RU2579387C1 - Method of orienting spacecraft using gimballess orbital gyrocompass and system therefor - Google Patents

Method of orienting spacecraft using gimballess orbital gyrocompass and system therefor Download PDF

Info

Publication number
RU2579387C1
RU2579387C1 RU2014144446/11A RU2014144446A RU2579387C1 RU 2579387 C1 RU2579387 C1 RU 2579387C1 RU 2014144446/11 A RU2014144446/11 A RU 2014144446/11A RU 2014144446 A RU2014144446 A RU 2014144446A RU 2579387 C1 RU2579387 C1 RU 2579387C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pitch
bogk
signal
channel
roll
Prior art date
Application number
RU2014144446/11A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Илья Николаевич Абезяев
Максим Викторович Аракин
Михаил Валентинович Большаков
Сергей Эдуардович Зайцев
Сергей Николаевич Зимин
Виктор Сергеевич Рябиков
Original Assignee
Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" (АО "ВПК "НПО машиностроения")
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 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" (АО "ВПК "НПО машиностроения") filed Critical Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" (АО "ВПК "НПО машиностроения")
Priority to RU2014144446/11A priority Critical patent/RU2579387C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2579387C1 publication Critical patent/RU2579387C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Navigation (AREA)

Abstract

FIELD: astronautics.
SUBSTANCE: invention can be used for orientation of spacecraft. Spacecraft orientation system using gimballess orbital gyrocompass (BOGK) comprises a device for orientation on ground (POZ), a unit of gyroscopic angular velocity meters (BIUS), program control module (PMU), eleven adders, three amplification modules (MU), five integrators, four module interference compensation channels (MKVK), cosine converter (KP), sine converter (SP), two switches. In steady-state orientation is measured signal difference of POZ and output signals BOGK in channels of roll and pitch, to correct readings and BIUS in channels of roll and heading, pitch, course turn by 90 degrees with substitution of bank gyrocompassing channel with pitch gyrocompassing channel, continued oriented orbital flight is in signal correction in pitch channel signal error autocompensation POS pitch BOGK correction signal is calculated in pitch channel, is waited for completion of transition processes in circuit of orientation, stored accumulated signal value autocompensation in pitch channel and is switched off its accumulation is rotated back spacecraft course, reverse substitution of roll and pitch channels BOGK, BOGK correction channel is added to pitch signal value autocompensation as correction for deterministic BOGK orientation error in pitch channel, calculating correction signal in pitch channel, introduced into difference signal for channels of roll and heading signal autocompensation deterministic errors POS bank, new BOGK correction signal is calculated in channels of roll and heading.
EFFECT: compensation for errors in spacecraft orientation relative to orbital coordinate system.
2 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области ориентации космических аппаратов (КА), а точнее к способу и устройству систем ориентации (СО) КА с использованием бесплатформенного орбитального гирокомпаса (БОГК).The present invention relates to the field of orientation of spacecraft (SC), and more specifically to a method and device for orientation systems (CO) of a spacecraft using a strapdown orbital gyrocompass (BOGK).

Аналогом может служить техническое решение, изложенное в статье авторов А. Брайсона и В. Кортюма «Вычисление местного углового положения орбитального космического аппарата». Труды III Международного симпозиума ИФАК по автоматическому управлению в мирном использовании космического пространства. Управление в космосе, т. 2, с. 83-105, Москва, «Наука», 1972 г. Авторы рассматривают способ компенсации ошибок прибора ориентации по Земле (ПОЗ) и дрейфа гироскопов с использованием методов оптимальной фильтрации. Главный недостаток способа - принципиально исключена возможность компенсации влияния детерминированной ошибки ПОЗ в канале тангажа на точность ориентации КА по тангажу, а также необоснованное представления ошибок датчиков ориентации в виде белого шума, что ограничивает практическое применение способа для компенсации влияния ошибок ПОЗ на точность ориентации КА в каналах ориентации.The technical solution described in the article by the authors A. Bryson and V. Kortyum “Calculation of the local angular position of the orbiting spacecraft” can serve as an analogue. Proceedings of the III IFAC International Symposium on Automatic Control in the Peaceful Uses of Outer Space. Control in space, vol. 2, p. 83-105, Moscow, Nauka, 1972. The authors consider a method of compensating for errors of the Earth-Oriented Orientation Device (POS) and the drift of gyroscopes using optimal filtering methods. The main disadvantage of this method is that it is fundamentally excluded the possibility of compensating for the influence of the determined error of the REF in the pitch channel on the accuracy of the spacecraft orientation in pitch, as well as the unreasonable representation of the errors of orientation sensors in the form of white noise, which limits the practical application of the method for compensating the effect of the REF errors on the accuracy of the spacecraft orientation in the channels orientation.

Известен также способ ориентации КА с применением БОГК, в котором решается задача компенсации ошибок ПОЗ на точность ориентации в канале курса. В данной системе в сигнал коррекции БИУС по курсу параллельно основному сигналу коррекции подмешивается проинтегрированный разностный сигнал ПОЗ по крену и выхода БОГК по крену. В результате добиваются компенсации влияния детерминированной ошибки ПОЗ по крену на точность ориентации КА по курсу, в то время как точность ориентации в канале крена, наоборот, ухудшается. Существенным недостатком способа является отсутствие компенсации влияния детерминированных ошибок ПОЗ по тангажу на точность ориентации КА по тангажу.There is also a known method of orientation of a spacecraft with the use of BOGK, in which the problem of compensating for the errors of the POS on the accuracy of orientation in the course channel is solved. In this system, the integrated differential difference signal REF in the roll and the output of the BOGC in the roll are mixed into the BIUS correction signal at the heading parallel to the main correction signal. As a result, compensation is achieved for the influence of the determined error of the POS in the roll on the accuracy of the spacecraft orientation in the course, while the accuracy of the orientation in the roll channel, on the contrary, is deteriorating. A significant disadvantage of this method is the lack of compensation for the influence of the determined errors of the REF in pitch on the accuracy of the orientation of the spacecraft in pitch.

