RU2657809C1 - Method of determining of space craft own rotation about center of mass angular velocity - Google Patents

Method of determining of space craft own rotation about center of mass angular velocity Download PDF

Info

Publication number
RU2657809C1
RU2657809C1 RU2017110755A RU2017110755A RU2657809C1 RU 2657809 C1 RU2657809 C1 RU 2657809C1 RU 2017110755 A RU2017110755 A RU 2017110755A RU 2017110755 A RU2017110755 A RU 2017110755A RU 2657809 C1 RU2657809 C1 RU 2657809C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
angular velocity
spacecraft
sun
determining
rotation
Prior art date
Application number
RU2017110755A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Валерьевич Латынцев
Сергей Владимирович Меус
Евгения Федоровна Шашенко
Original Assignee
Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва"
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 "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" filed Critical Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва"
Priority to RU2017110755A priority Critical patent/RU2657809C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2657809C1 publication Critical patent/RU2657809C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Navigation (AREA)

Abstract

FIELD: astronautics.
SUBSTANCE: invention relates to spacecrafts (SC) orientation control by a solar sensor. Method consists in the Sun angular position measuring (two angles) in the SC own axes in successive time intervals. Angular velocity estimates are calculated on the basis of the measured angles from simplified (integer) formulas followed by their filtration (to reduce the effect of the solar sensor short-term false readings). Enabled estimation of all three components of the SC angular velocity without use (in case of failure) of angular velocity sensors.
EFFECT: increasing the SC reliability with a decrease in the load on the onboard computer.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области космической техники и может быть использовано в системах управления ориентацией космических аппаратов (КА).The invention relates to the field of space technology and can be used in control systems for the orientation of spacecraft (SC).

Известны способы определения относительной угловой скорости КА при колебательном процессе управления ориентацией объекта на подвижный ориентир, позволяющие определить относительную угловую скорость движения КА вокруг его центра масс (ЦМ) по отношению к подвижному ориентиру (авторские свидетельства СССР №1819831 от 1990 г., №1819832 от 1990 г., патент RU №2396188 от 2009 г.).Known methods for determining the relative angular velocity of the SPACECRAFT during the oscillatory process of controlling the orientation of an object to a moving landmark, which allows to determine the relative angular velocity of the SPACECRAFT around its center of mass (CM) with respect to the moving landmark (copyright certificate of the USSR No. 1819831 of 1990, No. 1819832 of 1990, patent RU No. 2396188 from 2009).

Способ, изложенный в авторском свидетельстве №1819831, заключается в том, что относительную угловую скорость КА определяют по информации о скорости вращения маховиков электромаховичных двигателей (ЭДМ) в момент достижения угловым отклонением ориентируемой оси от направления на ориентир экстремального значения (авторское свидетельство СССР №1819831, 1990 г., МПК B64G 1/24).The method described in the copyright certificate No. 1819831 consists in determining that the relative angular velocity of the spacecraft is determined by the information on the rotation speed of the flywheels of electromotive engines (EDM) at the moment when the angular deviation of the oriented axis from the direction to the landmark reaches extreme values (USSR copyright certificate No. 1819831, 1990, IPC B64G 1/24).

Недостатком данного способа является невозможность его применения в режимах сохранения живучести КА ввиду непригодности использования ЭДМ в этом режиме (режимы обеспечения живучести КА традиционно осуществляются с помощью реактивных двигателей ввиду ограниченности энергоресурсов в данных режимах).The disadvantage of this method is the impossibility of its application in the modes of preserving the survivability of the spacecraft due to the unsuitability of using the EDM in this mode (the modes of ensuring the survivability of the spacecraft are traditionally carried out using jet engines due to the limited energy resources in these modes).

