each other. The high accuracy of the stellar sensor in 2-3 arc seconds is extremely important due to the fact that the angle between the central axis of the Earth’s sensor and the direction “KA - reference star” can be measured with almost equivalent accuracy if the connection between the Earth is carried out and certified coordinate systems of the star sensor and the Earth sensor.

В частности, эту угловую связь между центральной осью х датчика Земли 16 и визирной осью y0 звездного датчика 15 необходимо осуществить и отъюстировать по возможности в одном блоке и таким образом, чтобы плоскость двух осей x0, y0 звездного датчика и плоскость двух осей x, y датчика Земли образовали одну плоскость чувствительности 17. См. фиг.15.In particular, this angular connection between the central axis x of the Earth sensor 16 and the sight axis y 0 of the star sensor 15 must be carried out and adjusted as possible in one block and so that the plane of two axes x 0 , y 0 of the star sensor and the plane of two axes x , y of the Earth sensor formed one plane of sensitivity 17. See FIG.

Значение измеренного при этом угла ω0 между центральной осью датчика Земли и визирной осью звездного датчика должно быть представлено в соответствующих бортовых алгоритмах.The value of the angle ω 0 measured in this case between the central axis of the Earth sensor and the sighting axis of the star sensor should be represented in the corresponding on-board algorithms.

Очевидно, что в этом случае угол в поле зрения звездного датчика между визирной осью и направлением «КА - опорная звезда» должен суммироваться с углом ω0, представляющим вышеуказанную связь.Obviously, in this case, the angle in the field of view of the stellar sensor between the line of sight and the direction "KA - reference star" should be summed with an angle ω 0 representing the above relationship.

Таким образом становится возможным высокоточное измерение положения в пространстве центральной оси x датчика Земли относительно направления «КА - опорная звезда». Совпадает ли в этом случае центральная ось датчика с направлением на центр Земли, - это другой вопрос. Здесь важно только само высокоточное знание этого положения.Thus, it becomes possible to accurately measure the position in space of the central axis x of the Earth’s sensor relative to the direction of the spacecraft - reference star. Whether in this case the central axis of the sensor coincides with the direction to the center of the earth is another question. Only the most accurate knowledge of this situation is important here.

Это высокоточное знание относится к широтной угловой связи в плоскости чувствительности, в которой уровень точности звездного датчика является по существу базовым уровнем.This high-precision knowledge relates to latitudinal angular communication in the sensitivity plane, in which the accuracy level of the stellar sensor is essentially a basic level.

Долготное же измерение реализуется в плоскости, перпендикулярной плоскости чувствительности. Но так как приборная база отсчета инерциальной долготы фиксируется относительно плоскости чувствительности с высокой расчетной точностью, то очевидно, что реальное измерение долготного угла может также осуществляться с точностью, эквивалентной точности звездного датчика.A long-term measurement is realized in a plane perpendicular to the plane of sensitivity. But since the instrument base of the inertial longitude reference is fixed relative to the sensitivity plane with high calculated accuracy, it is obvious that the actual measurement of the longitudinal angle can also be carried out with an accuracy equivalent to the accuracy of a stellar sensor.

Таким образом, при обеспечении высокоточной угловой связи между координатными системами датчиков точностной уровень звездного датчика является базовым уровнем как при широтном измерении, так и при измерении долготного угла.Thus, while providing high-precision angular communication between the coordinate systems of the sensors, the accuracy level of the stellar sensor is the basic level both in the latitudinal measurement and in the measurement of the longitudinal angle.

На фиг.16 представлена схема различий систематических и случайных ошибок датчика Земли.On Fig presents a diagram of the differences in systematic and random errors of the Earth sensor.

Центр каждой мишени представляет собой истинное значение измеряемой величины, а каждая точка - это измерение. Сумма измерений характеризуется смещением и разбросом. На рисунке первом и третьем сверху представлены смещенные результаты. Стандартное отклонение или разброс результатов отдельных измерений является мерой погрешности. Датчик с хорошей повторяемостью результата (или малой случайной ошибкой) имеет, очевидно, хорошую случайную погрешность, но не обязательно дает правильную выходную величину, поскольку сдвиг может существенно исказить результат, т.е. точность датчика невелика. Результаты измерений на рисунке втором и четвертом имеют малую погрешность, но только результат, показанный на рисунке четвертом является точным. На диаграммах справа истинная величина представлена прямой линией, на которую наложены результаты измерений.The center of each target represents the true value of the measured quantity, and each point is a measurement. The sum of measurements is characterized by bias and scatter. The first and third figures above show biased results. The standard deviation or spread of the results of individual measurements is a measure of the error. A sensor with good repeatability of the result (or a small random error) obviously has a good random error, but it does not necessarily give the correct output value, since the shift can significantly distort the result, i.e. the accuracy of the sensor is low. The measurement results in the second and fourth figures have a small error, but only the result shown in the fourth figure is accurate. In the diagrams on the right, the true value is represented by a straight line on which the measurement results are superimposed.

Точность измерения зависит как от смещения, так и от разброса:The accuracy of the measurement depends on both the offset and the spread:

- большое смещение + большой разброс = низкая точность;- large displacement + large spread = low accuracy;

- малое смещение + большой разброс = низкая точность;- small displacement + large spread = low accuracy;

- большое смещение + малый разброс = низкая точность;- large displacement + small spread = low accuracy;

- малое смещение + малый разброс = высокая точность.- low bias + small spread = high accuracy.

В условиях орбитального движения координатная система датчиков преобразовывается в навигационную координатную систему, связанную с долготным и широтным местоположением КА. Существует и ряд других преобразований бортовых систем координат, порождающих ошибки. Таким образом, к инструментальным ошибкам датчика и к ошибкам, вызванным непостоянством явления видимого горизонта Земли, добавляются ошибки преобразований. При построении геоцентрической вертикали измерения производятся по двум каналам: в широтной, т.е. в плоскости чувствительности, и в долготной - ортогональной плоскости.Under conditions of orbital motion, the coordinate system of the sensors is transformed into a navigation coordinate system associated with the longitudinal and latitudinal location of the spacecraft. There are a number of other transformations of the onboard coordinate systems that generate errors. Thus, to the instrumental errors of the sensor and to the errors caused by the inconstancy of the phenomenon of the visible horizon of the Earth, transformation errors are added. When constructing a geocentric vertical, measurements are made through two channels: in latitudinal, i.e. in the plane of sensitivity, and in longitudinal - orthogonal plane.

По результатам произведенных измерений и последующих преобразований координатных систем центральная ось датчика посредством соответствующего вращения КА ориентируется на центр Земли с указанными ошибками.According to the results of measurements and subsequent transformations of coordinate systems, the central axis of the sensor is oriented to the center of the Earth with the indicated errors through the corresponding rotation of the satellite.

Все ошибки безотносительно к природе их происхождения условимся рассматривать в долготном канале как одну долготную ошибку, а все ошибки в широтном канале - как одну широтную ошибку.We agree to consider all errors irrespective of the nature of their origin in the longitude channel as one longitude error, and all errors in the latitudinal channel as one latitudinal error.

Угловое пространственное положение КА в плоскости, ортогональной плоскости чувствительности, то есть в плоскости долготного канала, представлено на фиг.17.The angular spatial position of the spacecraft in the plane orthogonal to the plane of sensitivity, that is, in the plane of the longitudinal channel, is shown in Fig. 17.

Обратим внимание, что в обозначении под цифрой 18 значится геоцентрическая вертикаль, хотя направление от датчика 16 до центра Земли 25 отклонено на значение долготной ошибки ζ. Под цифрой 18 скорее следовало бы представлять центральную ось датчика Земли.Note that in the designation under the number 18 there is a geocentric vertical, although the direction from the sensor 16 to the center of the Earth 25 is deviated by the value of the longitudinal error ζ. Under the number 18, it would be more likely to represent the central axis of the Earth's sensor.

Очевидно, что если бы центральная ось датчика была строго ориентирована на центр Земли 25, то инерциальная долгота ι имела бы другое значение, а именно ее значение для ситуации, изображенной на данной фигуре, было бы меньше на величину долготной ошибки ζ.Obviously, if the central axis of the sensor were strictly oriented to the center of the Earth 25, then the inertial longitude ι would have a different meaning, namely, its value for the situation depicted in this figure would be less by the magnitude of the longitudinal error ζ.

Данные рассуждения справедливы и для углового положения КА, изображенного на фиг.18 в плоскости широтного канала.These considerations are also true for the angular position of the spacecraft shown in Fig. 18 in the plane of the latitudinal channel.

На данной фигуре под цифрой 18 аналогично обозначению на предшествующей фигуре значится фиктивная геоцентрическая вертикаль, отличие которой от истинной вертикали обусловлено наличием ошибки ξ. Очевидно, что при устранении широтной ошибки ξ угловые положения КА, изображенные на фигуре в пространстве северного и южного полушарий Земли, станут соответствовать истинной широте своего местоположения.In this figure, under the figure 18, similarly to the designation in the previous figure, a fictitious geocentric vertical appears, the difference between which and the true vertical is due to the presence of an error ξ. Obviously, when the latitudinal error ξ is eliminated, the angular positions of the spacecraft shown in the figure in the space of the northern and southern hemispheres of the Earth will correspond to the true latitude of its location.

Широтная и долготная ошибки уводят центральную ось датчика в сторону от направления на притягивающий центр Земли. Однако присутствуют ли эти ошибки при очередном измерении, неизвестно. Но вне зависимости от этой неопределенности можно с уверенностью утверждать, что КА в каждый момент измерения широты и долготы находится в действительной точке орбиты.Latitudinal and longitudinal errors lead the central axis of the sensor away from the direction of the attracting center of the Earth. However, whether these errors are present at the next measurement is unknown. But regardless of this uncertainty, it can be asserted with certainty that the spacecraft is at the actual point of the orbit at each moment of measuring latitude and longitude.