Наиболее близким аналогом является техническое решение, защищенное патентом РФ №2509690, в котором реализован способ ориентации КА с использованием БОГК, заключающийся в том, что в установившемся режиме ориентации измеряют разности сигналов прибора ориентации по Земле (ПОЗ) и выходного сигнала ОГК в каналах крена - εγ и тангажа - εϑ соответственно, которыми корректируют показания блока гироскопических измерителей угловых скоростей (БИУС) в каналах крена и курса - сигналом коррекции εγ, а в канале тангажа - сигналом εϑ. Данное техническое решение не позволяет компенсировать всю группу ошибок БОГК, а именно - исключить влияние ошибки ПОЗ в канале тангажа на точность ориентации КА по тангажу и исключить влияние ошибки ПОЗ по крену на точность ориентации КА по крену и курсу.The closest analogue is the technical solution, protected by RF patent No. 2509690, in which the spacecraft orientation method using BOGK is implemented, which consists in the fact that in the steady state orientation mode the differences of the signals of the Earth orientation device (RPS) and the output signal of the OGK in the roll channels are measured - ε γ and pitch - ε ϑ, respectively, which corrects the readings of the block of gyroscopic angular velocity meters (CIUS) in the roll and heading channels with the correction signal ε γ , and in the pitch channel with the signal ε ϑ . This technical solution does not allow to compensate for the entire group of BOGK errors, namely, to exclude the influence of the POS error in the pitch channel on the accuracy of the spacecraft orientation in pitch and to exclude the influence of the POS error in the roll on the accuracy of the spacecraft orientation in the roll and course.

Целью предлагаемого решения является устранение указанных недостатков, т.е. создание способа и системы ориентации КА с использование БОГК, позволяющих автокомпенсировать ошибки ориентации КА относительно орбитальной системы координат (ОСК) в каналах курса, крена и тангажа, вызванные детерминированными ошибками ПОЗ по крену и тангажу, включая ошибки установки ПОЗ на КА относительно связанных осей.The aim of the proposed solution is to eliminate these disadvantages, i.e. creation of a method and system of orientation of the spacecraft with the use of BOGK, allowing to automatically compensate for errors of orientation of the spacecraft relative to the orbital coordinate system (OSK) in the channels of heading, roll and pitch, caused by deterministic errors of the POS for roll and pitch, including errors in setting the position of the spacecraft on the spacecraft relative to the associated axes.

Отличие заключается в том, что по сравнению с известным способом ориентации выполняют ряд других операций, позволяющих добиться поставленной цели. Для этого поворачивают КА по курсу на девяносто градусов с замещением канала гирокомпасирования крена на канал гирокомпасирования тангажа, а канал гирокомпасирования тангажа - на канал гирокомпасирования крена, продолжают ориентированный орбитальный полет в повернутом по курсу на девяносто градусов положении КА, вводят в разностный сигнал в канале тангажа εϑ сигнал автокомпенсации ошибок ПОЗ по тангажу µϑ, при этом новый сигнал коррекции БОГК в канале тангажа uϑ вычисляют по формулеThe difference lies in the fact that, in comparison with the known method of orientation, a number of other operations are performed to achieve the goal. To do this, the spacecraft is rotated at a ninety-degree course with the roll gyro channel being replaced by the pitch gyro channel, and the pitch gyro channel is replaced by the roll gyro channel, the oriented orbital flight is continued in the spacecraft position turned 90 degrees, and the differential signal is entered into the pitch channel ε ϑ POS error auto-compensation signal for pitch µ ϑ , while the new BOGK correction signal in pitch channel u ϑ is calculated by the formula

Figure 00000001
Figure 00000001

где uϑ - новый сигнал коррекции БОГК в канале тангажа;where u ϑ is the new BOGK correction signal in the pitch channel;

εϑ - старый сигнал коррекции БОГК в канале тангажа;ε ϑ is the old BOGK correction signal in the pitch channel;

µϑ - сигнал автокомпенсации детерминированных ошибок ПОЗ, включая ошибку установки ПОЗ относительно связанных осей КА по тангажу;µ ϑ is the signal for automatic compensation of the determined errors in the REF, including the error in setting the REF relative to the coupled axis of the spacecraft in pitch;

ϑпоз - сигнал ПОЗ по тангажу;ϑ pos - POS signal for pitch;

Δϑ - выходной сигнал БОГК по тангажу;Δ ϑ - output signal BOGK pitch;

а - коэффициент интегрирования - автокомпенсации, a - integration coefficient - auto-compensation,

дожидаются завершения переходных процессов в контуре ориентации, запоминают накопленное значение сигнала автокомпенсации в канале тангажа μ ϑ = μ ϑ 0

Figure 00000002
и отключают его накопление, выполняют обратный поворот КА по курсу и производят таким образом обратное замещение каналов крена и тангажа БОГК и вводят в канал коррекции БОГК по тангажу запомненное значение сигнала автокомпенсации μ ϑ = μ ϑ O
Figure 00000003
в качестве поправки на детерминированную ошибку ориентации БОГК в канале тангажа, при этом сигнал коррекции в канале тангажа вычисляют по формулеwait for the completion of transients in the orientation loop, remember the accumulated value of the auto-compensation signal in the pitch channel μ ϑ = μ ϑ 0
Figure 00000002
and turn off its accumulation, perform a reverse rotation of the spacecraft on the course, and thus reverse-shift the channels of the roll and pitch of the BOGK and enter the stored value of the autocompensation signal into the channel of correction of the BOGK in pitch μ ϑ = μ ϑ O
Figure 00000003
as a correction for the determinate error in the orientation of the BOGK in the pitch channel, the correction signal in the pitch channel is calculated by the formula

Figure 00000004
Figure 00000004

а для каналов крена и курса вводят в сигнал коррекции εγ сигнал автокомпенсации детерминированных ошибок ПОЗ по крену µγ, при этом новый сигнал коррекции БОГК в каналах крена и курса uγ вычисляют по формулеand for the heel and heading channels, the self-compensation signal of the determined REF errors for the heel µ γ is introduced into the correction signal ε γ , while the new BOGK correction signal in the heel and heading channels u γ is calculated by the formula

Figure 00000005
Figure 00000005

где uγ - новый сигнал коррекции БОГК;where u γ is the new correction signal BOGK;

εγ - старый сигнал коррекции БОГК;ε γ - old BOGK correction signal;

µγ - сигнал автокомпенсации детерминированных ошибок ПОЗ, включая ошибку установки ПОЗ относительно связанных осей КА по крену;µ γ — auto-compensation signal for deterministic REF errors, including the error in setting REF relative to the associated SC axes along the roll;

γпоз - сигнал ПОЗ по крену;γ pos - the signal REF on a roll;

Δγ - выходной сигнал БОГК по крену;Δγ is the output signal BOGK roll;

b - коэффициент интегрирования - автокомпенсации.b - coefficient of integration - auto-compensation.