Способ, изложенный в авторском свидетельстве №1819832, заключается в том, что относительную угловую скорость определяют как разность измеренной текущей абсолютной угловой скорости и угловой скорости, запомненной на момент достижения угловым отклонением ориентируемой оси от направления на ориентир экстремального значения (авторское свидетельство СССР №1819832, 1990 г., МПК B64G 1/24).The method described in the copyright certificate No. 1819832, is that the relative angular velocity is defined as the difference between the measured current absolute angular velocity and the angular velocity, memorized at the time the angular deviation of the oriented axis from the direction to the landmark of extreme values (USSR copyright certificate No. 1819832, 1990, IPC B64G 1/24).

Недостатком данного способа является невозможность определить собственную угловую скорость вращения КА вокруг своего центра масс без использования устройств измерения скорости.The disadvantage of this method is the inability to determine its own angular velocity of rotation of the spacecraft around its center of mass without the use of speed measuring devices.

В качестве прототипа выбран способ, изложенный в патенте RU №2396188, состоящий в том, что в течение интервала времени Δ не менее двух раз определяют проекции на связанные оси космического аппарата (OXKA, OYKA, OZKA) единичного вектора, направленного из центра масс на звезду, по формулам:As a prototype, the method described in patent RU No. 2396188 was selected, which consists in the fact that during the time interval Δ, projections onto the connected axes of the spacecraft (OX KA , OY KA , OZ KA ) of a unit vector directed from the center are determined masses per star, according to the formulas:

Figure 00000001
Figure 00000001

где:Where:

β ПОС - проекция на ось OXKA единичного вектора направления на звезду; β POS - projection onto the axis OX KA of the unit direction vector to the star;

α ПОС - проекция на ось OZKA единичного вектора направления на звезду; α POS - the projection onto the axis OZ KA of the unit direction vector to the star;

γ КА - проекция на ось OYKA единичного вектора направления на звезду; γ KA - projection onto the OY KA axis of a unit direction vector to the star;

α, и β - результаты измерения текущего направления на звезду, например, Солнце;α, and β are the results of measuring the current direction to the star, for example, the Sun;

ХПОС - максимальная величина β, измеряемая прибором ориентации на Солнце по оси OXKA;X POS - the maximum value of β, measured by the device of orientation to the Sun along the axis OX KA ;

ZПОС - максимальная величина α, измеряемая указанным прибором по оси OZKA, рассчитывают углы ϕКА(t), ψКА(t), θKA(t) между проекциями единичного вектора на плоскости связанных с КА осей и этими осями по формулам:Z POS - the maximum value of α measured by the indicated device along the OZ KA axis, the angles ϕ KA (t) , ψ KA (t) , θ KA (t) between the projections of the unit vector on the plane of the axes connected with the KA and these axes are calculated by the formulas:

Figure 00000002
Figure 00000002

рассчитывают разность величин этих углов на интервале времени Δ и в результате деления их на величину Δ определяют значения и знаки проекций ω x , ω у , ω z вектора собственной средней угловой скорости (ω КА) космического аппарата на его связанные оси ОХКА, OYKA, OZKA.calculate the difference in the values of these angles in the time interval Δ and, as a result of dividing them by the value Δ, determine the values and signs of the projections ω x , ω y , ω z of the vector of the average mean angular velocity ( ω KA ) of the spacecraft on its connected axis OX KA , OY KA , OZ KA .

Техническим результатом известного способа является возможность определения вектора угловой скорости собственного вращения КА по результатам измерения направления на Солнце или другие звезды в связанной системе координат (патент RU №2396188, 2009 г., МПК B64G 1/24).The technical result of the known method is the ability to determine the angular velocity vector of the spacecraft’s own rotation according to the results of measuring the direction to the Sun or other stars in a linked coordinate system (patent RU No. 2396188, 2009, IPC B64G 1/24).