Допустимо, тем не менее, вообразить, что центральная ось датчика всегда строго ориентирована на центр Земли. Правда, при таком допущении КА в каждый момент измерения должен находиться не в реальной орбитальной точке, а в некоторой мнимой точке.It is permissible, however, to imagine that the central axis of the sensor is always strictly oriented towards the center of the earth. True, with this assumption, the spacecraft at each moment of measurement should not be at a real orbital point, but at some imaginary point.

Обратимся к фиг.19, на которой представлены два вида а) и Б), иллюстрирующие реальное и мнимое положение КА в моменты измерения широтного угла соответственно.Turning to FIG. 19, two views of a) and B) are presented, illustrating the real and imaginary position of the spacecraft at the moments of measurement of the latitudinal angle, respectively.

На данном рисунке обозначены: 1 - Земля, 14 - КА, 4 - направление на опорную звезду, 6 - экватор, 18 - геоцентрическая вертикаль, 19 - орбита, 19ф - мнимая орбита, 25 - притягивающий центр Земли, η - широта, ξ - широтная ошибка.In this figure, 1: Earth, 14 - KA, 4 - direction to a reference star, 6 - equator, 18 - geocentric vertical, 19 - orbit, 19 f - imaginary orbit, 25 - attracting the center of the Earth, η - latitude, ξ - latitudinal error.

На рисунке слева (вид А) космический аппарат 14 находится в действительной орбитальной точке. Изображены также и другие реальные точки, в которых КА находится в моменты измерений широтного угла.In the figure on the left (view A), the spacecraft 14 is at the actual orbital point. Also depicted are other real points at which the spacecraft is located at the moments of latitudinal angle measurements.

Широтный угол η измеряется с ошибкой ξ и поэтому центральная ось датчика ориентируется в сторону от центра Земли.The latitudinal angle η is measured with an error ξ and, therefore, the central axis of the sensor is oriented away from the center of the Earth.

На рисунке справа (вид Б) изображено воображаемое положение, когда центральная ось датчика при тех же ошибках ξ в широтных углах η совпадает с геоцентрической вертикалью 18, но при этом КА находится в мнимых точках, образующих мнимую орбиту 19ф.The figure on the right (view B) shows the imaginary position when the central axis of the sensor for the same errors ξ in latitudinal angles η coincides with the geocentric vertical 18, but the SC is at imaginary points forming an imaginary orbit of 19 f .

Следует отметить, что все относящееся при широтном измерении к мнимым точкам, справедливо и для мнимых точек при долготном измерении.It should be noted that everything related to imaginary points in the latitudinal measurement is also true for imaginary points in the longitudinal measurement.

Таким воображаемым образом можно представить погрешность датчика Земли в форме погрешности характера движения КА.In such an imaginary way, one can imagine the error of the Earth's sensor in the form of an error in the nature of the motion of the spacecraft.

Очевидно, что широтные и долготные углы, если бы они не содержали ошибок, характеризовали бы движение КА, его орбиту с высокой точностью. Можно сказать и по другому - характер движения КА, то есть его местоположение в пространстве, в разные моменты времени обуславливает те или иные значения широтных и долготных углов в те же моменты времени.Obviously, latitudinal and longitudinal angles, if they did not contain errors, would characterize the motion of the spacecraft, its orbit with high accuracy. It can be said in another way - the nature of the motion of the spacecraft, that is, its location in space, at different points in time determines certain latitudinal and longitudinal angles at the same time.

Таким образом, значения широтных и долготных углов зависят, с одной стороны, от местоположения КА в пространстве, с другой, - от измерительных ошибок.Thus, the latitudinal and longitudinal angles depend on the location of the spacecraft in space, on the one hand, and on measurement errors, on the other.

Обратимся к фиг.20, на которой проиллюстрирована эта зависимость.Referring to FIG. 20, this relationship is illustrated.

На данной фигуре обозначены: 14о - КА в реальной точке орбиты на нулевой момент времени, 14ом - КА в мнимой точке на тот же момент времени, 144 - КА в реальной точке на момент в 4 минуты, 144м - КА в мнимой точке на четвертой минуте, 3 - направление на полюс мира, 18 - геоцентрическая вертикаль, 19 - орбита, 25 - центр Земли, η0 - широтный угол на нулевой момент времени, η4 - широтный угол на момент в четыре минуты, ξ0 - широтная ошибка на нулевой момент времени.This figure marked 14 on - the spacecraft in real point of the orbit at time zero, 14 of m - SC in the imaginary point at the same point in time, 14 4 - SC in the real point at the time of 4 minutes, 14 4 m - SC at the imaginary point in the fourth minute, 3 - direction to the pole of the world, 18 - geocentric vertical, 19 - orbit, 25 - center of the Earth, η 0 - latitudinal angle at zero time, η 4 - latitudinal angle at four minutes, ξ 0 - latitudinal error at time zero.

Мнимые точки, расположенные на рисунке вдоль плоскости орбиты, образуют облако измеренных широтных данных.The imaginary points located in the figure along the orbit plane form a cloud of measured latitudinal data.

При достаточном количестве таких точек в облаке данных возможна их статистическая обработка.With a sufficient number of such points in the data cloud, their statistical processing is possible.

Очевидно, что в нашем случае статистическая обработка широтных и долготных данных может быть использована для выявления характера движения КА, т.е. для точного выявления линии, по которой происходит движение КА.Obviously, in our case, the statistical processing of latitudinal and longitude data can be used to identify the nature of the motion of the spacecraft, i.e. to accurately identify the line along which the spacecraft is moving.

Очевидно также, что по результатам такой обработки центральная ось датчика должна ориентироваться на центр Земли с высокой точностью.It is also obvious that according to the results of such processing, the central axis of the sensor should be oriented to the center of the Earth with high accuracy.

Со статистической точки зрения, измеренные данные следует отнести к временному ряду, который может быть обработан тем или иным способом погашения несистематических составляющих.From a statistical point of view, the measured data should be attributed to a time series that can be processed in one way or another to repay unsystematic components.

Проведенное сравнение способов решения задачи аппроксимации кривой, по которой движется КА, выявило преимущество нейронной сети, в частности RBF-сети (сеть с радиальными базисными функциями).The comparison of methods for solving the problem of approximating the curve along which the spacecraft moves reveals the advantage of a neural network, in particular, an RBF network (a network with radial basis functions).

Таким образом, для бортовой статистической обработки лучше использовать именно такой программный модуль. На фиг.21 представлена блок-схема обработки.Thus, it is better to use just such a software module for on-board statistical processing. On Fig presents a block diagram of the processing.

Обратим внимание, что вследствие возмущений орбитальных параметров КА движется по замысловатой линии, не расположенной по существу в одной плоскости и вовсе не являющейся замкнутой.Note that due to perturbations of the orbital parameters, the spacecraft moves along an intricate line that is not located essentially in the same plane and is not closed at all.

В этой связи обучение сети (ее программирование) сильно зависит от предъявляемого ей в процессе обучения набора учебных данных. Учебные данные должны быть типичными для задачи, решению которой обучается сеть. Такое программирование сети может быть осуществлено еще до запуска КА, но возможно обучение сети произвести и в реальных условиях.In this regard, network training (its programming) is highly dependent on the set of training data presented to it during the training process. The training data should be typical of the task whose solution the network is learning. Such network programming can be carried out even before the launch of the spacecraft, but it is possible to train the network in real conditions.

Для подтверждения обоснованности использования нейронной сети в качестве бортового программного модуля обработки произведено моделирование движения КА.To confirm the validity of using a neural network as an on-board processing software module, simulation of the spacecraft motion was performed.

Моделирование производилось на персональном компьютере с использованием нейронной сети системы STATISTICA.Modeling was carried out on a personal computer using the neural network of the STATISTICA system.

Такой выбор продиктован задачей временных рядов, в которых связи между данными в нашем случае близки к линейным на ограниченном участке орбиты и заведомо нелинейны - на относительно протяженных участках, например на полном витке.Such a choice is dictated by the task of time series in which the relationships between the data in our case are close to linear in a limited section of the orbit and obviously non-linear - in relatively long sections, for example, at the full turn.

При моделировании в качестве опорных параметров для оценки служили расчетные инерциальные широта и долгота, в качестве измеренных углов - инерциально-долготные и инерциально-широтные измерения стохастической природы и в качестве отфильтрованных параметров - параметры, обработанные нейронной сетью.In modeling, the estimated inertial latitude and longitude were used as reference parameters, inertial-longitudinal and inertial-latitudinal measurements of stochastic nature were used as measured angles, and parameters processed by a neural network were used as filtered parameters.

Оценкой на соответствующем временном интервале служили значения рассогласований между расчетными инерциальными, так называемыми реальными, параметрами и обработанными, отфильтрованными параметрами.The estimation at the corresponding time interval was the value of the mismatch between the calculated inertial, so-called real, parameters and the processed, filtered parameters.

На вход нейронной сети для обучения подавались широтные и долготные наборы данных стохастической природы. Следует подчеркнуть, что обучающие данные и измеренные данные (инерциальные долгота и широта) имеют различные флюктуации, о чем свидетельствуют графические зависимости, представленные на фиг.22. Обработка информации преследовала цель - выявить трендовую компоненту в условно измеренных данных.Latitudinal and longitude data sets of stochastic nature were fed to the input of a neural network for training. It should be emphasized that the training data and the measured data (inertial longitude and latitude) have different fluctuations, as evidenced by the graphical dependencies shown in Fig.22. The processing of information was aimed at identifying the trend component in conditionally measured data.