Для реализации приведенного выше способа предлагается система ориентации КА с использованием БОГК, содержащая в канале крена последовательно соединенные ПОЗ, первый сумматор, первый модуль усиления (МУ), второй сумматор, третий сумматор, первый интегратор, выход которого является входом в систему стабилизации КА по крену, содержащая в канале тангажа последовательно соединенные ПОЗ, четвертый сумматор, второй МУ, пятый и шестой сумматоры и второй интегратор, выход которого является входом в систему стабилизации КА по тангажу, содержащая в канале курса косинусный (КП) и синусный (СП) преобразователи и последовательно соединенные седьмой сумматор, третий МУ, восьмой и девятый сумматоры, третий интегратор, выход которого является входом в систему стабилизации КА по курсу, при этом входы КП и СП подключены к выходам первого и четвертого сумматоров соответственно, а выходы - соответственно к первому и второму входам седьмого сумматора, содержащая также блок гироскопических измерителей угловых скоростей (БИУС), программный модуль управления (ПМУ), а также первый, второй, третий и четвертый модули компенсации взаимовлияний каналов (МКВК) ориентации БОГК, при этом вторые входы второго, восьмого и пятого сумматоров подключены соответственно к выходам БИУС по каналам крена, курса и тангажа, выход первого интегратора подключен одновременно ко второму входу первого сумматора и к первому входу первого МКВК, выход которого соединен со вторым входом девятого сумматора, выход второго интегратора подключен одновременно ко второму входу четвертого сумматора и первому входу второго МКВК, выход которого соединен с третьим входом девятого сумматора, а выход третьего интегратора подключен одновременно к первым входам третьего и четвертого МКВК, выходы которых соединены со вторыми входами соответственно третьего и шестого сумматоров, при этом первый, второй и третий выходы ПМУ подключены соответственно к третьим входам второго, восьмого и пятого сумматоров, а четвертый выход ПМУ подключен одновременно ко вторым входам КП, СП и вторым входам первого второго, третьего и четвертого МКВК.To implement the above method, a spacecraft orientation system using BOGK is proposed, which contains in series the connected REF in the roll channel, the first adder, the first gain module (MU), the second adder, the third adder, the first integrator, the output of which is the input to the roll stabilization system containing in the pitch channel consecutively connected REF, the fourth adder, the second MU, the fifth and sixth adders and the second integrator, the output of which is an input to the spacecraft stabilization system for pitch, containing the channel of the course is cosine (KP) and sinus (SP) converters and sequentially connected the seventh adder, the third MU, the eighth and ninth adders, the third integrator, the output of which is the input to the spacecraft stabilization system along the course, while the inputs of the KP and SP are connected to the outputs of the first and the fourth adders, respectively, and the outputs, respectively, to the first and second inputs of the seventh adder, which also contains a block of gyroscopic angular velocity meters (BIUS), a software control module (PMU), as well as the first, second, third, and the fourth modules of the compensation of channel interference (ICWC) of the BOGK orientation, while the second inputs of the second, eighth, and fifth adders are connected respectively to the CIU outputs via the roll, course, and pitch channels, the output of the first integrator is connected simultaneously to the second input of the first adder and to the first input of the first ICWC the output of which is connected to the second input of the ninth adder, the output of the second integrator is connected simultaneously to the second input of the fourth adder and the first input of the second ICWC, the output of which is connected to the third one of the ninth adders, and the output of the third integrator is connected simultaneously to the first inputs of the third and fourth ICWCs, the outputs of which are connected to the second inputs of the third and sixth adders, respectively, while the first, second and third outputs of the PMU are connected respectively to the third inputs of the second, eighth and fifth adders and the fourth PMU output is connected simultaneously to the second inputs of the control gear, joint venture, and second inputs of the first second, third, and fourth ICWC.

Предложение отличается тем, что в систему ориентации введены первый и второй ключи, четвертый и пятый интеграторы и в цепи первого и четвертого сумматоров введены десятый и одиннадцатый сумматоры соответственно, при этом выход десятого сумматора подключен одновременно к входу первого МУ, первому входу КС и первому ключу, выход одиннадцатого сумматора подключен одновременно к входу третьего МУ, первому входу СП и второму ключу, при этом выходы первого и второго ключей подключены к входам четвертого и пятого интеграторов соответственно, выходы которых подключены соответственно ко вторым входам десятого и одиннадцатого сумматоров.The proposal is different in that the first and second keys, the fourth and fifth integrators are introduced into the orientation system, and the tenth and eleventh adders are introduced into the chains of the first and fourth adders, respectively, while the output of the tenth adder is connected simultaneously to the input of the first MU, the first input of the CS and the first key , the output of the eleventh adder is connected simultaneously to the input of the third MU, the first input of the SP and the second key, while the outputs of the first and second keys are connected to the inputs of the fourth and fifth integrators, respectively, the outputs of which are connected respectively to the second inputs of the tenth and eleventh adders.

Применение предлагаемого способа ориентации КА и соответствующей ему системы ориентации позволяют добиться полного исключения влияния детерминированных ошибок ПОЗ на точность ориентации КА во всех трех каналах ориентации КА - в каналах крена, курса и тангажа.The application of the proposed method for the orientation of the spacecraft and the corresponding orientation system allows us to completely eliminate the influence of the determined errors of the REF on the accuracy of the orientation of the spacecraft in all three channels of orientation of the spacecraft — in the roll, course and pitch channels.