К недостаткам данного способа можно отнести невозможность определения собственной угловой скорости вращения КА вокруг направления на Солнце или другие звезды, использование высокоресурсных математических функций (например, тригонометрические функции при вычислении углов ϕКА(t), ψКА(t), θKA(t)), значительно затрудняющих реализацию в цифровых машинах с поддержкой только целочисленной математики, вследствие чего ограниченным математическим функционалом, а также получение ложных значений угловой скорости при кратковременных недостоверных показаниях с прибора.The disadvantages of this method include the impossibility of determining the intrinsic angular velocity of the spacecraft rotation around the direction to the Sun or other stars, the use of high-resource mathematical functions (for example, trigonometric functions in calculating the angles ϕ of the spacecraft (t) , ψ of the spacecraft (t) , θ KA (t) ), which significantly impede the implementation in digital machines with support only for integer mathematics, as a result of which limited mathematical functionality, as well as obtaining false values of angular velocity with short-term inaccuracies testimony from the device.

Задачей настоящего изобретения является создание способа определения угловых скоростей собственного вращения КА вокруг центра масс, в том числе вокруг направления на Солнце, с использованием целочисленных математических операций и обеспечение защиты от кратковременных ложных показаний с солнечного датчика (СД) для алгоритма, к которому не предъявляются требования по высокой точности определения угловой скорости вращения КА вокруг ЦМ.The objective of the present invention is to provide a method for determining the angular velocities of the spacecraft’s own rotation around the center of mass, including around the direction to the Sun, using integer mathematical operations and providing protection against short-term false readings from the solar sensor (SD) for an algorithm that is not required high accuracy in determining the angular velocity of the spacecraft rotation around the CM.

Поставленная задача решается следующим образом.The problem is solved as follows.

Определение угловой скорости вращения космического аппарата по СД вокруг центра масс заключается в измерении углового положения Солнца относительно осей, связанных с корпусом КА, на последовательных интервалах времени и вычислении оценки угловой скорости на основе полученных данных. Вычисление оценки угловой скорости КА отличается от способа, используемого в прототипе, тем, что вычисление оценок угловых скоростей КА производится исходя из необходимости определения трех составляющих угловой скорости (в том числе и вокруг направления на Солнце) и использования только целочисленной математики по показаниям СД. Оценку угловой скорости собственного вращения КА определяют по формулеThe determination of the angular velocity of rotation of the spacecraft from the SD around the center of mass consists in measuring the angular position of the Sun relative to the axes associated with the spacecraft’s body at successive time intervals and calculating an estimate of the angular velocity based on the data obtained. The calculation of the estimation of the angular velocity of the spacecraft differs from the method used in the prototype in that the calculation of the estimates of the angular velocity of the spacecraft is based on the need to determine the three components of the angular velocity (including around the direction to the sun) and use only integer mathematics from the readings of the SD. The assessment of the angular velocity of the own rotation of the spacecraft is determined by the formula

Figure 00000003
Figure 00000003

Кроме того, предложенный способ предусматривает фильтрацию вычисленных оценок, что позволяет уменьшить влияние ложных показаний солнечного датчика на вычисленные оценки угловой скорости КА. Фильтрацию производят по формуле:In addition, the proposed method provides for filtering the calculated estimates, which reduces the influence of false readings of the solar sensor on the calculated estimates of the angular velocity of the spacecraft. Filtration is carried out according to the formula:

Figure 00000004
Figure 00000004

где α i , α i -1 - угол альфа с солнечного датчика в текущий момент времени и предыдущий;where α i , α i -1 is the angle alpha from the solar sensor at the current time and the previous one;

β i , β i - 1 - угол бета с солнечного датчика в текущий момент времени и предыдущий; β i , β i - 1 - beta angle from the solar sensor at the current time and the previous one;

k - кусочно-непрерывная функция, заменяющая косинус угла; k is a piecewise continuous function replacing the cosine of the angle;

Δt - период времени между двумя съемами информации;Δ t is the time period between two information acquisitions;

Figure 00000005
- оценки угловых скоростей КА;
Figure 00000005
- estimates of the angular velocity of the spacecraft;

Figure 00000006
- коэффициенты фильтра;
Figure 00000006
- filter coefficients;

Figure 00000007
- используемая угловая скорость в текущий момент времени и предыдущий.
Figure 00000007
- used angular velocity at the current time and previous.

Техническая сущность заявленного способа поясняется рисунками.The technical nature of the claimed method is illustrated by drawings.

