RU2569999C2 - Navigation satellite orientation method - Google Patents
Navigation satellite orientation method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2569999C2 RU2569999C2 RU2014117401/11A RU2014117401A RU2569999C2 RU 2569999 C2 RU2569999 C2 RU 2569999C2 RU 2014117401/11 A RU2014117401/11 A RU 2014117401/11A RU 2014117401 A RU2014117401 A RU 2014117401A RU 2569999 C2 RU2569999 C2 RU 2569999C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- satellite
- angle
- orbit
- sun
- turn
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области космической техники и может быть использовано в навигационных космических аппаратах для уменьшения погрешности прогнозирования движения центра масс навигационного спутника и погрешности знания положения фазового центра антенны при прохождении особых точек орбиты.The invention relates to the field of space technology and can be used in navigation spacecraft to reduce the error in predicting the motion of the center of mass of the navigation satellite and the error in knowing the position of the phase center of the antenna when passing specific points of the orbit.
Известен способ ориентации навигационного спутника, включающий ориентацию электрической оси антенны, параллельную первой оси спутника, на Землю и ориентацию панелей солнечных батарей на Солнце разворотом спутника вместе с панелями солнечных батарей (БС) относительно первой оси спутника до совмещения нормали к панелям солнечных батарей с плоскостью «Солнце-спутник-Земля» и разворот панелей солнечных батарей вокруг второй оси, перпендикулярной первой, до совмещения нормали к панелям солнечных батарей с направлением на Солнце [Основы проектирования космических аппаратов информационного обеспечения: учеб. пособие / Чеботарев В.Е., Косенко В.Е; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. - Красноярск, 2011, с. 275-282].A known method of orienting a navigation satellite, including orienting the electric axis of the antenna parallel to the first axis of the satellite, to the Earth and the orientation of solar panels on the Sun by turning the satellite together with the solar panels (BS) relative to the first axis of the satellite to align the normal to the solar panels with the plane Sun-satellite-Earth ”and the rotation of solar panels around the second axis perpendicular to the first, until the normal to the solar panels coincides with the direction to the Sun [Fundamentals of oektirovaniya spacecraft information provision: Proc. allowance / Chebotarev V.E., Kosenko V.E; Sib. state aerospace un-t - Krasnoyarsk, 2011, p. 275-282].
При ориентации спутника нормали к панелям солнечной батареи должны быть ориентированы в плоскости Солнце-спутник (Объект) - Земля (СОЗ). Скорость вращения плоскости СОЗ (wсоз) определяется по формуле (1) с помощью фиг. 1.When the satellite is oriented, the normals to the solar panels should be oriented in the plane Sun-satellite (Object) - Earth (POPs). The rotation speed of the plane of POPs (w cos ) is determined by the formula (1) using FIG. one.
На фиг. 1 обозначено: СОЗ - угол Солнце-спутник-Земля; α - угол между плоскостью орбиты и направлением на Солнце; Е - угол от текущего положения спутника на орбите до точки орбиты, в которой угол СОЗ минимален (максимален); Е0 - угол от точки по орбите, в которой включается упреждающий разворот до точки, в которой угол СОЗ максимален (минимален); Ψ - угол рыскания (текущий угол между осью OY0 и проекцией направления на Солнце на плоскость OZ0Y0); ψРАЗВ - угол разворота вокруг оси ОХ в процессе движения по орбите от текущего положения спутника до точки прохождения максимального (минимального) угла СОЗ; OXOYOZO - правая орбитальная система координат (ОХO - направлена по текущему радиусу-вектору изделия от Земли, OZO - направлена по нормали к плоскости орбиты); OXZYZZZ - правая солнечно-земная система координат (OXZ - совпадает с ОХO, OYZ - лежит в плоскости XOOXS); OXYZ - связанная со спутником система координат (ОХ - первая ось спутника, OY - третья ось спутника, OZ - вторая ось спутника).In FIG. 1 marked: POPs - the angle of the Sun-satellite-Earth; α is the angle between the plane of the orbit and the direction to the Sun; E is the angle from the current position of the satellite in orbit to the point of the orbit at which the POP angle is minimal (maximum); E 0 is the angle from the point in orbit at which the anticipatory turn is turned on to the point at which the POP angle is maximum (minimum); Ψ - yaw angle (current angle between the axis OY 0 and the projection of the direction on the Sun onto the plane OZ 0 Y 0 ); ψ DEVELOPMENT - the angle of rotation around the axis OX in the process of moving in orbit from the current position of the satellite to the point of passage of the maximum (minimum) angle of POPs; OX O Y O Z O - the right orbital coordinate system (OX O - is directed along the current radius-vector of the product from the Earth, OZ O - is directed along the normal to the plane of the orbit); OX Z Y Z Z Z - the right solar-terrestrial coordinate system (OX Z - coincides with OX O , OY Z - lies in the plane X O OX S ); OXYZ is the coordinate system associated with the satellite (OX is the first axis of the satellite, OY is the third axis of the satellite, OZ is the second axis of the satellite).
где w0 - орбитальная угловая скорость.where w 0 is the orbital angular velocity.