Покажем это на примере.We show this by example.

На фиг. 1 показано:In FIG. 1 shows:

1 - прибор ориентации по Земле (ПОЗ);1 - instrument orientation on the Earth (REF);

2 - блок гироскопических измерителей угловых скоростей (БИУС);2 - a block of gyroscopic angular velocity meters (CIUS);

3 - программный модуль управления (ПМУ);3 - software control module (PMU);

4-14 - сумматоры;4-14 - adders;

15-17 - модули усиления;15-17 - gain modules;

18-22 - интеграторы;18-22 - integrators;

23-26 - модули компенсации взаимовлияния каналов;23-26 - channel interference compensation modules;

27-28 - косинусный и синусный преобразователи соответственно;27-28 - cosine and sine converters, respectively;

29, 30 - первый и второй ключи и соответствующие им команды К, К и К90З, К90Р на их замыкание и размыкание;29, 30 - the first and second keys and the corresponding commands K 0Z , K 0P and K 90Z , K 90P for their closure and opening;

m1, m2 - вход и выход первого ключа соответственно;m 1 , m 2 - input and output of the first key, respectively;

n1, n2 - вход и выход второго ключа соответственно;n 1 , n 2 - input and output of the second key, respectively;

γпоз, ϑпоз - выходные сигналы ПОЗ по крену и тангажу;γ pos , ϑ pos - output signals REF in roll and pitch;

ωX, ωY, ωZ - выходные сигналы БИУС по крену, курсу и тангажу;ω X , ω Y , ω Z - output signals CIUS roll, heading and pitch;

Δγ, Δ γ ˙

Figure 00000006
, ΔΨ, Δ Ψ ˙
Figure 00000007
, Δϑ, Δ ϑ ˙
Figure 00000008
- выходные сигналы БОГК по углу и угловой скорости соответственно по крену, курсу и тангажу;Δγ, Δ γ ˙
Figure 00000006
, Δ Ψ , Δ Ψ ˙
Figure 00000007
, Δ ϑ , Δ ϑ ˙
Figure 00000008
- BOGK output signals in terms of angle and angular velocity, respectively, according to roll, course and pitch;

Ω - орбитальная угловая скорость КА;Ω is the orbital angular velocity of the spacecraft;

ΨП - программный угол поворота КА по курсу относительно ОСК.Ψ P - programmed rotation angle of the spacecraft in the course relative to the USC

На фиг. 2 показаны:In FIG. 2 are shown:

- ошибки КА по тангажу ϑ, крену γ и курсу Ψ (сверху вниз) и программный угол поворота KA - ΨП относительно ОСК (все углы в градусной мере);- spacecraft errors in pitch ϑ, roll γ and heading Ψ (from top to bottom) and program angle of rotation KA - Ψ П relative to the OSK (all angles are in degree measure);

- участок А - начальное состояние КА и соответствующее ему положение БОГК в установившемся режиме для γПОЗ=0,25° и ϑПОЗ=0,2° (для стабилизации КА использовались маховые исполнительные органы);- section A — initial state of the spacecraft and the corresponding position of the BOGK in the steady state for γ REF = 0.25 ° and ϑ REF = 0.2 ° (to stabilize the spacecraft, flywheel actuators were used);

- участок В - программный поворот КА на 90° (ΨП=90°);- Section B - programmed rotation of the spacecraft by 90 ° (Ψ П = 90 °);

- участок С - автокомпенсация в канале тангажа;- section C - auto-compensation in the pitch channel;

- участок D - обратный поворот КА на - 90° (ΨП=0);- section D - reverse rotation of the spacecraft by - 90 ° (Ψ П = 0);

- участок E - автокомпенсация в канале крена;- section E - auto-compensation in the roll channel;

- участок F - полет КА с полностью скомпенсированными ошибками БОГК (КА) в каналах тангажа, крена и курса.- section F — spacecraft flight with fully compensated BOGK (SC) errors in pitch, roll and course channels.

В исходном состоянии в соответствии с фиг. 1 линеаризованные уравнения системы ориентации имеют видIn the initial state in accordance with FIG. 1 linearized equations of the orientation system have the form

Figure 00000009
Figure 00000009

гдеWhere

ΨKΑ/OCK - положение связанных осей KA относительно ОСК по курсу;Ψ KΑ / OCK - position of the connected KA axes relative to the USC at the heading;

α, β, θ - положение (ошибки) приборных осей БОГК относительно ОСК соответственно в каналах курса, крена и тангажа;α, β, θ - position (error) of the BOGK instrument axes relative to the OSK, respectively, in the channels of the heading, roll and pitch;

Ψ, γ, ϑ - положение (ошибки) ориентации связанных осей КА относительно приборных осей БОГК соответственно по курсу, крену и танагажу;Ψ, γ, ϑ - position (errors) in the orientation of the associated SC axes relative to the BOGK instrument axes, respectively, according to the heading, roll and pitch;

ΔγΠОЗ, ΔϑПОЗ - детерминированные ошибки ПОЗ в каналах крена и тангажа, включая ошибки установки ПОЗ относительно связанных осей КА;Δγ ΠOZ, Δθ REF - REF deterministic error in the roll and pitch channels, including installation errors relative REF associated spacecraft axes;

K1, K2, K3 - коэффициенты усиления МУ.K 1 , K 2 , K 3 - gain factors MU.

После завершения в системе переходных процессов (установившейся режим ориентации) - α ˙ , β ˙ , θ ˙ = 0

Figure 00000010
(при ΨП=0) ошибки ориентации КА относительно ОСК по курсу, крену и тангажу будут соответственно равныAfter completion of the transient system (steady-state orientation mode) - α ˙ , β ˙ , θ ˙ = 0
Figure 00000010
(at Ψ П = 0) errors in the orientation of the spacecraft relative to the USC at the heading, roll, and pitch will be respectively equal

Figure 00000011
Figure 00000011

Положим ошибки ПОЗ равными ΔγПОЗ=ΔϑПОЗ=30 угл. мин, коэффициенты модулей усиления к 1 = 0,01 1 с

Figure 00000012
, к 2 = к 3 = 0,02 1 с
Figure 00000013
, тогда ошибки ориентации КА будут равныSet equal error Δγ REF REF REF = Δθ = 30 charcoal. min, gain moduli to one = 0.01 one from
Figure 00000012
, to 2 = to 3 = 0.02 one from
Figure 00000013
, then the spacecraft orientation errors will be equal

Figure 00000014
Figure 00000014

Целью изобретения является полная компенсация указанных выше ошибок ориентации.The aim of the invention is the full compensation of the above orientation errors.