На фиг. 1 показаны СД, его оси и соотношение с осями КА; углы, определяемые СД.In FIG. 1 shows the SD, its axis and the relationship with the axes of the spacecraft; angles determined by LED.

На фиг. 2 показан пример влияния двух угловых скоростей на движение Солнца в поле зрения СД.In FIG. Figure 2 shows an example of the influence of two angular velocities on the motion of the Sun in the field of view of LEDs.

На фиг. 1 и фиг. 2 введены следующие обозначения:In FIG. 1 and FIG. 2, the following notation is introduced:

OXKA, OYKA, OZKA - оси системы координат, связанные с корпусом КА и проходящие через его ЦМ;OX KA , OY KA , OZ KA - axis of the coordinate system associated with the spacecraft body and passing through its CM;

ОХСД, ОYСД, ОZСД - оси системы координат СД (для простоты понимания сущности изобретения их направление совпадает с направлением осей ОХКА, OYKA, OZKA);OX SD , OY SD , OZ SD - the axis of the coordinate system of the SD (for ease of understanding of the invention, their direction coincides with the direction of the axes of OX KA , OY KA , OZ KA );

+α, -α, +β, -β - направления отсчета углов альфа и бета;+ α, -α, + β, -β - directions of reference angles alpha and beta;

Figure 00000008
- вектор направления на Солнце;
Figure 00000008
- direction vector to the sun;

α S , β S - углы отклонения Солнца в системе координат СД; α S , β S - angles of deviation of the Sun in the coordinate system of SD;

Figure 00000009
, ω x , ω у , ω z - угловая скорость вращения КА и ее проекции на оси связанной с КА системы координат.
Figure 00000009
, ω x , ω y , ω z is the angular velocity of the spacecraft and its projection on the axis of the coordinate system associated with the spacecraft.

Сущность изобретения заключается в том, что перемещение Солнца в поле зрения СД происходит вследствие вращения КА. Имея информацию о двух углах положения Солнца в поле зрения датчика можно оценить изменение трех проекций угловой скорости КА, после чего провести фильтрацию полученной оценки для уменьшения влияния ложных показаний СД на вычисленную угловую скорость.The essence of the invention lies in the fact that the movement of the Sun in the field of view of diabetes occurs due to the rotation of the spacecraft. Having information about the two angles of the position of the Sun in the field of view of the sensor, one can evaluate the change in three projections of the angular velocity of the spacecraft, and then filter the resulting estimate to reduce the effect of false readings of LEDs on the calculated angular velocity.

Скорость изменения направления на Солнце за виток для КА на околоземной орбите (в предположении отсутствия собственного вращения КА вокруг его центра масс) не превышает 2.33⋅10-7 рад/с. Поэтому перемещение Солнца в поле зрения датчика в большей степени (преимущественно) обусловлено вращением КА с собственной угловой скоростью

Figure 00000010
(ω x , ω у , ω z ) и по изменениям координат Солнца в разные моменты времени можно восстановить значение компонент ω x , ω у , ω z угловой скорости КА. Координаты Солнца в поле зрения СД и границы поля зрения прибора представлены на фиг. 1.The rate of change of direction on the Sun per revolution for the spacecraft in near-Earth orbit (assuming there is no proper rotation of the spacecraft around its center of mass) does not exceed 2.33⋅10 -7 rad / s. Therefore, the movement of the Sun in the field of view of the sensor is more (mainly) due to the rotation of the spacecraft with its own angular velocity
Figure 00000010
( ω x , ω у , ω z ) and by changing the coordinates of the Sun at different points in time, it is possible to restore the value of the components ω x , ω у , ω z of the angular velocity of the spacecraft. The coordinates of the Sun in the field of view of the LED and the boundaries of the field of view of the device are presented in FIG. one.