На фиг.23 представлена таблица результатов обработки нейронной сетью условно измеренной информации на орбитальном участке с 500 по 559 сек.On Fig presents a table of the results of processing by the neural network of conditionally measured information in the orbital section from 500 to 559 seconds.

В качестве входных данных нейронной сети использовались измерения инерциальной широты (столбец 2), измерения инерциальной долготы (столбец 6) и соответствующее им время (столбец 1).Inertial latitude measurements (column 2), inertial longitude measurements (column 6) and the corresponding time (column 1) were used as input data for the neural network.

Результирующие данные обработки представлены соответствующими значениями на каждый такт времени в столбцах 3 и 7 таблицы.The resulting processing data is represented by the corresponding values for each time step in columns 3 and 7 of the table.

Так, в столбце 3 представлены обработанные, то есть спрогнозированные нейронной сетью, значения инерциальной широты, а в столбце 7 - спрогнозированные значения инерциальной долготы.So, in column 3 the processed, that is, predicted by the neural network, inertial latitude values are presented, and in column 7 the predicted inertial longitude values are presented.

В столбце 4 и 8 приведены опорные значения реальной инерциальной широты и реальной инерциальной долготы соответственно, которые служат, как было условлено, для сравнения с ними спрогнозированных значений и определения эффективности модуля обработки.Columns 4 and 8 show the reference values of the real inertial latitude and real inertial longitude, respectively, which serve, as agreed, to compare the predicted values with them and determine the efficiency of the processing module.

Анализируя ошибки, представленные в угловых секундах в столбцах 5 и 9, можно признать, что обработанные нейронной сетью данные как по инерциальной широте, так и по инерциальной долготе обладают хорошей сходимостью с опорными значениями.By analyzing the errors presented in angular seconds in columns 5 and 9, it can be recognized that the data processed by the neural network, both inertial latitude and inertial longitude, have good convergence with the reference values.

На фиг.24 и 25 представлены результаты обработки в графической форме. Представлены графические зависимости от времени реальной, измеренной и спрогнозированной информации на участке с 500 по 559 сек (с 0 по 60 сек). Из графика видно, что пилообразная линия (измерения) преобразована обработкой в гладкую пунктирную линию (прогноз), которая совпадает с линией сплошной, с реальной линией движения КА.On Fig and 25 presents the results of processing in graphical form. Graphical time dependences of real, measured and predicted information are presented in the section from 500 to 559 sec (from 0 to 60 sec). It can be seen from the graph that the sawtooth line (measurements) was transformed by processing into a smooth dashed line (forecast), which coincides with the solid line, with the real spacecraft motion line.

На фиг.26, 27 и 28 представлены таблица и графические зависимости результатов обработки нейронной сетью условно измеренной информации на другом орбитальном участке с 2999 по 3058 сек.On Fig, 27 and 28 presents a table and graphical dependencies of the processing results of the neural network of conditionally measured information in another orbital section from 2999 to 3058 sec.

Трактовка данных и выводы по результатам данной обработки аналогичны предыдущим.Interpretation of data and conclusions on the results of this processing are similar to the previous ones.

На фиг.29 и 30 представлены графические зависимости от времени результатов обработки условно измеренной информации на полном витке. Графики свидетельствуют о хорошей сходимости обработанных данных с опорными значениями (с пунктирной линией).On Fig and 30 presents a graphical dependence on time of the results of processing conventionally measured information in full turn. The graphs indicate good convergence of the processed data with the reference values (with a dashed line).

На фиг.31 представлена сравнительная таблица параметров, обработанных линейным трендом и нейронной сетью на орбитальном участке с 3049 по 3058 сек.On Fig presents a comparative table of parameters processed by a linear trend and a neural network in the orbital section from 3049 to 3058 sec.

В данной таблице в столбцах 2 и 5 приведены опорные значения реальной инерциальной широты и реальной инерциальной долготы, предназначенные для сравнения с ними обработанных спрогнозированных значений.In this table, columns 2 and 5 show the reference values of the real inertial latitude and real inertial longitude, intended to compare the processed predicted values with them.

Обработанные линейным трендом и нейронной сетью значения инерциальной широты представлены в столбцах 3 и 4 соответственно.The inertial latitude values processed by the linear trend and neural network are presented in columns 3 and 4, respectively.

Обработанные линейным трендом и нейронной сетью значения инерциальной долготы представлены в столбцах 6 и 7 соответственно.The inertial longitude values processed by the linear trend and neural network are presented in columns 6 and 7, respectively.

Сравнительному анализу, таким образом, подлежат параметры столбцов 3 и 4 и параметры столбцов 6 и 7.Thus, the parameters of columns 3 and 4 and the parameters of columns 6 and 7 are subject to comparative analysis.

Результатом сравнения служит степень их приближения к параметрам, представленным в столбцах 2 и 5.The result of the comparison is the degree of their approximation to the parameters presented in columns 2 and 5.

Очевидно, что наиболее предпочтительным методом обработки измерительных данных является метод, основанный на использовании нейронной сети.Obviously, the most preferred method for processing measurement data is a method based on the use of a neural network.

На фиг.32 и 33 представлены графики сравнения параметров, обработанных различными методами на участке с 3049 по 3058 сек. Очевидно, что наибольшей сходимостью с критерием обладают параметры, обработанные нейронной сетью.On Fig and 33 presents graphs comparing the parameters processed by various methods in the area from 3049 to 3058 sec. Obviously, the parameters processed by the neural network have the greatest convergence with the criterion.

Таким образом, моделирование показало, что наиболее предпочтительным методом обработки измерительных данных является метод, основанный на использовании нейронной сети.Thus, modeling showed that the most preferable method of processing measurement data is a method based on the use of a neural network.

Для той или иной целевой функции КА всегда осуществляется выбор соответствующей орбиты.For a particular objective function of the spacecraft, the corresponding orbit is always selected.

Ее пространственно-временные характеристики должны удовлетворять всем условиям для решения стоящей перед КА задачи, будь-то обзорное наблюдение определенного района земной поверхности, будь-то съемка конкретного наземного объекта, зондирование Земли в интересах хозяйственной деятельности или обеспечение связи между районами.Its spatio-temporal characteristics must satisfy all the conditions for solving the spacecraft task, be it a survey observation of a certain area of the earth’s surface, be it a survey of a specific ground object, Earth probing in the interests of economic activity, or communication between regions.

Конкретная, оптимальная для целевой задачи орбита является базовой средой, в которой сложнейшие взаимодействия различных средств космической системы осуществляются в пространстве, соответствующем определенному времени, и во времени, соответствующем определенному пространству.A specific orbit that is optimal for the target task is the basic environment in which the most complex interactions of various means of the space system are carried out in space corresponding to a specific time and in time corresponding to a specific space.

Вот почему так важно поддержание параметров расчетной орбиты в приемлемых диапазонах.This is why maintaining the parameters of the calculated orbit in acceptable ranges is so important.

Удовлетворяющий предъявляемым требованиям орбитальный виток, заданный своими традиционными параметрами и в форме инерциально-долготных и инерциально-широтных значений с тактовым временным шагом, равным такту бортовых измерений, представляется на борту КА посредством его записи в постоянное запоминающее устройство.An orbital coil that meets the requirements specified by its traditional parameters and in the form of inertial-longitudinal and inertial-latitudinal values with a clock time step equal to the on-board measurement clock is displayed onboard the spacecraft by writing it to a read-only memory.

На орбите по мере статистической обработки измерительной информации очередной реальный виток записывается в оперативное запоминающее устройство для последующего сравнения его с заданным.In orbit, as the measurement information is statistically processed, the next real turn is recorded in the random access memory for subsequent comparison with the set one.

Любая орбита однозначно определяется шестью независимыми параметрами Кеплерова движения, четыре из которых характеризуют движение КА внутри плоскости орбиты и два - ориентацию плоскости орбиты в пространстве. Элементами орбиты называются параметры, определяющие ее положение в пространстве, размеры и форму. Обратимся к фиг.34, на которой представлены: заданная орбита, реальная орбита и все элементы, характеризующие каждую из орбит.Any orbit is uniquely determined by six independent Kepler’s motion parameters, four of which characterize the motion of the spacecraft inside the orbit plane and two characterize the orientation of the orbit plane in space. Elements of the orbit are called parameters that determine its position in space, size and shape. Turning to Fig. 34, which presents: a given orbit, a real orbit, and all the elements characterizing each of the orbits.

На данной фигуре обозначены: 1 - Земля, 6 - плоскость экватора, 191, 192 - реальная орбита и заданная соответственно, 0, γ - направление на точку весеннего равноденствия, B1 (B2) и H12) - восходящий и нисходящий узлы реальной (заданной) орбиты, Ω1 ( Ω2) - прямое восхождение восходящего узла реальной (заданной) орбиты, П12) и A1 (A2) - перигей и апогей реальной (заданной) орбиты, i1 (i2) - наклонение реальной (заданной) орбиты, ∈1 (∈2) - аргумент перигея реальной (заданной) орбиты, 2α1 (2α2) - расстояние между перигеем и апогеем реальной (заданной) орбиты, ϑ - истинная аномалия КА (аргумент КА u=ϑ+∈).On this figure are indicated: 1 - Earth, 6 - equatorial plane, 19 1 , 19 2 - real orbit and given respectively, 0, γ - direction to the vernal equinox, B 1 (B 2 ) and H 12 ) - ascending and descending nodes of the real (given) orbit, Ω 12 ) - right ascension of the ascending node of the real (given) orbit, P 1 (P 2 ) and A 1 (A 2 ) - the perigee and the apogee of the real (given) orbit, i 1 (i 2 ) is the inclination of the real (given) orbit, ∈ 1 (∈ 2 ) is the argument of the perigee of the real (given) orbit, 2α 1 (2α 2 ) is the distance between the perigee and the apogee of the real (given) orbit, ϑ is Mudstone anomaly of the spacecraft (spacecraft argument u = ϑ + ∈).