При прохождении теневых участков от Земли угол СОЗ принимает минимальное значение. При прохождении участков орбиты, на которых спутник находится между Землей и Солнцем, угол СОЗ принимает максимальное значение. Из сферического треугольника CSS1 на фиг. 1 имеем:When shadow areas pass from the Earth, the POP angle takes a minimum value. When passing the sections of the orbit in which the satellite is between the Earth and the Sun, the angle of POPs takes a maximum value. From the spherical triangle CSS 1 in FIG. 1 we have:
дифференцируя (2) и полагая, что и , получим:differentiating (2) and assuming that and we get:
Из сферического треугольника CSS1 на фиг. 1 имеем:From the spherical triangle CSS 1 in FIG. 1 we have:
Подставляя (5) в (3) получим формулу (1).Substituting (5) in (3) we obtain the formula (1).
Из формулы (1) следует, что при угле α между плоскостью орбиты и направлением на Солнце близком к нулю, скорость вращения плоскости СОЗ близка к нулю. Однако в точке Е=0 скорость вращения плоскости СОЗ стремится к бесконечности.From formula (1) it follows that at an angle α between the orbital plane and the direction to the Sun close to zero, the rotation speed of the POP plane is close to zero. However, at the point E = 0, the rotation speed of the POP plane tends to infinity.
Таким образом, отслеживание плоскости СОЗ при прохождении малых (близких к 0°) и больших (близких к 180°) углов СОЗ с использованием исполнительных органов системы ориентации без ошибки невозможно. На фиг. 2, 3 показаны процессы отслеживания плоскостью XOY плоскости СОЗ без упреждения и с упреждением при угле α=0.Thus, tracking the plane of POPs when passing small (close to 0 °) and large (close to 180 °) angles of POPs using the executive organs of the orientation system is impossible without error. In FIG. Figures 2 and 3 show the processes of tracking by the XOY plane the POP plane without lead and with lead at an angle α = 0.
Из рассмотрения фиг. 2, 3 видно, что без упреждения ошибка ориентации панелей на Солнце получается существенно больше, чем с упреждением.From consideration of FIG. 2, 3 it can be seen that, without preempting, the orientation error of the panels on the Sun is much larger than with preempting.
Необходимо отметить также следующее. В связи с тем, что спутник навигационный, ошибка ориентации панелей БС на Солнце приводит к непрогнозируемым силам от солнечного давления, которые влияют на движение центра масс космического аппарата (КА).The following should also be noted. Due to the fact that the satellite is navigation, the error in the orientation of the BS panels on the Sun leads to unpredictable forces from solar pressure, which affect the movement of the center of mass of the spacecraft (SC).
Погрешность ориентации панелей БС на Солнце при развороте спутника возникает в плоскости XOZ, так как привод солнечной батареи не может устранить ошибку в этой плоскости (одностепенной привод солнечной батареи устраняет ошибку ориентации только в плоскости XOY).An error in the orientation of the BS panels on the Sun during satellite rotation occurs in the XOZ plane, since the solar battery drive cannot eliminate the error in this plane (a single-stage solar battery drive eliminates the orientation error only in the XOY plane).
Проекции сил солнечного давления на ось OY0 орбитальной системы координат, совпадающей с вектором линейной скорости спутника, при симметричном упреждающем развороте относительно точки максимального угла СОЗ компенсируются. Проекции сил от солнечного давления на ось OZ0 орбитальной системы координат, совпадающей с нормалью к плоскости орбиты, складываются.The projections of the solar pressure forces on the OY 0 axis of the orbital coordinate system, which coincides with the satellite linear velocity vector, are compensated for with a symmetrical anticipatory turn relative to the point of the maximum POP angle. The projections of forces from solar pressure on the OZ axis 0 of the orbital coordinate system, which coincides with the normal to the orbit plane, are added.
Влияние сил от солнечного давления, направленных по вектору линейной скорости спутника на движение центра масс спутника на порядок больше, чем от сил, направленных от оси OZ0 (по нормали к орбите). Поэтому при симметричном упреждающем развороте осуществляется минимизация влияния упреждающего разворота на движение центра масс КА.The influence of forces from solar pressure directed along the satellite’s linear velocity vector on the motion of the satellite’s center of mass is an order of magnitude greater than from the forces directed from the OZ 0 axis (normal to the orbit). Therefore, with a symmetric anticipatory U-turn, the influence of the anticipatory U-turn on the motion of the center of mass of the spacecraft is minimized.
Таким образом, можно утверждать следующее:Thus, we can state the following:
1. Движение при прохождении особых точек орбиты с использованием упреждающего разворота прогнозируемое, так как представляет собой программный разворот.1. The movement during the passage of the special points of the orbit using the anticipatory U-turn is predictable, since it is a programmatic U-turn.