Рассмотрим движение Солнца в поле зрения СД в два последовательных момента времени i и i-1. Координаты Солнца в поле зрения датчика составят α i , β i и α i -1 , β i -1 соответственно. На перемещение Солнца в поле зрения по углу α влияют скорости по осям OZKA и OXKA, а по углу β - скорости по осям OYKA и OXKA по следующим формулам:Consider the movement of the Sun in the field of view of LEDs at two consecutive instants of time i and i-1 . The coordinates of the Sun in the field of view of the sensor will be α i , β i and α i -1 , β i -1, respectively. The movement of the Sun in the field of view along the angle α is affected by the velocities along the OZ KA and OX KA axes, and along the angle β , the velocities along the OY KA and OX KA axes are affected by the following formulas:

Figure 00000011
Figure 00000011

где α i , α i -1 - угол альфа с СД в текущий и предыдущий моменты времени;where α i , α i -1 is the angle alpha with LED at the current and previous time points;

β i , β i -1 - угол бета с СД в текущий и предыдущий моменты времени; β i , β i -1 - angle of beta with diabetes at the current and previous time points;

Figure 00000012
- истинная угловая скорость КА;
Figure 00000012
- true angular velocity of the spacecraft;

Δt - период времени между двумя съемами информации.Δ t is the period of time between two pieces of information.

Фиг. 2 поясняет формирование координат Солнца в формулах (9), в предположении, что угловая скорость по OYKA равна нулю, для наглядности раскрытия сущности изобретения. Для иных вариантов распределения скорости вращения КА по каналам иллюстрации строятся аналогичным образом.FIG. 2 illustrates the formation of the coordinates of the Sun in formulas (9), under the assumption that the angular velocity in OY KA is zero, for clarity of disclosure of the invention. For other variants of the distribution of the spacecraft rotation speed along the channels, illustrations are constructed in a similar way.

Для заявленного способа, не требующего высокой точности определения угловой скорости вращения КА, при поле зрения прибора, не превышающем 90°, формула (9) запишется следующим образом:For the claimed method, which does not require high accuracy in determining the angular velocity of rotation of the spacecraft, with the field of view of the device not exceeding 90 °, formula (9) is written as follows:

Figure 00000013
Figure 00000013

где

Figure 00000014
- вычисленные оценки углов α и β в момент времени;Where
Figure 00000014
- calculated estimates of the angles α and β at time;

k α , β - кусочно-непрерывная функция, заменяющая косинус угла (при α i , β i не более 0.262 рад k α , β принимались равными 0.99, при α i , β i больше 0.262 рад k α , β принимались равными 0.90), синусы углов заменены самими углами; k α , β is a piecewise continuous function that replaces the cosine of the angle (for α i , β i no more than 0.262 rad k α , β were taken equal to 0.99, for α i , β i more than 0.262 rad k α , β were taken equal to 0.90), the sines of the corners are replaced by the corners themselves;

Figure 00000015
- оценки угловых скоростей КА, которые необходимо найти.
Figure 00000015
- estimates of the angular velocity of the spacecraft to be found.

Разница между оценками и измерениями координат Солнца возникает по следующим причинам: неточное знание угловой скорости, погрешности СД и погрешность вычисления. Очевидно, что погрешность измерений и погрешность вычислений вносят менее весомый вклад по сравнению с погрешностью знания скорости.The difference between estimates and measurements of the coordinates of the Sun occurs for the following reasons: inaccurate knowledge of angular velocity, SD error, and calculation error. Obviously, the measurement error and the calculation error make a less significant contribution compared to the speed knowledge error.

Из (10) очевидным образом получаем оценки скоростей по осям OZKA и OYKA From (10) we obviously obtain estimates of the velocities along the axes OZ KA and OY KA

Figure 00000016
Figure 00000016

Для получения оценки угловой скорости по оси OXKA предположим, что разница по углу α (α i -α i -1 ) является результатом влияния угловой скорости по оси OZKA, тогда разность между оценкой угла и самим углом