Согласно предлагаемому способу выполняют следующие операции:According to the proposed method, the following operations are performed:

1. Поворачивают КА по курсу на девяносто градусов (в положительную или отрицательную сторону, фиг. 2, участок В). С этой целью из ПМУ задают сигналы на программный поворот КА: Ω·cosΨП - на сумматор 10, Ω·sinΨП - на сумматор 6 и Ψ ˙ П

Figure 00000015
- на сумматор 8. Одновременно вводят данные по текущему состоянию Ψп на МКВК 23-26 и СП и КП 27, 28. Знак поворота не имеет значения, для определенности формульные зависимости даны для ΨП>0°.1. Turn the spacecraft at a rate of ninety degrees (in the positive or negative direction, Fig. 2, section B). To this end, signals are sent from the PMU for the programmed rotation of the spacecraft: Ω · cosΨ P - to the adder 10, Ω · sinΨ P - to the adder 6 Ψ ˙ P
Figure 00000015
- to the adder 8. At the same time, data on the current state Ψ p is entered at MKVK 23-26 and SP and KP 27, 28. The turn sign does not matter, for definiteness, the formula dependencies are given for Ψ П > 0 °.

По достижении программного поворота ΨП=90° происходит замещение каналов гирокомпасирования: канал крена БОГК замещается на канал тангажа, а канал тангажа - на канал крена, точное замещение происходит автоматически в точке ΨП=90°, при этом уравнения движения БОГК примут вид для ΨП=90° (фиг. 2, участок В)Upon reaching the program turn Ψ П = 90 °, the gyrocompassing channels are replaced: the BOGK roll channel is replaced by the pitch channel, and the pitch channel is replaced by the roll channel, exact replacement occurs automatically at the point Ψ П = 90 °, while the BOGK motion equations take the form for Ψ П = 90 ° (Fig. 2, section B)

Figure 00000016
Figure 00000016

В процессе движения KA летит боком вперед, канал «бывшего» крена для такого устойчивого положения ориентации становится по отношению к ОСК тангажом, а канал тангажа - креном.In the process of moving KA flies sideways forward, the channel of the “former” roll for such a stable orientation position becomes pitch with respect to the USC, and the pitch channel rolls.

2. Продолжают ориентированный орбитальный полет в повернутом по курсу на девяносто градусов положении КА (фиг. 2, участок С).2. Continue the oriented orbital flight in the spacecraft position turned at a ninety degree course (Fig. 2, section C).

3. Вводят в сигнал коррекции в канале тангажа εϑ сигнал автокомпенсации ошибок ПМВ по тангажу µϑ. Для этого с ПМУ подается команда К90З на замыкание ключа 29, при этом новый сигнал коррекции БОГК в канале тангажа uϑ вычисляют по формуле (фиг. 2, участок С, завершение автокомпенсации ~ на 25000 с)3. Enter the correction signal to the pitch channel error signal ε θ autocompensation PMA pitch μ θ. For this purpose, IMC K is commanded for closure 90Z key 29, the new BOGK correction signal to the pitch channel u θ calculated from the equation (FIG. 2, section C, the completion of self-compensation with ~ 25,000)

Figure 00000017
Figure 00000017

где uϑ - новый сигнал коррекции БОГК в канале тангажа;where u ϑ is the new BOGK correction signal in the pitch channel;

εϑ - старый сигнал коррекции БОГК в канале тангажа;ε ϑ is the old BOGK correction signal in the pitch channel;

µϑ - сигнал автокомпенсации детерминированных ошибок ПОЗ, включая ошибку установки ПОЗ относительно связанных осей КА по тангажу;µ ϑ is the signal for automatic compensation of the determined errors in the REF, including the error in setting the REF relative to the coupled axis of the spacecraft in pitch;

а - коэффициент интегрирования - автокомпенсации. and - integration coefficient - auto-compensation.

4. Дожидаются установившегося режима ориентации - завершения переходного процесса в контуре БОГК (фиг. 2, участок С, время t~25000 с).4. Wait for the steady-state orientation mode — completion of the transient process in the BOGC circuit (Fig. 2, section C, time t ~ 25000 s).

5. Запоминают накопленное значение сигнала автокомпенсации в канале тангажа μ ϑ = μ ϑ 0

Figure 00000018
и отключают его накопление (фиг. 2, участок С, время t>25000 с), для этого выдается команда К90Р, в результате чего ключ 29 размыкается, накопление поправки прекращается, а на выходе интегратора 22 запоминается последнее значение накопленной поправки μ ϑ = μ ϑ 0
Figure 00000019
.5. Remember the accumulated value of the auto-compensation signal in the pitch channel μ ϑ = μ ϑ 0
Figure 00000018
and its accumulation is switched off (Fig. 2, section C, time t> 25000 s), for this a K 90P command is issued, as a result of which the key 29 opens, the accumulation of the correction stops, and the last value of the accumulated correction is stored at the output of the integrator 22 μ ϑ = μ ϑ 0
Figure 00000019
.

6. Выполняют обратный поворот КА по курсу (фиг. 2, участок D) для Ψn=0° аналогично п. 1. КА поворачивается в исходное положение, при этом автоматически происходит обратное замещение каналов крена и тангажа БОГК, каналы ориентации занимают исходное положение.6. The spacecraft is rotated backward along the course (Fig. 2, section D) for Ψ n = 0 °, similarly to step 1. The spacecraft is rotated to its original position, while the roll channels and pitch of the BOGK are automatically replaced, the orientation channels occupy the initial position .