2. Упреждающий разворот должен быть симметричным относительно точки максимального (минимального) угла СОЗ, при этом минимизируется влияние упреждающего разворота на движение центра масс КА.2. The anticipatory turn should be symmetrical with respect to the point of the maximum (minimum) angle of the POPs, while the influence of the anticipatory turn on the motion of the center of mass of the spacecraft is minimized.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ ориентации навигационного спутника, включающий ориентацию электрической оси антенны, параллельную первой оси спутника, на Землю и ориентацию панелей солнечных батарей на Солнце разворотом спутника вместе с панелями солнечных батарей относительно первой оси спутника до совмещения нормали к панелям солнечных батарей с плоскостью «Солнце-спутник-Земля» и разворот панелей солнечных батарей вокруг второй оси вращения, перпендикулярной первой, до совмещения нормали к панелям солнечных батарей с направлением на Солнце, в заданных интервалах орбиты, охватывающих интервалы неопределенности ориентации спутника на теневых орбитах, где осуществляются независимые упреждающие развороты вокруг первой и второй оси спутника на расчетную величину с промежуточным удержанием заданной ориентации [Заявка №2012152127 от 04.12.2112 г. Способ ориентации навигационного спутника]. Описанный способ принят за прототип изобретения.Closest to the claimed technical solution in terms of technical nature and the technical result achieved is a method for orienting a navigation satellite, including orienting the antenna’s electric axis parallel to the first axis of the satellite to Earth and orienting solar panels on the Sun by turning the satellite along with solar panels relative to the first axis of the satellite until the normal to the solar panels coincides with the Sun-satellite-Earth plane and the solar panels turn around the second s of rotation perpendicular to the first, until the normal to the solar panels coincides with the direction to the Sun, in predetermined orbit intervals, covering the intervals of the satellite orientation uncertainty in shadow orbits, where independent predictive turns around the first and second axis of the satellite are carried out by an estimated value with intermediate retention of a given orientation [Application No. 2012152127 of 04/04/2112, the Method of orientation of the navigation satellite]. The described method is adopted as a prototype of the invention.
Недостатки прототипа:The disadvantages of the prototype:
Определим величину силы от солнечного давления, действующую на плоскость панели ВС с использованием фиг. 4, на которой обозначено:We determine the magnitude of the force from solar pressure acting on the plane of the aircraft panel using FIG. 4, on which is indicated:
FП - сила давления от падающего потока;F P - pressure force from the incident stream;
FОТР - сила давления зеркально-отраженного потока;F OTP - pressure force of the mirror-reflected flow;
FД - сила давления от диффузно-отраженного потока;F D - pressure force from a diffusely reflected stream;
θ - угол между нормалью к панели и направлением светового потока.θ is the angle between the normal to the panel and the direction of the light flux.
Сила солнечного давления (FСД) определяется:The force of solar pressure (F SD ) is determined by:
Величина силы F, равная сумме сил от падающего потока и зеркально отраженного потока, равна:The value of the force F, equal to the sum of the forces from the incident stream and the specularly reflected stream, is equal to:
где S - площадь панелей солнечных батарей; h0 - удельная величина солнечного давления (h0=4,63·10-6 H/м2); CS - коэффициент зеркального отражения (отношение величины энергии, заключенной в единице объема зеркально-отраженного потока к величине энергии в единице объема падающего потока);where S is the area of solar panels; h 0 - specific value of solar pressure (h 0 = 4,63 · 10 -6 N / m 2 ); C S - specular reflection coefficient (the ratio of the energy contained in a unit volume of the mirror-reflected flow to the energy value in a unit volume of the incident stream);
Угол θ1 между нормалью к панели и силой F1 определяется по формуле:The angle θ 1 between the normal to the panel and the force F 1 is determined by the formula:
Величина силы FД от диффузно-отраженного потока определяется:The magnitude of the force F D from the diffusely reflected flow is determined by:
где CD - коэффициент диффузного отражения (отношение величины энергии, заключенной в единице объема диффузно-отраженного потока к величине энергии в единице объема падающего потока).where C D is the diffuse reflection coefficient (the ratio of the energy contained in a unit volume of a diffuse reflected stream to the energy value in a unit volume of the incident stream).
При штатной ориентации угол θ практически равен нулю. При θ=0 имеем:With the standard orientation, the angle θ is almost zero. When θ = 0, we have:
Формируя упреждающий разворот панели БС по второй оси на угол θ получаем, что при прохождении одних и тех же участков орбиты будем иметь различные значения величины силы, действующей на КА, и угла действия силы относительно штатной ориентации. Таким образом, движение центра масс КА будет осуществляться под действием других сил от солнечного давления по сравнению со штатным режимом, что приводит к погрешности прогнозирования движения центра масс КА. Мгновенной адаптации прогнозирования движения центра масс КА под действием измененных сил от солнечного давления не произойдет.Forming a preemptive turn of the BS panel along the second axis by the angle θ, we obtain that when passing through the same sections of the orbit, we will have different values of the force acting on the spacecraft and the angle of the force relative to the standard orientation. Thus, the motion of the center of mass of the spacecraft will be carried out under the influence of other forces from solar pressure in comparison with the standard mode, which leads to an error in predicting the motion of the center of mass of the spacecraft. Instant adaptation of the prediction of the motion of the center of mass of the spacecraft under the influence of altered forces from solar pressure will not occur.
При этом для прогнозирования движения центра масс необходимо точное знание коэффициентов зеркального CS и диффузного отражения CD. Коэффициенты CS и CD зависят от времени пребывания спутника в космосе и не могут быть измерены. Даже если будут созданы алгоритмы оперативного прогнозирования движения центра масс, необходимо знание точных текущих значений коэффициентов CS и CD.Moreover, to predict the motion of the center of mass, accurate knowledge of the coefficients of specular C S and diffuse reflection C D is necessary. The coefficients C S and C D depend on the time spent by the satellite in space and cannot be measured. Even if algorithms for operative forecasting the motion of the center of mass are created, knowledge of the exact current values of the coefficients C S and C D is necessary.