Параметры, а также характерные орбитальные точки реальной орбиты определяются на борту КА следующим образом.The parameters, as well as the characteristic orbital points of the real orbit, are determined on board the spacecraft as follows.

Период обращения T1 измеряется как промежуток времени между последовательными прохождениями КА двух точек, в которых значение широты одно и то же (например, точек восходящего или нисходящего узла орбиты).The orbital period T 1 is measured as the time interval between successive passes of the spacecraft of two points at which the latitude is the same (for example, points of an ascending or descending node of the orbit).

При наклонении, равном 0°, период T1 - это промежуток времени между последовательными прохождениями КА двух точек, в которых значение инерциальной долготы одно и то же.When the inclination is 0 °, the period T 1 is the time interval between successive passes of the spacecraft of two points at which the inertial longitude is the same.

Большая полуось α1 определяется по формуле

Figure 00000002
, где k - гравитационный параметр, равный 3,986·105 км32.The semimajor axis α 1 is determined by the formula
Figure 00000002
where k is the gravitational parameter equal to 3.986 · 10 5 km 3 / s 2 .

Угловые скорости в перигее и апогее реальной орбиты известны по результатам измерений.The angular velocities at the perigee and apogee of the real orbit are known from the measurement results.

Точка с максимальной угловой скоростью становится точкой перигея и координируется углами широты и инерциальной долготы. Аналогично определяется и координируется и точка апогея.The point with maximum angular velocity becomes the point of perigee and is coordinated by the angles of latitude and inertial longitude. The apogee point is also defined and coordinated.

Отношение скоростей полета КА в перигее и апогее обратно пропорционально отношению величин радиусов-векторов этих точек орбиты, т.е. Vп/Va=rа/rп, где rа, rп - расстояния от центра Земли до апогея и перигея соответственно. В связи с тем, что 2α=(rа+rп), отношения скоростей можно представить в следующем виде Vп/Va=(2α-rп)/rп, откуда определяется радиус-вектор перигея. А затем из формулы 2α=(rа+rп) при подстановке в нее rп определяется rа.The ratio of the spacecraft flight speeds at perigee and apogee is inversely proportional to the ratio of the values of the radius vectors of these orbit points, i.e. V p / V a = r a / r p , where r a , r p are the distances from the center of the Earth to the apogee and perigee, respectively. Due to the fact that 2α = (r a + r p ), the ratio of velocities can be represented in the following form V p / V a = (2α-r p ) / r p , from where the radius vector of perigee is determined. And then from the formula 2α = (r a + r n) by substituting it r n and r determined.

Эксцентриситет орбиты становится известным из следующей формулы e1=(rа1-rп1)/(ra1+rп1).The eccentricity of the orbit becomes known from the following formula e 1 = (r a1 -r p1 ) / (r a1 + r p1 ).

Восходящий B1 (и нисходящий H1) узел орбиты определяется непосредственно как точка с некоторым значением инерциальной долготы и с нулевым значением широты.The ascending B 1 (and descending H 1 ) node of the orbit is defined directly as a point with a certain value of inertial longitude and with a zero value of latitude.

Зная координаты точки перигея П1 и восходящего узла В1, определяется в плоскости орбиты угол, соответствующий аргументу перигея ∈1.Knowing the coordinates of the point of perigee P 1 and the ascending node B 1 , the angle corresponding to the argument of perigee ∈ 1 is determined in the plane of the orbit.

Аналогично рассчитывается аргумент КА u или истинная аномалия КА ϑ.Similarly, the CA argument u or the true CA anomaly ϑ is calculated.

Наклонение i1 реальной орбиты определяется как максимальное значение широтного угла.The inclination i 1 of the real orbit is defined as the maximum latitude angle.

Таким образом становятся известными следующие параметры реальной орбиты: α1, е1, ∈1, Ω1, i1 и u (или ϑ).Thus, the following parameters of the real orbit become known: α 1 , е 1 , ∈ 1 , Ω 1 , i 1 and u (or ϑ).

По результатам сопоставления параметров реальной орбиты и представленных в ЗУ параметров заданной орбиты определяются искомые отклонения.By comparing the parameters of the real orbit and the parameters of the given orbit presented in the memory, the desired deviations are determined.

Так, сопоставив значения инерциальных долгот в момент прохождения КА восходящих узлов каждой из орбит (т.е. в момент, когда оба значения широты равны нулю), получим рассогласование Δ Ω как разницу указанных долгот.So, comparing the values of inertial longitudes at the time of the passage of the spacecraft of the ascending nodes of each of the orbits (i.e., at the moment when both latitudes are equal to zero), we obtain the mismatch Δ Ω as the difference of the indicated longitudes.

Аналогично, достаточно сопоставить значения наклонений i1 и i2 и их разница выявит величину их рассогласований Δi.Similarly, it is enough to compare the values of the inclinations i 1 and i 2 and their difference will reveal the magnitude of their inconsistencies Δi.

В результате осуществления коррекций реальной орбиты по устранению рассогласований Δ Ω и Δi плоскость реальной орбиты совместится с плоскостью заданной орбиты.As a result of the corrections of the real orbit to eliminate the discrepancies Δ Ω and Δi, the plane of the real orbit will be combined with the plane of the given orbit.

Здесь следует отметить, что при одном и том же значении Ω и при одном и том же значении i размеры и формы двух орбит, лежащих в одной плоскости, могут не совпадать.It should be noted here that for the same value of Ω and for the same value of i, the sizes and shapes of two orbits lying in the same plane may not coincide.

Различная ориентация перигеев двух орбит свидетельствует, что значения их аргументов разные, а потому Δ∈ количественно характеризует указанную ориентацию, а соответствующие Δα и Δe количественно характеризуют различие в размерах и форме.The different orientation of the perigee of the two orbits indicates that the values of their arguments are different, and therefore Δ∈ quantitatively characterizes the indicated orientation, and the corresponding Δα and Δe quantitatively characterize the difference in size and shape.

Следует также отметить и различие в форме измерений орбитальных скоростей: скорость реальной орбиты представлена в град/сек, а скорость заданной орбиты - в км/сек (и в град/сек).It should also be noted the difference in the form of measurements of orbital speeds: the speed of the real orbit is presented in deg / sec, and the speed of a given orbit is in km / sec (and deg / sec).

Известны следующие формулы, позволяющие определить скорость в км/сек реальной орбиты в перигее и апогее:The following formulas are known that make it possible to determine the speed in km / s of the real orbit at perigee and apogee:

V2п=(k/α)[(1+e)/(1-е)] и V2a=(k/α)[(1-е)/(1+e)].V 2 n = (k / α) [(1 + e) / (1st)] and V 2 a = (k / α) [(1 + e) / (1 + e)].

Сопоставление этих скоростей с угловыми скоростями позволяет обеспечить их взаимную конвертируемость на любом орбитальном участке.A comparison of these velocities with angular velocities makes it possible to ensure their mutual convertibility in any orbital section.

Таким образом обеспечивается определение отклонений реальной орбиты от заданной: Δα, Δe, Δ∈, Δi, Δ Ω, а также конвертируемость скоростей.This ensures the determination of deviations of the real orbit from the given one: Δα, Δe, Δ∈, Δi, Δ Ω, as well as the convertibility of speeds.

Измеренные на орбитальном витке данные, как показано выше, сглаживаются нейронной сетью на каждый временной такт с секундными погрешностями. Обработанные таким образом данные записываются в бортовое ЗУ для использования при определении параметров орбиты. Временной такт для той или иной конкретной орбиты выбирается оптимальным. В отличие от рассматриваемых ниже трех типов орбит (см. фиг.35) условимся, что в нашем случае при определении перигея и апогея временной шаг будет равен 10 сек. На фиг.35 представлена сводная таблица расчетных параметров трех орбит (три подтаблицы). Высокая эллиптическая орбита со значениями периода, высот перигея и апогея и эксцентриситета задана и с временным шагом 1000 сек, измеренным углом в градусах и скоростью V''/сек на каждый момент после истечения каждого шага. С соответствующими параметрами заданы "квазистационарная" и низкая эллиптическая орбита. Отметим, что по данным, представленным в ЗУ, выявляются угловые расстояния, пройденные КА за каждые 10 секунд. Определим для каждой из трех орбит угловые расстояния, пройденные за временные шаги, и проставим полученные значения в пустых третьих столбцах каждой подтаблицы (пустые четвертые столбцы каждой из подтаблиц служат для фиксации зоны нахождения точек перигея и апогея). Легко убедиться из подтаблиц, что наименьшие значения угловых расстояний, такие как 1,86°, 8,16° и 10,05° соответствуют зонам нахождения точек апогея, а наибольшие значения угловых расстояний - зонам нахождения точек перигея. В четвертых столбцах каждой подтаблицы эти зоны отмечены буквами А (апогей) и П (перигей). Диапазон зон ограничивается такими равными (или близкими) значениями угловых расстояний за 10-ти секундный шаг (V''/c×10 с), которые достоверно отличаются своими значениями от внутризонных значений при располагаемых точностях. Диапазоны перигейной зоны (ПЗ) и апогейной зоны (АЗ) для (табличных) орбит будут такими:The data measured at the orbital turn, as shown above, is smoothed by the neural network for each time cycle with second errors. The data processed in this way are recorded in the onboard memory for use in determining the parameters of the orbit. The time step for a particular orbit is chosen optimal. In contrast to the three types of orbits considered below (see Fig. 35), we agree that in our case, when determining perigee and apogee, the time step will be 10 seconds. On Fig presents a summary table of the calculated parameters of the three orbits (three subtable). A high elliptical orbit with the values of the period, heights of perigee and apogee and eccentricity is also set with a time step of 1000 sec, measured by the angle in degrees and speed V '' / sec for each moment after the expiration of each step. With appropriate parameters, a “quasistationary” and a low elliptical orbit are specified. Note that according to the data presented in the memory, the angular distances traveled by the spacecraft for every 10 seconds are detected. For each of the three orbits, we determine the angular distances traveled over time steps and put the obtained values in the empty third columns of each subtable (the empty fourth columns of each subtable serve to fix the location zone of the perigee and apogee points). It is easy to verify from the sub-tables that the smallest angular distances, such as 1.86 °, 8.16 ° and 10.05 °, correspond to the zones of apogee points, and the largest angular distances correspond to the zones of perigee points. In the fourth columns of each subtable, these zones are marked with the letters A (apogee) and P (perigee). The range of zones is limited by such equal (or close) values of angular distances in a 10-second step (V '' / s × 10 s), which reliably differ in their values from intraband values at available accuracy. The ranges of the perigee zone (PZ) and apogee zone (AZ) for (tabular) orbits will be as follows:

- высокой ПЗ: ~1530'',4→~2991'',6←~1640'',16 (1530''); АЗ: ~80'',028→~66'',96←~79'',92;- high PZ: ~ 1530``, 4 → ~ 2991 '', 6 ← ~ 1640``, 16 (1530 ''); AZ: ~ 80``, 028 → ~ 66 '', 96 ← ~ 79``, 92;

- стационарной ПЗ: -150'',84→~154'',08←~150'',84; АЗ: ~150'',12→~146'',88←~150'',12;- stationary PZ: -150``, 84 → ~ 154 '', 08 ← ~ 150``, 84; AZ: ~ 150``, 12 → ~ 146 '', 88 ← ~ 150``, 12;

- низкой ПЗ: ~2309'',4→~2325'',9←~2301'',8; АЗ: ~1814'',4→~1804'',3←~1819''.- low PZ: ~ 2309``, 4 → ~ 2325 '', 9 ← ~ 2301``, 8; AZ: ~ 1814``, 4 → ~ 1804 '', 3 ← ~ 1819``.

Заметим, что для квазистационарной орбиты требуется шаг больше 10 сек. Срединные угловые значения диапазонов зон определяют точки перигея и апогея. Следует иметь в виду, что точки А и П разнесены угловым расстоянием на 180°. На фиг.36 проиллюстрировано вышеизложенное и представлены годографы угловых скоростей круговой и высокоэллиптической орбит. Векторы OR равны здесь угловой скорости в последовательные моменты времени.Note that for a quasistationary orbit, a step of more than 10 seconds is required. The median angular values of the ranges of zones determine the points of perigee and apogee. It should be borne in mind that points A and P are separated by an angular distance of 180 °. Fig. 36 illustrates the foregoing and presents hodographs of angular velocities of circular and highly elliptical orbits. The OR vectors here are equal to the angular velocity at successive instants of time.

При фиксации восходящего узла орбиты и перигея по сглаженным данным аргумент перигея определяется как угол между долготами восходящего узла и перигея (по направлению движения КА).When fixing the ascending node of the orbit and perigee according to the smoothed data, the argument of perigee is defined as the angle between the longitudes of the ascending node and perigee (in the direction of the spacecraft).

Таким образом определяются апогей, перигей и его аргумент, а из следующих формул - все необходимые параметры: T=2π√α3/k, откуда α; 2α=(ra+rп), но так как Vп/Va=ra/rп, то Vп/Va=(2α-rп)/rп, откуда rп;Thus, the apogee, perigee and its argument are determined, and from the following formulas - all the necessary parameters: T = 2π√α 3 / k, whence α; 2α = (r a + r p ), but since V p / V a = r a / r p , then V p / V a = (2α-r p ) / r p , whence r p ;

ra=(2α-rп);r a = (2α-r p );

e=(ra-rп)/(ra+rп);e = (r a -r p ) / (r a + r p );

r=α(1-е2)/1-е cosφ, где φ - здесь угол, отсчитываемый от оси эллипса, соединяющий апогей с перигеем.r = α (1st 2 ) / 1st cosφ, where φ is the angle measured from the axis of the ellipse, connecting the apogee with perigee.

Коррекция параметров реальной орбиты с целью обеспечения их соответствия параметрам заданной орбиты зависит от величины, точки приложения и направления корректирующего импульса.Correction of the parameters of a real orbit in order to ensure their compliance with the parameters of a given orbit depends on the magnitude, point of application, and direction of the correction pulse.

По направлению действия известны боковой и тангенциальный импульсы, под действием которых осуществляется устранение отклонений реальной орбиты от заданной.In the direction of action, lateral and tangential pulses are known, under the action of which the deviations of the real orbit from the given one are eliminated.

Следует отметить, что в нашем случае корректирующие маневры необходимо осуществлять под действием импульсной тяги.It should be noted that in our case, corrective maneuvers must be carried out under the influence of impulse traction.

Рассмотрим, какие последствия возникают при приложении бокового импульса.Let us consider what consequences arise when a lateral impulse is applied.

Обратимся к фиг.37, на которой обозначено: 1 - Земля, 10 - плоскость экватора, 30 - орбита, линия узлов ВН - ось изменения наклонения орбиты i, ось мира F1P - ось изменения прямого восхождения восходящего узла Ω, ось F1Q - ось изменения аргумента перигея ∈ (эта ось перпендикулярна плоскости орбиты и также проходит через центр Земли), γ - направление на точку весеннего равноденствия, А - точка апогея, П - точка перигея.Referring to Fig. 37, where it is indicated: 1 - Earth, 10 - equatorial plane, 30 - orbit, VL nodes line - axis of change of inclination of orbit i, world axis F 1 P - axis of change of right ascension of ascending node Ω, axis F 1 Q is the axis of change of the argument of perigee ∈ (this axis is perpendicular to the plane of the orbit and also passes through the center of the Earth), γ is the direction to the vernal equinox, A is the apogee point, P is the perigee point.

Очевидно, что боковая сила изменяет i, Ω, ∈, т.е. ориентацию плоскости орбиты в пространстве, но не изменяет ни формы орбиты, ни ее размеров.Obviously, the lateral force changes i, Ω, ∈, i.e. orientation of the orbit plane in space, but does not change either the shape of the orbit or its size.

Точкой приложения боковой силы при маневре для совмещения плоскостей орбит служит одна из двух точек на линии пересечения плоскостей орбиты (точка, ближайшая к апогею).The point of application of lateral force during the maneuver for combining the orbit planes is one of two points on the line of intersection of the orbit planes (the point closest to the apogee).

Такая точка определяется при сопоставлении реальной и заданной орбит как точка с общими координатами, т.е. как точка, принадлежащая обеим орбитам.Such a point is determined by comparing the real and given orbits as a point with common coordinates, i.e. like a point belonging to both orbits.

Рассмотрим фиг.38, на которой представлена реальная орбита 301 с восходящим узлом B1, с наклонением i1 и аргументом перигея ∈1. Перечисленные параметры реальной орбиты не соответствуют аналогичным параметрам В2, i2, ∈2 заданной орбиты 302. После приложения в соответствующей точке бокового соответствующего импульса ΔVв параметры реальной орбиты приобретут значения параметров заданной орбиты.Consider Fig. 38, which shows the real orbit 30 1 with the ascending node B 1 , with inclination i 1 and argument perigee ∈ 1 . The listed parameters of the real orbit do not correspond to the similar parameters В 2 , i 2 , ∈ 2 of the given orbit 30 2 . After applying the corresponding lateral impulse ΔV to the corresponding point in the parameters of the real orbit, the values of the parameters of the given orbit will acquire.

Под действием бокового импульса будет происходить разворот вектора скорости относительно оси, проходящей через точку приложения боковой силы (точка М, фиг.37) и центр Земли (точка F1).Under the action of the lateral impulse, the velocity vector will turn around the axis passing through the point of application of lateral force (point M, Fig. 37) and the center of the earth (point F 1 ).

При полете КА по эллиптической орбите вектор скорости в любой точке, кроме перигея и апогея, не совпадает с линией местного горизонта. Проекцию вектора скорости на линию местного горизонта называют трансверсальной скоростью Vη и она определяется из соотношения: Vη=VcosΘ, где угол Θ=arctg[(1+ecosϑ)/esinϑ]. Здесь е, ϑ и V известны.When the spacecraft is flying in an elliptical orbit, the velocity vector at any point, except for perigee and apogee, does not coincide with the line of the local horizon. The projection of the velocity vector on the line of the local horizon is called the transversal velocity V η and it is determined from the relation: V η = VcosΘ, where the angle Θ = arctan [(1 + ecosϑ) / esinϑ]. Here e, ϑ, and V are known.

При боковом маневре в точке М осью разворота орбиты является ось М'M, проходящая через точку приложения боковой силы и центр Земли. По этой оси и направлен вектор разворота орбиты Δχ, т.е. ось разворота орбиты не совпадает ни с одной из осей изменения i, Ω и ∈. В этом случае приращения всех трех элементов (Δiв, Δ Ωв, Δ∈в) определяются проекциями вектора разворота плоскости орбиты Δχ на соответствующие оси их изменения.In a lateral maneuver at point M, the axis of the orbit is the axis M'M, passing through the point of application of lateral force and the center of the Earth. The vector of orbit Δχ is directed along this axis, i.e. the axis of rotation of the orbit does not coincide with any of the axes of variation of i, Ω and ∈. In this case, the increments of all three elements (Δi in , Δ Ω in , Δ∈ in ) are determined by the projections of the vector of rotation of the orbit plane Δχ on the corresponding axis of change.