7. Вводят в канал коррекции БОГК по тангажу запомненное значение сигнала автокомпенсации μ ϑ = μ ϑ O

Figure 00000020
в качестве поправки на детерминированную ошибку ориентации БОГК в канале тангажа, при этом сигнал коррекции в канале тангажа вычисляют по формуле7. Enter into the channel correction BOGK pitch the stored value of the signal auto-compensation μ ϑ = μ ϑ O
Figure 00000020
as a correction for the determinate error in the orientation of the BOGK in the pitch channel, the correction signal in the pitch channel is calculated by the formula

Figure 00000021
Figure 00000021

8. Для каналов крена и курса (фиг. 2, участок Е) вводят в сигнал коррекции εγ сигнал автокомпенсации детерминированных ошибок ПМВ по крену µγ. Для этого замыкают ключ 30 по команде К из ПМУ, при этом новый сигнал коррекции БОГК в каналах крена и курса uγ вычисляют по формуле8. Roll and heading channels (FIG. 2, section F) is introduced into the correction signal ε γ autocompensation deterministic error signal PRC roll μ γ. To do this, close the key 30 by the command K 0Z from the PMU, while the new correction signal BOGK in the channels of the roll and course u γ is calculated by the formula

Figure 00000022
Figure 00000022

где uγ - новый сигнал коррекции БОГК;where u γ is the new correction signal BOGK;

εγ - старый сигнал коррекции БОГК;ε γ is the old correction signal BOGK;

µγ - сигнал автокомпенсации детерминированных ошибок ПОЗ, включая ошибку установки ПОЗ относительно связанных осей КА по крену;µ γ — auto-compensation signal for deterministic REF errors, including the error in setting REF relative to the associated SC axes along the roll;

γпоз - сигнал ПОЗ по крену;γ pos - signal REF in roll;

Δγ - выходной сигнал БОГК по крену;Δγ is the output signal BOGK roll;

b - коэффициент интегрирования - автокомпенсации.b - coefficient of integration - auto-compensation.

9. После завершения переходных процессов в контуре ориентации ошибки КА в каналах крена и курса полностью скомпенсированы (фиг. 2, участок F). В дальнейшем ключ 30 может быть разомкнут по команде К или оставаться замкнутым (что не оговаривается особо в предлагаемом изобретении). В обоих случаях происходит автоматическая компенсация детерминированных ошибок ПОЗ.9. After the completion of the transient processes in the orientation loop, the errors of the spacecraft in the roll and heading channels are fully compensated (Fig. 2, plot F). In the future, the key 30 can be opened by the command K 0P or remain closed (which is not specified in the present invention). In both cases, there is an automatic compensation of the determined errors of the REF.

Таким образом, использование предложенного технического решения позволяет полностью автокомпенсировать ошибки ориентации КА относительно ОСК во всех трех каналах ориентации - курса, крена и тангажа, вызванные детерминированными ошибками ПОЗ по крену и тангажу, включая ошибки установки ПОЗ на КА относительно связанных осей.Thus, the use of the proposed technical solution makes it possible to fully compensate for spacecraft orientation errors with respect to the OSK in all three orientation channels — heading, roll, and pitch, caused by deterministic errors in the roll stock and pitch readings, including errors in setting the position readout on the spacecraft with respect to the associated axes.

Claims (2)

1. Способ ориентации космического аппарата (КА) с использованием бесплатформенного орбитального гирокомпаса (БОГК), заключающийся в том, что в установившемся режиме ориентации измеряют разности сигналов прибора ориентации по Земле (ПОЗ) и выходных сигналов БОГК в каналах крена εγ и тангажа εϑ соответственно, которыми корректируют показания блока гироскопических измерителей угловых скоростей (БИУС) в каналах крена и курса - сигналом коррекции εγ, а в канале тангажа - сигналом εϑ, отличающийся тем, что поворачивают КА по курсу на девяносто градусов с замещением канала гирокомпасирования крена на канал гирокомпасирования тангажа, а канал гирокомпасирования тангажа - на канал гирокомпасирования крена, продолжают ориентированный орбитальный полет в повернутом по курсу на девяносто градусов положении КА, вводят в сигнал коррекции в канале тангажа сигнал автокомпенсации ошибок ПОЗ по тангажу µϑ, при этом новый сигнал коррекции БОГК в канале тангажа uϑ вычисляют по формуле
uϑϑϑ;
εϑпоз-Δϑ;
Figure 00000023

где εϑ - старый сигнал коррекции БОГК в канале тангажа;
uϑ - новый сигнал коррекции БОГК в канале тангажа;
µϑ - сигнал автокомпенсации детерминированных ошибок ПОЗ, включая ошибку установки ПОЗ относительно связанных осей КА по тангажу;
ϑпоз - сигнал ПОЗ по тангажу;
Δϑ - выходной сигнал БОГК по тангажу;
а - коэффициент интегрирования - автокомпенсации,
дожидаются завершения переходных процессов в контуре ориентации, запоминают накопленное значение сигнала автокомпенсации в канале тангажа
Figure 00000024
и отключают его накопление, выполняют обратный поворот КА по курсу и производят обратное замещение каналов крена и тангажа БОГК и вводят в канал коррекции БОГК по тангажу запомненное значение сигнала автокомпенсации
Figure 00000025
в качестве поправки на детерминированную ошибку ориентации БОГК в канале тангажа, при этом сигнал коррекции в канале тангажа вычисляют по формуле
Figure 00000026

а для каналов крена и курса вводят в разностный сигнал εγ сигнал автокомпенсации детерминированных ошибок ПОЗ по крену µγ, при этом новый сигнал коррекции БОГК в каналах крена и курса uγ вычисляют по формуле
uγγγ;
εγпоз-Δγ;
Figure 00000027