Таким образом, кажущаяся простота уменьшения погрешности прогнозирования движения центра масс спутника при прохождении углов Солнце-спутник-Земля, близких к 180° (большие углы СОЗ), путем формирования упреждающего разворота панели солнечных батарей вокруг второй оси, приводит к смещению величины номинальной силы от солнечного давления на неизвестную величину, за счет чего будет получаться большая погрешность прогнозирования движения центра масс спутника. Таким образом, целесообразно прохождение больших углов СОЗ осуществлять путем упреждающего программного разворота вокруг первой оси на участке орбиты, симметричном относительно точки максимального угла СОЗ. При этом погрешность прогнозирования движения центра масс навигационного спутника будет минимальной.Thus, the apparent simplicity of reducing the error in predicting the motion of the satellite's center of mass when passing the Sun-satellite-Earth angles close to 180 ° (large POP angles) by forming a proactive rotation of the solar panel around the second axis leads to a shift in the value of the nominal force from the solar pressure on an unknown value, due to which a large error in predicting the motion of the satellite's center of mass will be obtained. Thus, it is advisable to go through large angles of POPs by anticipating a programmatic turn around the first axis in a portion of the orbit that is symmetrical about the point of the maximum angle of the POPs. In this case, the error in predicting the motion of the center of mass of the navigation satellite will be minimal.
В основу настоящего изобретения положена задача создания способа ориентации космического аппарата при прохождении особых точек орбиты, позволяющего уменьшить погрешность прогнозирования движения центра масс навигационного спутника и погрешность знания положения фазового центра антенны.The basis of the present invention is the creation of a method for orienting a spacecraft during the passage of specific points of the orbit, which allows to reduce the error in predicting the motion of the center of mass of the navigation satellite and the error in knowing the position of the antenna phase center.
Поставленная задача решается следующим образом.The problem is solved as follows.
Заявлен способ ориентации навигационного спутника, включающий ориентацию электрической оси антенны, параллельно первой оси спутника, на Землю и ориентацию панелей солнечных батарей на Солнце разворотом спутника вместе с панелями солнечных батарей относительно первой оси спутника до совмещения нормали к панелям солнечных батарей с плоскостью «Солнце-спутник-Земля» и разворот панелей солнечных батарей вокруг второй оси спутника, перпендикулярной первой, до совмещения нормали к панелям солнечной батареи с направлением на Солнце, отличающийся тем, что при прохождении особых участков орбиты, включающих теневые участки орбиты и участки больших углов Солнце-спутник-Земля (больше 175°), организуется прогнозируемое движение спутника путем проведения упреждающих программных разворотов относительно первой оси спутника на участках орбиты, симметричных относительно точек максимального и минимального угла Солнце-спутник-Земля.A method for orienting a navigation satellite is claimed, including orienting the antenna’s electrical axis parallel to the satellite’s first axis to Earth and orienting solar panels on the Sun by turning the satellite along with the solar panels relative to the first satellite axis until the normal to the solar panels is aligned with the Sun-satellite plane -Earth "and the rotation of solar panels around the second axis of the satellite, perpendicular to the first, until the normal to the solar panels coincides with the direction to the Sun, distinct In that, during the passage of special sections of the orbit, including the shadow sections of the orbit and the sections of large angles of the Sun-satellite-Earth (greater than 175 °), the predicted satellite motion is organized by anticipating programmed turns around the first axis of the satellite in the orbit sections symmetrical with respect to the points of maximum and the minimum angle of the Sun-satellite-Earth.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Последовательность операций при прохождении больших (малых) углов СОЗ.The sequence of operations when passing large (small) angles of POPs.
При прохождении больших (малых) углов СОЗ при модуле угла между плоскостью орбиты и направлением на Солнце меньше заданного значения (2°) и угле между осью ОХ и направлением на Солнце меньше заданного значения (5°) на каждом цикле управления выполняются следующие действия:When passing large (small) angles of POPs when the modulus of the angle between the orbital plane and the direction to the Sun is less than the set value (2 °) and the angle between the OX axis and the direction to the Sun is less than the set value (5 °) on each control cycle, the following actions are performed:
1) определяется угол Е в плоскости орбиты между текущим положением КА и положением КА в момент прохождения максимального (минимального) угла СОЗ;1) the angle E is determined in the orbit plane between the current position of the spacecraft and the position of the spacecraft at the time of passage of the maximum (minimum) angle of POPs;
2) определяется угол разворота ψРАЗВ относительно оси ОХ в процессе движения по орбите от текущего положения КА до точки прохождения максимального (минимального) угла СОЗ, в которой ось OY должна быть перпендикулярна плоскости орбиты;2) the rotation angle ψ DEVELOPMENT relative to the OX axis is determined in the process of orbiting from the current spacecraft position to the point of passage of the maximum (minimum) POP angle, in which the OY axis should be perpendicular to the orbit plane;
3) определяется время T1 разворота по оси ОХ на указанный выше угол при заданной скорости разворота вокруг оси ОХ;3) the time T 1 of the turn along the axis OX to the above angle is determined at a given speed of turn around the axis OX;
4) определяется время Т2 прохождения по орбите угла от текущего положения до точки прохождения максимального (минимального) угла СОЗ.4) the time T 2 for orbiting the angle from the current position to the point of passage of the maximum (minimum) angle of the POPs is determined.