Изменения наклонения орбиты, прямого восхождения восходящего узла и аргумента перигея под действием бокового импульса зависят от аргумента КА u в точке маневра (u=ϑ+∈).Changes in the inclination of the orbit, the right ascension of the ascending node and the perigee argument under the influence of a lateral impulse depend on the spacecraft argument u at the maneuver point (u = ϑ + ∈).

Для изменения прямого восхождения восходящего узла импульс боковой силы нужно прикладывать в точках с аргументом, равным 90° или 270°. Однако при наклонениях орбиты i, не равных 90°, приложение бокового импульса в точках исходной орбиты с u0=90° или u0=270° вызовет изменение аргумента перигея. Поскольку u=∈+ϑ, то изменение аргумента перигея ∈ приведет и к изменению аргумента КА u в точке маневра. Поэтому аргумент КА на орбите после маневра уже не будет равен 90° или 270°. В результате боковой импульс изменит не только прямое восхождение восходящего узла, но и наклонение орбиты.To change the right ascension of the ascending node, the lateral force impulse must be applied at points with an argument equal to 90 ° or 270 °. However, with inclinations of orbit i not equal to 90 °, the application of a lateral impulse at the points of the original orbit with u 0 = 90 ° or u 0 = 270 ° will cause a change in the perigee argument. Since u = ∈ + ϑ, a change in the argument of perigee ∈ will also lead to a change in the argument of CA u at the point of maneuver. Therefore, the spacecraft argument in orbit after the maneuver will no longer be 90 ° or 270 °. As a result, the lateral impulse will change not only the right ascension of the ascending node, but also the inclination of the orbit.

Обратимся к фиг.39, на которой обозначено: 301 - плоскость исходной орбиты (плоскость реальной орбиты), 302 - плоскость орбиты после маневра (плоскость заданной орбиты), Δχ - угол разворота плоскости орбиты, ΔVв - боковой импульс, Vη - трансверсальная скорость, j - угол, характеризующий направление вектора ΔVв.Turning to FIG. 39, it is indicated: 30 1 is the plane of the original orbit (plane of the real orbit), 30 2 is the plane of the orbit after the maneuver (plane of the given orbit), Δχ is the angle of the orbital plane, ΔV в is the side impulse, V η is the transverse velocity, j is the angle characterizing the direction of the vector ΔV in .

Угол Δχ, плоскость которого перпендикулярна линии пересечения плоскостей реальной и заданной орбит, определяется как максимальная разница значений координат орбитальных точек, лежащих в плоскости угла.The angle Δχ, the plane of which is perpendicular to the line of intersection of the planes of the real and given orbits, is defined as the maximum difference in the coordinates of the orbital points lying in the plane of the angle.

При известном Δχ потребная величина импульса ΔVв может быть определена из соотношения: ΔVв=2Vηsin0,5Δχ. В этом случае направление вектора ΔVв относительно плоскости исходной орбиты будет характеризоваться углом j=90°+0,5Δχ. Для круговых орбит, как известно, вектор скорости в любой точке орбиты перпендикулярен радиусу-вектору. Следовательно, для круговых орбит Vη=Vкр.With the known Δχ, the required value of the pulse ΔV in can be determined from the relation: ΔV in = 2V η sin0.5Δχ. In this case, the direction of the vector ΔV in respect to the original plane of the orbit will be characterized by an angle of j = 90 ° + 0,5Δχ. For circular orbits, as you know, the velocity vector at any point in the orbit is perpendicular to the radius vector. Therefore, for circular orbits, V η = V cr .

Для эллиптических орбит трансверсальная скорость полета является величиной переменной.For elliptical orbits, the transverse flight speed is a variable.

Максимальное значение она имеет в перигее, минимальное - в апогее. Поэтому и величина импульса ΔVв при развороте плоскости данной орбиты в перигее будет максимальной, а в апогее - минимальной.It has the maximum value at the perigee, the minimum at the apogee. Therefore, the magnitude of the momentum ΔV in when turning the plane of a given orbit at the perigee will be maximum, and at the apogee - minimal.

Если боковая сила будет приложена в одном из узлов орбиты, ось разворота будет совпадать с осью изменения наклонения орбиты. Следовательно, боковая сила, приложенная в узлах орбиты, вызовет изменение лишь наклонения орбиты.If the lateral force is applied in one of the nodes of the orbit, the axis of rotation will coincide with the axis of change of inclination of the orbit. Consequently, the lateral force applied at the nodes of the orbit will cause a change only in the inclination of the orbit.

Схема непосредственного разворота плоскости исходной орбиты для изменения ее наклонения приведена на фиг.40. В одном из узлов орбиты 301 прикладывается импульс скорости ΔVв, под действием которого происходит разворот плоскости орбиты на угол Δχ. В результате наклонение орбиты 302 будет отличаться на угол Δi=Δχ.A diagram of the direct turn of the plane of the original orbit to change its inclination is shown in Fig. 40. In one of the nodes of the orbit on January 30 applied pulse ΔV in speed, under which there is a reversal of the orbital plane by an angle Δχ. As a result, the inclination of the orbit 30 2 will differ by an angle Δi = Δχ.

Рассмотрим, какие последствия возникают при приложении тангенциального импульса.Let us consider what consequences arise when a tangential impulse is applied.

Направление действия тангенциальной силы или совпадает с направлением вектора скорости полета, или противоположно ему.The direction of action of the tangential force either coincides with the direction of the flight velocity vector, or is opposite to it.

Поэтому тангенциальная сила может изменять только величину скорости полета. Направление скорости при действии тангенциальной силы не изменяется. Тангенциальная сила не вызывает изменения наклонения орбиты и прямого восхождения восходящего узла. Чтобы определить, какие изменения орбиты вызовет тангенциальная сила, рассмотрим уравнение V=√k[(2/r)-(1/α)]. Так как k - величина постоянная, а r в точке маневра не изменяется, то при маневре увеличение (уменьшение) величины скорости вызовет изменение α.Therefore, the tangential force can only change the magnitude of the flight speed. The direction of speed under the action of tangential force does not change. The tangential force does not cause a change in the inclination of the orbit and the right ascension of the ascending node. To determine what changes in the orbit the tangential force will cause, we consider the equation V = √k [(2 / r) - (1 / α)]. Since k is a constant value, and r at the point of maneuver does not change, when maneuvering, an increase (decrease) in the velocity value will cause a change in α.

Рассмотрим фиг.41. На ней показана эллиптическая орбита 301 с фокусами F1 и F2 до маневра.Consider Fig. 41. It shows an elliptical orbit 30 1 with foci F 1 and F 2 before maneuvering.

Пусть в момент выполнения импульсного маневра КА находился в точке М с истинной аномалией ϑ. Расстояние от этой точки до первого фокуса равно r, а расстояние до второго фокуса - r'.Suppose that at the moment of performing the pulse maneuver, the spacecraft was at point M with a true anomaly ϑ. The distance from this point to the first focus is r, and the distance to the second focus is r '.

Как известно, эллипсом называется геометрическое место точек, для которых справедливо равенство r+r1=2a. Если скорость полета в точке М увеличить на ΔVт, это вызовет увеличение большой полуоси на Δαт.As you know, an ellipse is the locus of points for which the equality r + r 1 = 2a is valid. If the flight speed at point M is increased by ΔV t , this will cause an increase in the semimajor axis by Δα t .

Очевидно, что увеличится расстояние до второго фокуса и он из точки F2 переместится в точку F2'. Величина этого перемещения Δr'=2Δαт. Известно также, что касательная в любой точке эллипса является биссектрисой внешнего угла, образованного радиусами-векторами этой точки. Вектор скорости направлен по касательной к траектории (к эллипсу в точке М). Поэтому угол τ=τ'. Поскольку после маневра направления вектора скорости и радиуса-вектора КА не изменяются, то не изменяются и углы τ и τ'. Это означает, что направление на второй фокус сохранится и он переместится вдоль радиуса-вектора r' на величину 2Δαт, в точку F2'. Перемещение второго фокуса из точки F2 в точку F2' приводит к изменению межфокусного расстояния на величину 2Δст, а это означает, что изменится и эксцентриситет орбиты e (e=с/α). Перемещение второго фокуса приводит также к повороту линии апсид на угол Δ∈т, т.е. тангенциальная сила, изменяя большую полуось орбиты, изменяет и аргумент перигея.Obviously, the distance to the second focus will increase and it will move from the point F 2 to the point F 2 '. The magnitude of this displacement is Δr '= 2Δα t . It is also known that the tangent at any point of the ellipse is the bisector of the external angle formed by the radius vectors of this point. The velocity vector is directed tangent to the trajectory (to the ellipse at point M). Therefore, the angle τ = τ '. Since, after the maneuver, the directions of the velocity vector and the radius vector of the spacecraft do not change, then the angles τ and τ 'do not change either. This means that the direction to the second focus will be preserved and it will move along the radius vector r 'by 2Δα t to the point F 2 '. The movement of the second focus from the point F 2 to the point F 2 'leads to a change in the focal length by 2Δс t , which means that the eccentricity of the orbit e (e = c / α) will also change. Moving the second focus also leads to a rotation of the apse line by an angle Δ∈ t , i.e. tangential force, changing the semimajor axis of the orbit, also changes the argument of perigee.

Обратимся к фиг.42. Если коррекцию положения перигея осуществить за счет тангенциального импульса, приложенного в одной из точек пересечения орбиты с малой полуосью (точка Д), то в результате изменится и величина большой полуоси.Turning to FIG. 42. If the perigee position is corrected due to the tangential impulse applied at one of the intersection points of the orbit with the minor axis (point D), then the magnitude of the major axis will also change.