Figure 00000017
будет вызвана неучтенной скоростью по оси OXKA. Аналогичные рассуждения справедливы и для угла β. В таком предположении оценку угловой скорости по оси OXKA определим по формулеTo obtain an estimate of the angular velocity along the OX KA axis, suppose that the difference in the angle α ( α i - α i -1 ) is the result of the influence of the angular velocity along the OZ KA axis, then the difference between the angle estimate and the angle itself
Figure 00000017
will be caused by the unaccounted velocity along the axis OX KA . Similar considerations hold for angle β. Under this assumption, the estimate of the angular velocity along the axis OX KA is determined by the formula

Figure 00000018
Figure 00000018

илиor

Figure 00000019
Figure 00000019

Для уменьшения влияния кратковременных ложных показаний СД вычисленные оценки угловой скорости дополнительно проходят фильтрациюTo reduce the effect of short-term false LED readings, the calculated estimates of the angular velocity are additionally filtered

Figure 00000020
Figure 00000020

где

Figure 00000021
- коэффициенты фильтра
Figure 00000022
;Where
Figure 00000021
- filter coefficients
Figure 00000022
;

Figure 00000023
- используемая угловая скорость КА в текущий и предыдущий моменты времени.
Figure 00000023
- used angular velocity of the spacecraft at the current and previous points in time.

Значения коэффициентов фильтра лежат в диапазоне (0…1) и выбираются исходя из требуемой скорости сходимости фильтра, параметров СД и необходимой точности определения собственной угловой скорости КА.The values of the filter coefficients lie in the range (0 ... 1) and are selected on the basis of the required convergence rate of the filter, the SD parameters and the necessary accuracy of determining the spacecraft’s own angular velocity.

Подставим в правые части системы (11) и уравнения (14) используемые угловые скорости

Figure 00000024
вместо их оценок
Figure 00000025
, тогда формулы вычисления оценок угловой скорости принимают окончательный видWe substitute the angular velocities used in the right-hand sides of system (11) and equation (14)
Figure 00000024
instead of their ratings
Figure 00000025
then the formulas for calculating the estimates of the angular velocity take the final form

Figure 00000026
Figure 00000026

Таким образом, алгоритм определения и фильтрации угловых скоростей КА по солнечному датчику заключается в следующем.Thus, the algorithm for determining and filtering the angular velocity of the spacecraft by the solar sensor is as follows.

а) на первой итерации определяют и запоминают угловое положение Солнца в связанной с КА системе координат. Начальные значения используемых скоростей и их оценок поступают из других источников либо, при их отсутствии, принимаются равными нулю;a) at the first iteration, the angular position of the Sun in the coordinate system associated with the spacecraft is determined and stored. The initial values of the used speeds and their estimates come from other sources or, in their absence, are taken equal to zero;

б) со второй итерации повторяют следующие действия на каждом шаге измерений:b) from the second iteration, the following actions are repeated at each measurement step:

1) по показаниям солнечного датчика определяют угловое положение Солнца относительно осей, связанных с корпусом КА;1) the solar sensor determines the angular position of the Sun relative to the axes associated with the spacecraft;

2) по формулам (15) вычисляют оценку угловой скорости собственного вращения КА в текущий момент времени по запомненным на предыдущем шаге данным и текущим измерениям об угловом положении Солнца (индексы i-1 и i соответственно);2) using formulas (15), an estimate of the angular velocity of the spacecraft’s own rotation at the current time is calculated from the data stored in the previous step and the current measurements about the angular position of the Sun (indices i-1 and i, respectively);

3) по полученным оценкам угловой скорости по формулам (14) получают значения используемой скорости в текущий момент времени;3) according to the obtained estimates of the angular velocity according to formulas (14), the values of the used speed at the current time are obtained;

4) текущая информация о положении Солнца, значения управляющих скоростей и их оценки запоминаются для следующей итерации.4) current information about the position of the Sun, the values of control speeds and their estimates are remembered for the next iteration.