где εγ - старый сигнал коррекции БОГК;
uγ - новый сигнал коррекции БОГК;
µγ - сигнал автокомпенсации детерминированных ошибок ПОЗ, включая ошибку установки ПОЗ относительно связанных осей КА по крену;
γпоз - сигнал ПОЗ по крену;
Δγ - выходной сигнал БОГК по крену;
b - коэффициент интегрирования - автокомпенсации.
1. The method of orientation of a spacecraft (SC) using a strapdown orbital gyrocompass (BOGK), which consists in the fact that in the steady state orientation they measure the differences between the signals of the orientation device on the Earth (REF) and the output signals of the BOGK in the roll channels ε γ and pitch ε ϑ respectively, and corrects the block gauges gyroscopic angular velocities (CICS) in the roll channel rate and - correction signal ε γ, and in the pitch channel - signal ε θ, characterized in that the spacecraft is rotated at the rate at ninety degrees replacement channel gyro roll canal gyro pitch and channel gyro pitch - canal gyro roll continues oriented orbital flight in the rotated at the rate of ninety degrees to position the spacecraft, is introduced into the correction signal to the pitch channel signal autocompensation error REF pitch μ θ , while a new correction signal BOGK in the pitch channel u ϑ is calculated by the formula
u ϑ = ε ϑϑ ;
ε ϑ = ϑ pos -Δϑ;
Figure 00000023

where ε ϑ is the old BOGK correction signal in the pitch channel;
u ϑ - a new BOGK correction signal in the pitch channel;
µ ϑ is the signal for automatic compensation of the determined errors in the REF, including the error in setting the REF relative to the coupled axis of the spacecraft in pitch;
ϑ pos - POS signal for pitch;
Δϑ - output signal BOGK pitch;
a - integration coefficient - auto-compensation,
wait for the completion of transients in the orientation loop, remember the accumulated value of the auto-compensation signal in the pitch channel
Figure 00000024
and turn off its accumulation, perform a reverse rotation of the spacecraft at the heading and perform reverse replacement of the roll and pitch channels of the BOGK and enter the stored value of the autocompensation signal into the channel of correction of the BOGK in pitch
Figure 00000025
as a correction for the determinate error in the orientation of the BOGK in the pitch channel, the correction signal in the pitch channel is calculated by the formula
Figure 00000026

and for the heel and heading channels, a signal of automatic compensation of the determined REF errors from the heel µ γ is introduced into the difference signal ε γ , while the new BOGK correction signal in the heel and heading channels u γ is calculated by the formula
u γ = ε γγ;
ε γ = γ pos -Δγ;
Figure 00000027

where ε γ is the old correction signal BOGK;
u γ is the new correction signal BOGK;
µ γ — auto-compensation signal for deterministic REF errors, including the error in setting REF relative to the associated SC axes along the roll;
γ pos - signal REF in roll;
Δγ is the output signal BOGK roll;
b - coefficient of integration - auto-compensation.
2. Система ориентации КА с использованием БОГК для реализации способа по п. 1, содержащая в канале крена последовательно соединенные ПОЗ, первый сумматор, первый модуль усиления (МУ), второй сумматор, третий сумматор, первый интегратор, выход которого является входом в систему стабилизации КА по крену, содержащая в канале тангажа последовательно соединенные ПОЗ, четвертый сумматор, второй МУ, пятый и шестой сумматоры и второй интегратор, выход которого является входом в систему стабилизации КА по тангажу, содержащая в канале курса косинусный (КП) и синусный (СП) преобразователи и последовательно соединенные седьмой сумматор, третий МУ, восьмой и девятый сумматоры, третий интегратор, выход которого является входом в систему стабилизации КА по курсу, при этом входы КП и СП подключены к выходам первого и четвертого сумматоров соответственно, а выходы - соответственно к первому и второму входам седьмого сумматора, содержащая также блок измерителей угловых скоростей (БИУС), программный модуль управления (ПМУ), а также первый, второй, третий и четвертый модули компенсации взаимовлияний каналов (МКВК) ориентации БОГК, при этом вторые входы второго, восьмого и пятого сумматоров подключены соответственно к выходам БИУС по каналам крена, курса и тангажа, выход первого интегратора подключен к первому входу первого МКВК, выход которого соединен со вторым входом девятого сумматора, выход второго интегратора подключен к первому входу второго МКВК, выход которого соединен с третьим входом девятого сумматора, выход третьего интегратора подключен одновременно к первым входам третьего и четвертого МКВК, выходы которых соединены со вторыми входами соответственно третьего и шестого сумматоров, при этом первый, второй и третий выходы ПМУ подключены соответственно к третьим входам второго, восьмого и пятого сумматоров, а четвертый - ко вторым входам КП, СП, первого, второго, третьего и четвертого МКВК, отличающаяся тем, что в нее введены первый и второй ключи, четвертый и пятый интеграторы и в цепи первого и четвертого сумматоров введены десятый и одиннадцатый сумматоры соответственно, при этом выход десятого сумматора подключен одновременно к входу первого МУ, первому входу КС и первому ключу, выход одиннадцатого сумматора подключен одновременно к входу третьего МУ, первому входу СП и второму ключу, а выходы первого и второго ключей подключены к входам четвертого и пятого интеграторов соответственно, выходы которых подключены соответственно ко вторым входам десятого и одиннадцатого сумматоров. 2. The spacecraft orientation system using BOGK for implementing the method according to claim 1, comprising serially connected REFs, a first adder, a first amplification module (MU), a second adder, a third adder, a first integrator, the output of which is the input to the stabilization system, in the roll channel A spacecraft along the roll, which contains in series the POS, the fourth adder, the second MU, the fifth and sixth adders and the second integrator, the output of which is the input to the spacecraft stabilization system along the pitch, containing cosines in the channel (KP) and sinus (SP) converters and sequentially connected the seventh adder, the third MU, the eighth and ninth adders, the third integrator, the output of which is the input to the spacecraft stabilization system at the heading, while the inputs of the KP and SP are connected to the outputs of the first and fourth adders respectively, and the outputs, respectively, to the first and second inputs of the seventh adder, which also contains a block of angular velocity meters (BIUS), a software control module (PMU), as well as the first, second, third, and fourth modules of mutual compensation of the channels (ICWC) of the BOGK orientation, while the second inputs of the second, eighth, and fifth adders are connected respectively to the outputs of the CIU through the roll, course, and pitch channels, the output of the first integrator is connected to the first input of the first ICWC, the output of which is connected to the second input of the ninth adder, the output of the second integrator is connected to the first input of the second ICWC, the output of which is connected to the third input of the ninth adder, the output of the third integrator is connected simultaneously to the first inputs of the third and fourth ICWC, the outputs of which are connected s with the second inputs of the third and sixth adders, respectively, while the first, second and third outputs of the PMU are connected respectively to the third inputs of the second, eighth and fifth adders, and the fourth to the second inputs of KP, SP, the first, second, third and fourth MKVK, characterized in that the first and second keys, the fourth and fifth integrators are introduced into it, and the tenth and eleventh adders are introduced into the circuit of the first and fourth adders, respectively, while the output of the tenth adder is connected simultaneously to the input of the first MU, the first the CS input and the first key , the output of the eleventh adder is connected simultaneously to the input of the third MU, the first input of the SP and the second key, and the outputs of the first and second keys are connected to the inputs of the fourth and fifth integrators, respectively, whose outputs are connected respectively to the second inputs of the tenth and eleventh adders .
RU2014144446/11A 2014-11-06 2014-11-06 Method of orienting spacecraft using gimballess orbital gyrocompass and system therefor RU2579387C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014144446/11A RU2579387C1 (en) 2014-11-06 2014-11-06 Method of orienting spacecraft using gimballess orbital gyrocompass and system therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014144446/11A RU2579387C1 (en) 2014-11-06 2014-11-06 Method of orienting spacecraft using gimballess orbital gyrocompass and system therefor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2579387C1 true RU2579387C1 (en) 2016-04-10