Последнее вызывает также изменение периода обращения. В результате после такой одноимпульсной коррекции нужно будет проводить еще коррекцию величины большой полуоси. Поэтому в тех случаях, когда при коррекции положения перигея изменение большой полуоси недопустимо, такую коррекцию целесообразно выполнять, используя два тангенциальных импульса, прикладываемых в точках Д и Д' (фиг.42). Величины этих импульсов должны быть одинаковыми, а знаки разными. При двухимпульсном маневре под действием положительного импульса ΔVт1, приложенного в точке Д, аргумент перигея изменится на Δ∈т1 и большая полуось увеличится на Δαт1. Под действием отрицательного импульса ΔVт2, прикладываемого в точке Д' промежуточной орбиты, большая полуось уменьшится на Δαт2, а аргумент перигея ∈ изменится так же, как и при первом импульсе.The latter also causes a change in the circulation period. As a result, after such a single-pulse correction, it will still be necessary to carry out a correction of the magnitude of the semi-major axis. Therefore, in those cases when, when correcting the position of the perigee, a change in the semimajor axis is unacceptable, it is advisable to perform such a correction using two tangential pulses applied at points D and D '(Fig. 42). The magnitudes of these pulses must be the same, and the signs are different. In a two-pulse maneuver under the action of a positive impulse ΔV t1 applied at point D, the perigee argument will change by Δ∈ t1 and the semi-major axis will increase by Δα t1 . Under the influence of a negative momentum ΔV t2 applied at the point D 'of the intermediate orbit, the semi-major axis will decrease by Δα t2 , and the argument of perigee ∈ will change in the same way as with the first impulse.

Отметим, что энергетические затраты на выполнение маневра определяются не только выбранной ориентацией управляющего импульса (например, тангенциального или бокового), но и точкой его приложения на орбите.Note that the energy cost of performing the maneuver is determined not only by the selected orientation of the control pulse (for example, tangential or lateral), but also by the point of its application in orbit.

На орбите имеются не только точки, в которых тот или иной импульс силы не вызывает изменений отдельных элементов орбиты, но и точки, в которых данная сила обеспечивает наибольшее изменение заданного элемента орбиты.In orbit there are not only points at which one or another impulse of force does not cause changes in individual elements of the orbit, but also points at which this force provides the greatest change in a given element of the orbit.

Обратимся к фиг.43.Turning to FIG. 43.

На данном рисунке указаны точки, в которых изменения α, е и ∈ под действием приложенной тангенциальной силы имеют экстремальные значения. В уравнении Δαт=(2Δα2V/k)ΔVт большая полуось α - величина постоянная для любой точки данной орбиты. Переменной величиной в этом уравнении является только скорость полета, максимальное значение которой в перигее, а минимальное - в апогее. Следовательно, один и тот же по величине и направлению действия импульс скорости ΔVт в перигее будет вызывать максимальные изменения большой полуоси, а в апогее - минимальные.The figure shows the points at which the changes in α, e, and ∈ under the influence of the applied tangential force have extreme values. In the equation Δα t = (2Δα 2 V / k) ΔV t the semimajor axis α is a constant value for any point of this orbit. The variable in this equation is only the flight speed, the maximum value of which is at perigee, and the minimum is at apogee. Consequently, the same in magnitude and direction of action velocity impulse ΔV t in the perigee will cause maximum changes in the semimajor axis, and in the apogee, the minimum.

Максимальные же изменения эксцентриситета орбиты под действием тангенциальной силы происходит в перигее и апогее орбиты. Однако нужно иметь в виду, что для увеличения эксцентриситета орбиты тангенциальный импульс в перигее должен быть положительным, а в апогее - отрицательным.The maximum changes in the eccentricity of the orbit under the influence of tangential force occur at the perigee and apogee of the orbit. However, it must be borne in mind that in order to increase the eccentricity of the orbit, the tangential momentum at the perigee must be positive, and at the apogee, negative.

Тангенциальная сила, приложенная в точках перигея и апогея, не вызывает поворота линии апсид. В этих случаях направления r и r' совпадают с линией апсид и второй фокус будет перемещаться вдоль этой линии. Для коррекции положения перигея (апогея) орбиты, когда величина большой полуоси должна быть сохранена, целесообразно применять два тангенциальных импульса, прикладываемых в точках (Д, Д') пересечения орбиты с малой полуосью. При этом величины обоих импульсов должны быть одинаковыми, а их знаки разными.The tangential force applied at the points of perigee and apogee does not cause a turn of the apse line. In these cases, the directions r and r 'coincide with the apse line and the second focus will move along this line. To correct the position of the perigee (apogee) of the orbit, when the magnitude of the major semiaxis is to be preserved, it is advisable to use two tangential pulses applied at the points (D, D ') of the intersection of the orbit with the minor semiaxis. In this case, the values of both pulses must be the same, and their signs are different.

Необходимые изменения ориентации плоскости орбиты выполняются только под действием боковой силы. Для совмещения двух орбитальных плоскостей боковой управляющий импульс прикладывается в той из двух точек на линии пересечения плоскостей, которая ближе к апогею. При изменении прямого восхождения восходящего узла приложение боковой силы в точках с аргументом, равным 90° и 270°, приводит и к изменению наклонения орбиты.The necessary changes in the orientation of the orbit plane are performed only under the influence of lateral force. To combine two orbital planes, a lateral control pulse is applied at one of the two points on the plane intersection line, which is closer to the apogee. When the right ascension of the ascending node changes, the application of lateral force at points with an argument equal to 90 ° and 270 ° also leads to a change in the inclination of the orbit.

Для изменения наклонения орбиты управляющий импульс прикладывается в одном из узлов орбиты.To change the inclination of the orbit, a control pulse is applied in one of the nodes of the orbit.

При сопоставлении параметров реальной орбиты с параметрами заданной орбиты определяются следующие рассогласования: Δ Ω, Δi, Δ∈, Δα и Δе. Для устранения каждого из указанных рассогласований в вышеизложенных материалах выявлен вид корректирующего импульса, его направление и точка его приложения. Очевидно, что прежде всего плоскость реальной орбиты должна быть совмещена с плоскостью заданной орбиты. Учитывая, что коррекция долготы восходящего узла исходной орбиты приводит к изменению наклонения i и аргумента перигея ∈, результатом первого корректирующего воздействия должно быть устранение рассогласования Δ Ω. Поэтому истинное рассогласование Δ∈ может быть выявлено только после устранения Δ Ω. Второй импульс должен быть направлен на устранение Δi, то есть на окончательное совмещение плоскостей орбит. Два указанных импульса являются боковыми. Устранение Δα и Δе производится приложениями тангенциальных импульсов. Коррекция положения перигея, т.е. коррекция ∈, в том случае, когда величина α должна быть сохранена, производится двумя тангенциальными импульсами, прикладываемыми в точках пересечения орбиты с малой полуосью.When comparing the parameters of a real orbit with the parameters of a given orbit, the following discrepancies are determined: Δ Ω, Δi, Δ∈, Δα and Δе. To eliminate each of these discrepancies in the above materials, the type of the correcting impulse, its direction and the point of its application are revealed. Obviously, first of all, the plane of the real orbit must be aligned with the plane of the given orbit. Given that the correction of the longitude of the ascending node of the initial orbit leads to a change in the inclination i and the argument of perigee ∈, the result of the first corrective action should be to eliminate the mismatch Δ Ω. Therefore, the true mismatch Δ∈ can be detected only after eliminating Δ Ω. The second pulse should be aimed at eliminating Δi, that is, at the final combination of the orbit planes. Two of these impulses are lateral. Elimination of Δα and Δе is performed by tangential impulse applications. Correction of the position of perigee, i.e. correction ∈, in the case when the value of α must be preserved, is performed by two tangential pulses applied at the points of intersection of the orbit with the minor axis.

Уравнения приращений элементов орбиты при том или ином корректирующем импульсе представлены на фиг.44.The equations of the increments of the elements of the orbit with one or another corrective pulse are presented in Fig. 44.

Входящие в уравнения такие элементы реальной орбиты, как α, е, i, u, а также Vη, как показано выше, определяются. Значения каждого из приращений выявляются при сопоставлении заданной и реальной орбит. Значение приращения скорости ΔV, потребного для осуществления каждого вида маневра, определяется из представленных формул.The elements of the real orbit, such as α, е, i, u, and also V η entering into the equations, as shown above, are determined. The values of each of the increments are revealed by comparing the given and real orbits. The value of the increment of speed ΔV required for the implementation of each type of maneuver is determined from the presented formulas.

Затраты скорости связаны с затратами топлива двигателя формулой К.Э.Циолковского ΔV=ωэIn(m0/m0-mт), где ωэ - эффективная скорость истечения газов из сопла двигателя, m0 - масса КА до маневра, mт - масса топлива, расходуемого на маневр. Решая ее относительно массы топлива, получаемThe cost of speed is associated with the cost of engine fuel by the formula of KE Tsiolkovsky ΔV = ω e In (m 0 / m 0 -m t ), where ω e is the effective velocity of the gas outflow from the engine nozzle, m 0 is the mass of the spacecraft before maneuver, m t is the mass of fuel spent on maneuver. Solving it relative to the mass of fuel, we get

Figure 00000003
Figure 00000003

Все рассмотренные действия являются детерминированными, а потому при соответствующем бортовом программном обеспечении могут быть реализованы в автономном режиме.All the actions considered are deterministic, and therefore, with the corresponding on-board software, they can be implemented offline.