Как только время T1, необходимое для разворота вокруг оси ОХ на вычисленный угол разворота, становится больше времени Т2 прохождения по орбите угла от текущего положения КА до точки прохождения максимального (минимального) угла СОЗ, формируется признак на упреждающий программный разворот КА вокруг оси ОХ.As soon as the time T 1 required for a turn around the OX axis to the calculated turn angle becomes longer than the T 2 orbit time from the current position of the spacecraft to the point of passage of the maximum (minimum) angle of the POPs, a sign is formed for proactive programmed turn of the spacecraft around the OX axis .
Скорость разворота и угол разворота при упреждающем развороте контролируются по информации с блока измерения скоростей (БИС). Выключение упреждающего программного разворота осуществляется через время 2T1, и ориентация осуществляется по алгоритму режима ориентации на Землю (РОЗ).The pivot speed and pivot angle in a forward pivot are controlled by information from the speed measurement unit (LSI). Turning off the anticipatory program turn is carried out after 2T 1 , and the orientation is carried out according to the algorithm of the orientation to the Earth (ROS).
При такой последовательности операций упреждающий программный разворот формируется на участке орбиты, симметричном относительно точки орбиты, в которой угол Солнце-спутник-Земля максимален (минимален). Если формировать упреждающий программный разворот при условии Т2>T1, то упреждающий программный разворот будет формироваться на участке орбиты несимметричном относительно точки орбиты, в которой угол Солнце-спутник-Земля максимален (минимален). Следовательно, увеличится погрешность прогнозирования движения центра масс.With this sequence of operations, a pre-emptive program turn is formed on the orbit portion symmetrical with respect to the point of the orbit at which the Sun-satellite-Earth angle is maximum (minimum). If a pre-emptive program turn is formed under the condition T 2 > T 1 , then a pre-emptive program turn will be formed on a section of the orbit that is asymmetric with respect to the point of the orbit at which the Sun-satellite-Earth angle is maximum (minimum). Consequently, the error in predicting the motion of the center of mass will increase.
С целью уменьшения погрешности фактической ориентации относительно эталонной по каналу рыскания во время упреждающего программного разворота в программном обеспечении (ПО) КА предусмотрены следующие операции:In order to reduce the error of the actual orientation relative to the reference along the yaw channel during the anticipatory software turn in the spacecraft software (ON), the following operations are provided:
1) производится расчет угла разворота и угловой скорости разворота с использованием эталонной модели, в которой управляющие моменты и моменты инерции КА относительно оси ОХ номинальные;1) the angle of rotation and the angular velocity of the rotation are calculated using a reference model in which the control moments and moments of inertia of the spacecraft relative to the axis OX are nominal;
2) одновременно производится расчет фактического угла и угловой скорости по информации с БИС при управлении с использованием номинального значения управляющего кода (момента), подаваемого на двигатель-маховик;2) at the same time, the actual angle and angular velocity are calculated according to the information from the LSI during control using the nominal value of the control code (moment) supplied to the flywheel engine;
3) находятся разности между фактическим и эталонным значением угла и между фактическим и эталонным значением угловой скорости, и по этим разностям формируется поправка к управляющему моменту относительно оси ОХ;3) there are differences between the actual and reference value of the angle and between the actual and reference value of the angular velocity, and an amendment to the control moment relative to the axis OX is generated from these differences;
4) осуществляется отслеживание эталонной угловой скорости и эталонного угла разворота с использованием поправки к номинальному значению управляющего момента.4) the reference angular velocity and the reference turning angle are monitored using the correction to the nominal value of the control torque.
Если фазовый центр навигационной антенны не совмещен с центром масс КА, то при проведении упреждающих разворотов как при прохождении больших, так и малых углов СОЗ, будет возникать погрешность в определении положения центра масс КА. Эта погрешность обусловлена тем, что аппаратура потребителя измеряет положение фазового центра навигационной антенны, а движение определяется движением центра масс.If the phase center of the navigation antenna is not aligned with the center of mass of the spacecraft, then when conducting forward-looking turns both when passing large and small angles of POPs, an error will arise in determining the position of the center of mass of the spacecraft. This error is due to the fact that consumer equipment measures the position of the phase center of the navigation antenna, and the movement is determined by the movement of the center of mass.
Обмен по навигационному каналу с аппаратурой потребителя в режиме текущего времени невозможен из-за низкой пропускной способности навигационного канала. Поэтому для расчета поправок положения центра масс в аппаратуру потребителя должны засылаться исходные данные для проведения расчета упреждающего разворота, а именно:Exchange on the navigation channel with consumer equipment in the current time mode is not possible due to the low bandwidth of the navigation channel. Therefore, to calculate the corrections of the position of the center of mass, the source data should be sent to the consumer equipment to calculate the forward turn, namely:
- время начала упреждающего разворота;- the time of the start of the anticipatory reversal;
- время окончания упреждающего разворота;- the end time of the anticipatory reversal;
- начальная скорость спутника относительно первой оси;- the initial velocity of the satellite relative to the first axis;
- угол упреждающего разворота;- angle of anticipatory reversal;
- угловое ускорение спутника при проведении разворота;- angular acceleration of the satellite during a turn;
- угол между положением КА на орбите в момент включения упреждающего разворота и точкой максимального (минимального) угла СОЗ.- the angle between the position of the SPACECRAFT in orbit at the moment of turning on the anticipatory turn and the point of the maximum (minimum) angle of the POPs.