Family

ID=55793466

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014144446/11A RU2579387C1 (en) 2014-11-06 2014-11-06 Method of orienting spacecraft using gimballess orbital gyrocompass and system therefor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2579387C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2657809C1 (en) * 2017-03-30 2018-06-15 Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" Method of determining of space craft own rotation about center of mass angular velocity
RU2661050C1 (en) * 2017-06-07 2018-07-11 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" Method of return of course orientation of space vehicle using gimballess orbital gyrocompass
RU2669481C1 (en) * 2017-10-02 2018-10-11 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт электромеханики" Method and device for controlling motion of a spacecraft with controlled orientation

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4513504A (en) * 1981-05-20 1985-04-30 Ed. Zublin Aktiengesellschaft Method for determining the position of a pressed-ahead hollow-section line, and apparatus for implementing the method
US6922632B2 (en) * 2002-08-09 2005-07-26 Intersense, Inc. Tracking, auto-calibration, and map-building system
RU2488774C1 (en) * 2011-12-30 2013-07-27 Открытое акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" Platform-free orbital gyrocompass with arbitrary course orientation of spacecraft
RU2509690C1 (en) * 2012-09-11 2014-03-20 Открытое акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" Device to control spacecraft position in space with help of orbital gyrocompass

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4513504A (en) * 1981-05-20 1985-04-30 Ed. Zublin Aktiengesellschaft Method for determining the position of a pressed-ahead hollow-section line, and apparatus for implementing the method
US6922632B2 (en) * 2002-08-09 2005-07-26 Intersense, Inc. Tracking, auto-calibration, and map-building system
RU2488774C1 (en) * 2011-12-30 2013-07-27 Открытое акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" Platform-free orbital gyrocompass with arbitrary course orientation of spacecraft
RU2509690C1 (en) * 2012-09-11 2014-03-20 Открытое акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" Device to control spacecraft position in space with help of orbital gyrocompass

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2657809C1 (en) * 2017-03-30 2018-06-15 Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" Method of determining of space craft own rotation about center of mass angular velocity
RU2661050C1 (en) * 2017-06-07 2018-07-11 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" Method of return of course orientation of space vehicle using gimballess orbital gyrocompass
RU2669481C1 (en) * 2017-10-02 2018-10-11 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт электромеханики" Method and device for controlling motion of a spacecraft with controlled orientation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104344837B (en) Speed observation-based redundant inertial navigation system accelerometer system level calibration method
CN101949703B (en) Strapdown inertial/satellite combined navigation filtering method
RU2509690C1 (en) Device to control spacecraft position in space with help of orbital gyrocompass
Crassidis et al. Minimum model error approach for attitude estimation
RU2579387C1 (en) Method of orienting spacecraft using gimballess orbital gyrocompass and system therefor
JP6271043B2 (en) Orbit control device and satellite
CN101246022A (en) Optic fiber gyroscope strapdown inertial navigation system two-position initial alignment method based on filtering
CN109269504B (en) Attitude maneuver path planning method with terminal constraint
Li et al. Online self-calibration research of single-axis rotational inertial navigation system
CN109459065A (en) A kind of gyro installation matrix scaling method based on satellite inertial Space Rotating posture
CN110285815A (en) It is a kind of can in-orbit whole-process application micro-nano satellite multi-source information attitude determination method
CN103674059A (en) External measured speed information-based horizontal attitude error correction method for SINS (serial inertial navigation system)
CN102645223A (en) Serial inertial navigation vacuum filtering correction method based on specific force observation
CN109489661B (en) Gyro combination constant drift estimation method during initial orbit entering of satellite
CN105509768A (en) Error calibration method of uniaxial north seeker
CN105352527A (en) Biaxial indexing mechanism-based fiber-optic gyroscope calibration method
Babcock CubeSat attitude determination via Kalman filtering of magnetometer and solar cell data
CN114061575B (en) Missile attitude angle precise alignment method and system under condition of large misalignment angle
Quinchia et al. A low-cost GPS&INS integrated system based on a FPGA platform
CN103950555A (en) High-precision keeping and control method for relative positions with ultra-close distance
CN107132850B (en) Change rail posture based on angular speed tracking keeps control method
Hong et al. Application of EKF for missile attitude estimation based on “SINS/CNS” integrated guidance system
RU2597015C1 (en) System for controlling spatial orientation of spacecraft using gimballess orbital gyrocompass
CN103292808A (en) Strapdown inertial navigation system gyro drift and course error correction method by using only position information under one position inertial system
CN109781102B (en) Attitude measurement method and system based on double super platforms