Данный метод определения угловых скоростей без использования датчиков скорости КА успешно подтвержден испытаниями в составе геостационарного КА, погрешность определения угловой скорости КА при выбранных коэффициентах фильтра

Figure 00000027
составила не более 0.1°/с, если Солнце находилось на краю поля зрения СД, и не более 0.05°/с при отклонении направления на Солнца от центра поля зрения СД до 45°.This method for determining angular velocities without the use of spacecraft speed sensors has been successfully confirmed by tests as part of a geostationary spacecraft, the error in determining the angular velocity of a spacecraft with selected filter coefficients
Figure 00000027
amounted to not more than 0.1 ° / s, if the Sun was at the edge of the field of view of the LED, and not more than 0.05 ° / s when the direction to the Sun deviated from the center of the field of view of the LED to 45 °.

Таким образом, предложенный метод определения собственной угловой скорости КА по солнечному датчику, без применения приборов измерения угловой скорости КА и без применения сложных математических вычислений, позволяет определить все три составляющие вектора угловой скорости, уменьшает влияние ошибок солнечного датчика на определение угловой скорости КА. Данное изобретение может быть эффективно использовано для средних и тяжелых КА в качестве резервного алгоритма определения угловой скорости на случай отказа датчиков угловой скорости в режимах ориентации, для которых требуемая погрешность определения угловой скорости вращения КА не более 0.1%.Thus, the proposed method for determining the intrinsic angular velocity of a spacecraft using a solar sensor, without the use of instruments for measuring the angular velocity of a spacecraft and without the use of complex mathematical calculations, allows one to determine all three components of the angular velocity vector and reduces the influence of errors of the solar sensor on determining the angular velocity of a spacecraft. This invention can be effectively used for medium and heavy spacecraft as a backup algorithm for determining the angular velocity in case of failure of the angular velocity sensors in orientation modes for which the required error in determining the angular velocity of rotation of the spacecraft is not more than 0.1%.

Claims (11)

Способ определения угловой скорости собственного вращения космического аппарата вокруг центра масс, заключающийся в измерении углового положения Солнца относительно осей, связанных с корпусом космического аппарата (КА), на последовательных интервалах времени и вычислении оценки угловой скорости, отличающийся тем, что оценку угловой скорости собственного вращения КА определяют по формулеA method for determining the angular velocity of the spacecraft’s own rotation around the center of mass, which consists in measuring the angular position of the Sun relative to the axes associated with the spacecraft (SC) body at successive time intervals and calculating an estimate of the angular velocity, characterized in that the estimation of the angular velocity of the spacecraft’s own rotation determined by the formula
Figure 00000028
Figure 00000028
и после этого производят ее фильтрацию по формулеand then filter it according to the formula
Figure 00000029
Figure 00000029
где αi, αi-1 - угол альфа с солнечного датчика в текущий момент времени и предыдущий,where α i , α i-1 is the angle alpha from the solar sensor at the current time and the previous one, βi, βi-1 - угол бета с солнечного датчика в текущий момент времени и предыдущий,β i , β i-1 - beta angle from the solar sensor at the current time and the previous one, kα,β - кусочно-непрерывная функция, заменяющая косинус угла,k α, β is a piecewise continuous function replacing the cosine of the angle, Δt - период времени между двумя съемами информации,Δt is the period of time between two pieces of information,
Figure 00000030
Figure 00000031
Figure 00000032
- оценки угловых скоростей КА,
Figure 00000030
Figure 00000031
Figure 00000032
- estimates of the angular velocity of the spacecraft,
Figure 00000033
- коэффициенты фильтра,
Figure 00000033
- filter coefficients,
Figure 00000034
Figure 00000035
- используемая угловая скорость в текущий момент времени и предыдущий.
Figure 00000034
Figure 00000035
- used angular velocity at the current time and previous.
RU2017110755A 2017-03-30 2017-03-30 Method of determining of space craft own rotation about center of mass angular velocity RU2657809C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017110755A RU2657809C1 (en) 2017-03-30 2017-03-30 Method of determining of space craft own rotation about center of mass angular velocity

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017110755A RU2657809C1 (en) 2017-03-30 2017-03-30 Method of determining of space craft own rotation about center of mass angular velocity

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2657809C1 true RU2657809C1 (en) 2018-06-15