Расчет угла при упреждающем развороте в аппаратуре потребителя производится по модели симметричного разворота относительно точки максимального (минимального) угла СОЗ.Calculation of the angle during a forward turn in the consumer equipment is made according to the model of a symmetric turn relative to the point of the maximum (minimum) angle of the POPs.
Модели упреждающего разворота спутника на борту и в аппаратуре потребителя одинаковы, поэтому угол упреждающего разворота, вычисленный в аппаратуре потребителя, равен углу разворота, вычисленному на борту и отработанному системой ориентации.The models of the satellite’s forward turn on board and in the consumer’s equipment are the same, therefore, the forward turn angle calculated in the consumer’s equipment is equal to the turn angle calculated on board and worked out by the orientation system.
Расчет баллистики осуществляется в текущем времени на каждом цикле управления бортовой цифровой вычислительной машины (БЦВМ). Для обеспечения выдачи параметров упреждающего разворота за 10-15 минут до начала упреждающего разворота необходим параллельный расчет баллистических параметров и условий включения упреждающего разворота программным обеспечением системы ориентации и стабилизации (СОС) на 10-15 минут вперед, что приводит к дополнительной загрузке БЦВМ за счет увеличения, практически вдвое, работы программного обеспечения СОС и программного комплекса баллистических задач.The calculation of ballistics is carried out in the current time on each control cycle of the on-board digital computer (BCM). To ensure the issuance of anticipatory reversal parameters 10-15 minutes before the anticipation of the anticipatory reversal, parallel calculation of ballistic parameters and conditions for the inclusion of the anticipatory reversal is necessary for the orientation and stabilization system (OS) software 10-15 minutes ahead, which leads to additional loading of the digital computer due to the increase , almost doubled, the work of the SOS software and the software complex of ballistic tasks.
Кинематические параметры упреждающего разворота зависят только от угла между плоскостью орбиты и направлением на Солнце. При одном и том же угле между плоскостью орбиты и направлением на Солнце, реализованном в различное время, параметры упреждающего разворота будут одинаковы, за исключением времени начала и конца упреждающего разворота.The kinematic parameters of the anticipatory reversal depend only on the angle between the orbital plane and the direction to the Sun. At the same angle between the orbital plane and the direction to the Sun, realized at different times, the parameters of the anticipatory reversal will be the same, except for the time of the beginning and end of the anticipatory reversal.
Поэтому, если провести расчет таблиц зависимостей параметров упреждающего разворота от угла между плоскостью орбиты и направлением на Солнце и заложить эти таблицы на борт спутника, то, зная угол α на время включения упреждающего разворота, можно практически без затрат времени БЦВМ получить параметры упреждающего разворота, описанные в таблице 1.Therefore, if we calculate the tables of the dependences of the forward turn on the angle between the plane of the orbit and the direction to the Sun and put these tables on board the satellite, then, knowing the angle α at the time of turn on the forward turn, it is possible to obtain the forward turn parameters described almost without time on the computer in table 1.
Таким образом, для получения данных для расчета упреждающего разворота необходимо знать:Thus, to obtain data for the calculation of anticipatory reversal, you must know:
- угол между плоскостью орбиты и направлением на Солнце в момент включения упреждающего разворота;- the angle between the plane of the orbit and the direction to the Sun at the moment of turning on the anticipatory turn;
- время начала и конца упреждающего разворота.- the time of the beginning and end of the anticipatory reversal.
Ниже приведен перечень операций для решения поставленной задачи.Below is a list of operations to solve the problem.
Для прогнозирования величины угла между направлением на Солнце и плоскостью орбиты необходимо знать скорость изменения угла между плоскостью орбиты и направлением на Солнце. Для этого за время ΔТ до заданного момента расчета параметров упреждающего разворота запоминается текущий угол α между плоскостью орбиты и направлением на Солнце. В заданный момент времени определяется скорость изменения угла α:To predict the magnitude of the angle between the direction to the Sun and the plane of the orbit, it is necessary to know the rate of change of the angle between the plane of the orbit and the direction to the Sun. To do this, for the time ΔT until the specified moment of calculating the parameters of the anticipatory reversal, the current angle α between the orbit plane and the direction to the Sun is remembered. At a given point in time, the rate of change of the angle α is determined:
где αЗ - запомненный угол; α - текущий угол.where α Z is the stored angle; α is the current angle.
Для прогнозирования угла α на момент начала упреждающего разворота необходимо знать время ТП прохождения спутника по орбите от текущей точки орбиты до точки орбиты, в которой включается упреждающий разворот.To predict the angle α at the start of a forward turn, it is necessary to know the time T P of the satellite in orbit from the current point of the orbit to the point of the orbit at which the lead turn is turned on.