Claims (1)

Автономная бортовая система управления космического аппарата (КА), содержащая соединенные линиями связи датчик Земли, по меньшей мере один звездный датчик, временное устройство, устройство запоминания, исполнительные органы и процессор управления положением, определяющий угловые рассогласования между осями КА и осями внешней системы координат и формирующий управляющие сигналы на указанные исполнительные органы для обеспечения заданного относительного положения этих систем координат, отличающаяся тем, что указанные процессор и исполнительные органы в виде инерциальных маховиков обеспечивают при орбитальном движении КА совмещение направления на опорную звезду, выбранную из зоны полюса мира, с визирной плоскостью, содержащей центральную ось звездного датчика, а центральной оси датчика Земли - с направлением на центр Земли, причем в плоскости чувствительности, заданной данными осями, определяемое указанным процессором смещение опорной звезды характеризует изменение широтного угла орбитального положения КА, а поворот в звездном датчике навигационной звезды вокруг опорной звезды - инерциально-долготное изменение орбитального положения КА, причем инерциальная долгота отсчитывается от бортовой нулевой точки отсчета, которая координируется углом между плоскостью, заданной направлениями с КА на обе указанные звезды, и плоскостью чувствительности на момент обнуления измеряемого на борту КА прямого восхождения опорной звезды, зависимый от инерциальной долготы угол между направлением с КА на опорную звезду и осью Земли записывается в запоминающем устройстве, а бортовое время КА синхронизировано с часовым утлом точки весеннего равноденствия и обнуляется во временном устройстве по истечении времени полного поворота Земли, при этом в систему введен процессор обработки угловых данных с программой статистической обработки стохастических инерциально-долготных и инерциально-широтных измерений, который выполнен с возможностью определения трендовых компонентов на каждый такт измерений, трансляции их для записи в запоминающее устройство, прогноза угловых данных на несколько тактовых шагов вперед для реализации последующей уточненной угловой ориентации КА и обеспечения, при учете скорости вращения Земли и текущего времени, преобразования уточненной инерциальной долготы в географическую долготу и преобразования уточненного широтного угла в географическую широту с учетом угла между направлением с КА на опорную звезду и осью Земли, при этом в систему также введен процессор обработки орбитальных данных, определяющий период, большую полуось, эксцентриситет, аргумент перигея, наклонение и прямое восхождение восходящего узла реального орбитального витка с учетом результатов статистического сглаживания, записанных в запоминающем устройстве, и выявляющий посредством сравнения указанных параметров с параметрами, записанными в запоминающем устройстве, отклонения реальных параметров орбиты от заданных и по выявленным отклонениям определяющий вид, точку приложения, значение импульса и последовательность реализации корректирующих воздействий посредством двигательной установки КА, при этом в систему также введен управляющий компьютер.An autonomous onboard spacecraft control system (SC) containing at least one star sensor, a temporary device, a memory device, actuators, and a position control processor, which determines the angular mismatches between the SC axes and the axes of the external coordinate system, and forms control signals to the specified Executive bodies to ensure a given relative position of these coordinate systems, characterized in that the processor and Inertial flywheels in the form of inertial flywheels ensure the direction of the reference star selected from the zone of the world’s pole with the target plane containing the central axis of the stellar sensor and the central axis of the Earth’s sensor with the direction to the center of the Earth, and in the sensitivity plane, given by the axes, determined by the indicated processor, the displacement of the reference star characterizes the change in the latitudinal angle of the spacecraft’s orbital position, and the rotation in the star sensor of the navigation star around reference star — inertial-longitudinal change in the orbital position of the satellite, the inertial longitude being measured from the onboard zero reference point, which is coordinated by the angle between the plane defined by the directions from the satellite to both of these stars and the sensitivity plane at the time of zeroing of the right ascension of the reference star measured on board the satellite the inertial longitude-dependent angle between the direction from the spacecraft to the reference star and the Earth axis is recorded in the storage device, and the spacecraft onboard time is synchronized with In the middle of the spring equinox, it is zeroed out in a temporary device after the time of a complete turn of the Earth, and the angular data processor with the program for statistical processing of stochastic inertial-longitudinal and inertial-latitudinal measurements has been introduced into the system, which is capable of determining trend components for each cycle measurements, their translation for recording in a storage device, the forecast of angular data several clock steps forward to implement the subsequent refined angular orientation of the spacecraft and providing, taking into account the Earth's rotation speed and current time, the conversion of the specified inertial longitude to geographic longitude and the conversion of the specified latitudinal angle to geographic latitude, taking into account the angle between the direction from the spacecraft to the reference star and the Earth's axis, the system is also introduced an orbital data processing processor that determines the period, semi-major axis, eccentricity, perigee argument, inclination and right ascension of the ascending node of the real orbital orbit taking into account the results of statistical smoothing data recorded in the storage device, and revealing, by comparing the indicated parameters with the parameters recorded in the storage device, deviations of the actual orbit parameters from the given ones and determining the form, application point, impulse value and sequence of corrective actions by means of the spacecraft propulsion system using the detected deviations while a control computer is also introduced into the system.
RU2005104609/11A 2005-02-22 2005-02-22 Self-contained onboard control system of "gasad-2a" spacecraft RU2304549C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005104609/11A RU2304549C2 (en) 2005-02-22 2005-02-22 Self-contained onboard control system of "gasad-2a" spacecraft

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005104609/11A RU2304549C2 (en) 2005-02-22 2005-02-22 Self-contained onboard control system of "gasad-2a" spacecraft

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005104609A RU2005104609A (en) 2006-08-10
RU2304549C2 true RU2304549C2 (en) 2007-08-20

Family

ID=37058894

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005104609/11A RU2304549C2 (en) 2005-02-22 2005-02-22 Self-contained onboard control system of "gasad-2a" spacecraft

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2304549C2 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2453813C1 (en) * 2011-03-10 2012-06-20 Общество с ограниченной ответственностью Научно-исследовательский центр "НИКА" Method of navigating spacecraft based on celestial periodic radiation sources
RU2482507C2 (en) * 2010-11-26 2013-05-20 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации" Method of determining spatial coordinates of mobile object
RU2544785C2 (en) * 2012-01-11 2015-03-20 Йена-Оптроник Гмбх Method to increase reliability of sensor systems
RU2593432C1 (en) * 2015-05-19 2016-08-10 Акционерное общество "Московский институт электромеханики и автоматики" (АО "МИЭА") Method of increasing accuracy of strapdown inertial navigation system
RU2608186C2 (en) * 2011-10-28 2017-01-17 Таль Method and system for controlling set of at least two satellites adapted to provide service
RU2696399C2 (en) * 2017-06-30 2019-08-01 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) Method for independent determination of spacecraft orbit parameters
RU2778583C1 (en) * 2021-08-19 2022-08-22 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" Method for orienting an aerial vehicle with an optical homing head

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101758934B (en) * 2010-01-29 2012-08-22 航天东方红卫星有限公司 Star sensor setting angle determining method based on mission planning

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2482507C2 (en) * 2010-11-26 2013-05-20 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации" Method of determining spatial coordinates of mobile object
RU2453813C1 (en) * 2011-03-10 2012-06-20 Общество с ограниченной ответственностью Научно-исследовательский центр "НИКА" Method of navigating spacecraft based on celestial periodic radiation sources
RU2608186C2 (en) * 2011-10-28 2017-01-17 Таль Method and system for controlling set of at least two satellites adapted to provide service
RU2544785C2 (en) * 2012-01-11 2015-03-20 Йена-Оптроник Гмбх Method to increase reliability of sensor systems
US9593951B2 (en) 2012-01-11 2017-03-14 Jena-Optronik Gmbh Method for increasing the reliability of sensor systems
RU2593432C1 (en) * 2015-05-19 2016-08-10 Акционерное общество "Московский институт электромеханики и автоматики" (АО "МИЭА") Method of increasing accuracy of strapdown inertial navigation system
RU2696399C2 (en) * 2017-06-30 2019-08-01 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) Method for independent determination of spacecraft orbit parameters
RU2778583C1 (en) * 2021-08-19 2022-08-22 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" Method for orienting an aerial vehicle with an optical homing head

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005104609A (en) 2006-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106124170B (en) A kind of camera optical axis direction computational methods based on high-precision attitude information
CN101344391B (en) Lunar vehicle posture self-confirming method based on full-function sun-compass
RU2304549C2 (en) Self-contained onboard control system of &#34;gasad-2a&#34; spacecraft
CN100533065C (en) Interstellar cruising self-navigation method based on multi-star road sign
CN105548976A (en) Shipborne radar offshore precision identification method
CN102706363B (en) Precision measuring method of high-precision star sensor
CN105910607A (en) Method for correcting long-period attitude error of satellite based on ground control
Hesar et al. Small body gravity field estimation using LIAISON supplemented optical navigation
CN111427003A (en) Pointing guidance system of ground survey station antenna to satellite
CN111879299B (en) Full-automatic satellite pointing method for ground-based telescope
RU2723199C1 (en) Method and system for determining orientation of spacecraft in space with autonomous correction of light aberration effect
CN102607597B (en) Three-axis precision expression and measurement method for star sensor
Sigel et al. Star tracker celestial localization system for a lunar rover
Paluszek et al. Optical navigation system
CN116125503A (en) High-precision satellite orbit determination and prediction algorithm
Williams et al. Dynamical reference frames in the planetary and Earth-Moon systems
Duxbury A spacecraft-based navigation instrument for outer planet missions
CN111366126A (en) System for calculating apparent vector of satellite pointing by ground survey station antenna
Kim et al. Satellite celestial navigation using star-tracker and earth sensor
Liu et al. Absolute orientation for a UAV using celestial objects
Jung et al. Absolute orientation for a uav using celestial objects
Samaan et al. Compass star tracker for GPS applications
Akmal et al. Sensor Data Fusion using Kalman Filter for LAPAN-A2 Satellite Attitude Estimation
Mody et al. Autonomous Navigation: Optical State Acquisition Systems for Lunar and Interplanetary Small Satellites
Montenbruck et al. Introductory Astrodynamics

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160223