Family

ID=62620198

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017110755A RU2657809C1 (en) 2017-03-30 2017-03-30 Method of determining of space craft own rotation about center of mass angular velocity

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2657809C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4758957A (en) * 1985-05-17 1988-07-19 General Electric Company Spacecraft stabilization system and method
US5608634A (en) * 1992-06-12 1997-03-04 Martin Marietta Corp. Low noise spacecraft body rate sensing arrangement for attitude control
RU2396188C1 (en) * 2009-03-18 2010-08-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" Method of determining vector of angular velocity of space vehicle proper rotation about its center of mass
US9027888B2 (en) * 2010-08-11 2015-05-12 Israel Aerospace Industries Ltd. System and method for measurement of angular orientation of aerospace platforms
RU2579387C1 (en) * 2014-11-06 2016-04-10 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" (АО "ВПК "НПО машиностроения") Method of orienting spacecraft using gimballess orbital gyrocompass and system therefor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4758957A (en) * 1985-05-17 1988-07-19 General Electric Company Spacecraft stabilization system and method
US5608634A (en) * 1992-06-12 1997-03-04 Martin Marietta Corp. Low noise spacecraft body rate sensing arrangement for attitude control
RU2396188C1 (en) * 2009-03-18 2010-08-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" Method of determining vector of angular velocity of space vehicle proper rotation about its center of mass
US9027888B2 (en) * 2010-08-11 2015-05-12 Israel Aerospace Industries Ltd. System and method for measurement of angular orientation of aerospace platforms
RU2579387C1 (en) * 2014-11-06 2016-04-10 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" (АО "ВПК "НПО машиностроения") Method of orienting spacecraft using gimballess orbital gyrocompass and system therefor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1582840B1 (en) Inertial navigation system error correction
ES2266158T3 (en) ESTIMATION OF THE POSITION IN AN ORIENTABLE BODY USING A DATA REPRESENTATION THROUGH A MODIFIED QUATERNION.
US10071824B2 (en) Method and apparatus for spacecraft gyroscope scale factor calibration
CN102272554B (en) Signal processing module, navigation device with the signal processing module, vehicle provided with a navigation device and method of providing navigation data
CN102252677A (en) Time series analysis-based variable proportion self-adaptive federal filtering method
Fu et al. Information-reusing alignment technology for rotating inertial navigation system
RU2762143C2 (en) System for determining course and angular spatial position made with the possibility of functioning in polar region
SG187833A1 (en) System and method for measurement of angular orientation of aerospace platforms
US20160116302A1 (en) Method for comparing two inertial units integral with a same carrier
JP5022747B2 (en) Mobile body posture and orientation detection device
CN103674059A (en) External measured speed information-based horizontal attitude error correction method for SINS (serial inertial navigation system)
EP3123209B1 (en) Absolute vector gravimeter and methods of measuring an absolute gravity vector
CN109489661B (en) Gyro combination constant drift estimation method during initial orbit entering of satellite
RU2378616C1 (en) Celestial guidance system
CN110702110A (en) Ship heave motion measurement method based on unscented Kalman filtering
US10852159B2 (en) Method for controlling the precession of a vibrating structure gyroscope
RU2382988C1 (en) Strapdown inertial reference system on "coarse" detecting elements
RU2657809C1 (en) Method of determining of space craft own rotation about center of mass angular velocity
RU2462690C1 (en) Integrated inertial satellite system for orientation and navigation
US11428820B1 (en) Method to determine airborne lidar installation angles using ground returns and INS/GPS data
JP4807301B2 (en) Attitude angle measuring device and attitude angle measuring method used for the attitude angle measuring device
Ben et al. Research on error modulating of SINS based on single-axis rotation
US20130031978A1 (en) Gyroscopic measurement by a gyroscope vibrating in precession
RU2502049C1 (en) Small-size platformless inertial navigation system of medium accuracy, corrected from system of air signals
Klimkovich et al. Determination of time delays in measurement channels during SINS calibration in inertial mode