где ЕT - угловое расстояние по орбите от текущей точки до точки, в которой угол Солнце-спутник-Земля максимален (минимален);where Е T is the orbital angular distance from the current point to the point at which the Sun-satellite-Earth angle is maximum (minimum);
Е0 - угловое расстояние по орбите от точки, в которой включается упреждающий разворот до точки, в которой угол Солнце-объект-Земля максимален (минимален);E 0 is the angular distance in orbit from the point at which the anticipatory turn is turned on to the point at which the angle of the Sun-object-Earth is maximum (minimum);
w0 - орбитальная угловая скорость.w 0 is the orbital angular velocity.
Угол Е0 определяется приближенно с использованием таблиц зависимости Е0(α).The angle E 0 is determined approximately using the tables of dependence E 0 (α).
Угол ЕT с использованием фиг. 1 определяется по формуле:Angle E T using FIG. 1 is determined by the formula:
где СОЗT - текущий угол Солнце-спутник-Земля; αT - текущий угол α.where POP T is the current angle of the Sun-satellite-Earth; α T is the current angle α.
Угол αН между плоскостью орбиты и направлением на Солнце определяется по формуле:The angle α H between the plane of the orbit and the direction to the Sun is determined by the formula:
По углу αН из табличных зависимостей определяются параметры упреждающего разворота:The angle α Н from the tabular dependencies determines the parameters of the anticipatory reversal:
- начальная скорость спутника относительно первой оси;- the initial velocity of the satellite relative to the first axis;
- угол упреждающего разворота;- angle of anticipatory reversal;
- угол между положением спутника на орбите в момент включения упреждающего программного разворота и точкой максимального (минимального) угла Солнце-спутник-Земля.- the angle between the position of the satellite in orbit at the moment of turning on the anticipatory program turn and the point of the maximum (minimum) angle of the Sun-satellite-Earth.
Время начала и конца упреждающего программного разворота определяется по формуле:The start and end time of a proactive software reversal is determined by the formula:
Параметры упреждающего программного разворота, в том числе времена начала и конца упреждающего разворота, записываются в навигационном кадре.The parameters of the anticipatory program turn, including the start and end times of the anticipatory program turn, are recorded in the navigation frame.
При работе аппаратуры потребителя в момент времени TН начинает разворачиваться циклограмма вычисления курсового угла.When the consumer equipment is operating at time T N , the cyclogram for calculating the heading angle begins to unfold.
Блок-схема формирования управляющих моментов относительно первой оси спутника при проведении упреждающих программного разворотов показана на фиг. 5.The block diagram of the formation of control moments relative to the first axis of the satellite during proactive software turns is shown in FIG. 5.
На фиг. 5 обозначено:In FIG. 5 is indicated:
ψА - эталонный угол;ψ A is the reference angle;
ψF - фактический угол;ψ F is the actual angle;
ωН - начальная угловая скорость;ω N is the initial angular velocity;
ψРАЗВ - угол упреждающего разворота;ψ DEVELOPMENT - the angle of anticipatory reversal;
ψРАЗГ - угол, пройденный на участке разгона;ψ ACCELERATION is the angle traveled in the acceleration section;
МX - управляющий момент;M X - control moment;
М0 - номинальный управляющий момент;M 0 - rated control torque;
К1, К2 - коэффициенты канала управления двигателем, маховиком;To 1 , To 2 - the coefficients of the control channel of the engine, flywheel;
ТРАЗГ - время разгона спутника относительно первой оси до скорости поиска;T RISE - time of satellite acceleration relative to the first axis to the search speed;
ТН - время начала упреждающего разворота;T N - the time of the beginning of the anticipatory reversal;
ТК - время конца упреждающего разворота;T To - the time of the end of the anticipatory reversal;
ТП - время разворота на скорости поиска;T P - turn time at the search speed;
TТЕК - текущее время;T TEK - current time;
- эталонное угловое ускорение. - reference angular acceleration.
Формирования курсового угла в аппаратуре потребителя при прохождении особых точек орбиты аналогично формированию угла ψА, описанного на фиг. 5.The formation of the heading angle in the consumer equipment during the passage of singular points of the orbit is similar to the formation of the angle ψ A described in FIG. 5.
Таким образом, заявленное изобретение позволяет уменьшить погрешность прогнозирования движения центра масс и погрешность знания положения фазового центра антенны навигационного спутника при прохождении особых точек орбиты.Thus, the claimed invention allows to reduce the error of predicting the motion of the center of mass and the error of knowing the position of the phase center of the antenna of the navigation satellite when passing special points of the orbit.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014117401/11A RU2569999C2 (en) | 2014-04-29 | 2014-04-29 | Navigation satellite orientation method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014117401/11A RU2569999C2 (en) | 2014-04-29 | 2014-04-29 | Navigation satellite orientation method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014117401A RU2014117401A (en) | 2015-11-10 |
RU2569999C2 true RU2569999C2 (en) | 2015-12-10 |
Family
ID=54536169
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014117401/11A RU2569999C2 (en) | 2014-04-29 | 2014-04-29 | Navigation satellite orientation method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2569999C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2680356C1 (en) * | 2018-05-17 | 2019-02-19 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" | Method of orientation of navigation space apparatus |
RU2706743C1 (en) * | 2019-03-27 | 2019-11-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" | Method of orientation of spacecraft |
RU2724216C2 (en) * | 2018-05-17 | 2020-06-22 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" | Method of reducing errors in prediction of movement of the center of mass of a navigation spacecraft |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108657467B (en) * | 2018-05-16 | 2019-05-21 | 清华大学 | A kind of spacecraft yawing maneuvering control method and system using virtual solar vector |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4834325A (en) * | 1985-03-20 | 1989-05-30 | Space Industries, Inc. | Modular spacecraft system |
US5310144A (en) * | 1992-07-06 | 1994-05-10 | Hughes Aircraft Company | Method and apparatus for satellite torque balancing |
US5669586A (en) * | 1994-12-06 | 1997-09-23 | Space Systems/Loral, Inc. | Satellite gravity gradient compensation using on-orbit solar array reorientation |
US6293502B1 (en) * | 1998-08-05 | 2001-09-25 | Hughes Electronics Corporation | System and method for enhanced solar array pointing in sun-nadir steering |
RU2322374C2 (en) * | 2005-11-22 | 2008-04-20 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" | Method of control of spacecraft solar battery position and system for realization of this method |
RU2350522C2 (en) * | 2007-03-19 | 2009-03-27 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва | Method for orientation of satellite solar battery |
RU2428361C1 (en) * | 2010-07-07 | 2011-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" | Method of orienting spaceship bound coordinate system axes in space |
RU2457158C2 (en) * | 2010-09-22 | 2012-07-27 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Method for space vehicle with fixed panels of solar batteries orientation control during experiments on orbits with maximum eclipse period |
-
2014
- 2014-04-29 RU RU2014117401/11A patent/RU2569999C2/en active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4834325A (en) * | 1985-03-20 | 1989-05-30 | Space Industries, Inc. | Modular spacecraft system |
US5310144A (en) * | 1992-07-06 | 1994-05-10 | Hughes Aircraft Company | Method and apparatus for satellite torque balancing |
US5669586A (en) * | 1994-12-06 | 1997-09-23 | Space Systems/Loral, Inc. | Satellite gravity gradient compensation using on-orbit solar array reorientation |
US6293502B1 (en) * | 1998-08-05 | 2001-09-25 | Hughes Electronics Corporation | System and method for enhanced solar array pointing in sun-nadir steering |
RU2322374C2 (en) * | 2005-11-22 | 2008-04-20 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" | Method of control of spacecraft solar battery position and system for realization of this method |
RU2350522C2 (en) * | 2007-03-19 | 2009-03-27 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва | Method for orientation of satellite solar battery |
RU2428361C1 (en) * | 2010-07-07 | 2011-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" | Method of orienting spaceship bound coordinate system axes in space |
RU2457158C2 (en) * | 2010-09-22 | 2012-07-27 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Method for space vehicle with fixed panels of solar batteries orientation control during experiments on orbits with maximum eclipse period |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2680356C1 (en) * | 2018-05-17 | 2019-02-19 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" | Method of orientation of navigation space apparatus |
RU2724216C2 (en) * | 2018-05-17 | 2020-06-22 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" | Method of reducing errors in prediction of movement of the center of mass of a navigation spacecraft |
RU2706743C1 (en) * | 2019-03-27 | 2019-11-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" | Method of orientation of spacecraft |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2014117401A (en) | 2015-11-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2569999C2 (en) | Navigation satellite orientation method | |
JP4511390B2 (en) | Satellite attitude control device | |
US20140077036A1 (en) | System and Method for Maneuver Plan for Satellites Flying in Proximity | |
CN109887057A (en) | The method and apparatus for generating high-precision map | |
JP2004535324A5 (en) | ||
US20170010341A1 (en) | Tracking system, tracking method, and non-transitory computer-readable recording medium storing program | |
CN110775302B (en) | Emergency sun-checking method based on solar panel output current information | |
WO2019174053A1 (en) | Moving platform and control method therefor | |
CN115610704B (en) | Rail changing method, device and medium capable of realizing glancing observation task on rail | |
KR101782259B1 (en) | Apparatus and method for speed controlling of a satellite antenna | |
Chow et al. | Toward underground localization: Lidar inertial odometry enabled aerial robot navigation | |
CN104765374B (en) | High-orbit natural-flying-around-track correcting method | |
Yahya et al. | Image-based visual servoing for docking of an autonomous underwater vehicle | |
RU2680356C1 (en) | Method of orientation of navigation space apparatus | |
JP2007033401A (en) | Antenna control unit for tracking satellite | |
CN106885567A (en) | A kind of inertial navigation Cooperative Localization Method and location equipment | |
JP2008241321A (en) | Rcs control apparatus | |
RU2724216C2 (en) | Method of reducing errors in prediction of movement of the center of mass of a navigation spacecraft | |
JP2000159199A (en) | Guiding control device for spacecraft | |
Ruan et al. | A Factor Graph Method for AUV Navigation in the Mobile Docking Progress | |
Sun et al. | Prescribed-time error-constrained moving path following control for a stratospheric airship with disturbances | |
Goh et al. | Constraint estimation of spacecraft positions | |
RU2671597C1 (en) | Method for spacecraft orientation in solar-terrestrial coordinate system | |
Jeon et al. | An optimal antenna motion generation using shortest path planning | |
RU2794003C1 (en) | Device and method for refining aircraft trajectory |