RU2676844C1 - System of return of course orientation of space vehicle using orbital gyrocompass - Google Patents

System of return of course orientation of space vehicle using orbital gyrocompass Download PDF

Info

Publication number
RU2676844C1
RU2676844C1 RU2017141110A RU2017141110A RU2676844C1 RU 2676844 C1 RU2676844 C1 RU 2676844C1 RU 2017141110 A RU2017141110 A RU 2017141110A RU 2017141110 A RU2017141110 A RU 2017141110A RU 2676844 C1 RU2676844 C1 RU 2676844C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
adder
inputs
outputs
Prior art date
Application number
RU2017141110A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Илья Николаевич Абезяев
Алена Викторовна Андреяненкова
Павел Евгеньевич Величко
Сергей Николаевич Зимин
Анатолий Игоревич Поцеловкин
Дмитрий Владиславович Фокин
Original Assignee
Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение 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" filed Critical Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения"
Priority to RU2017141110A priority Critical patent/RU2676844C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2676844C1 publication Critical patent/RU2676844C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/24Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control

Abstract

FIELD: astronautics.SUBSTANCE: system for the recovery of the course orientation (CO) of a spacecraft (SC) using an orbital gyrocompass (OGC) contains a device for orientation on the Earth (DOE), a unit of gyroscopic angular velocity meters (UAVM), navigation-ballistic unit (NBU), containing a central on-board computer (COBC) and satellite navigation equipment (SNE), nine adders, three amplification and conversion modules (ACM, ACM, ACM), cosine (CAT) and sine (SAT) angle transducers, four units of compensation for the influence of orientation channels (UCIC), three integrators, a module of logical zero (MLZ), a module for calculating the heading angle (MCHA), a module for forming a command (MFC), program rotation calculation module (PRCM), five normally closed keys (K1÷K5), five normally open keys (K1÷K5), stabilization system (SS).EFFECT: quality is improved and the transition time is reduced when the spacecraft course orientation is restored with the use of free-form OGC.1 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области космической техники и может быть использовано для восстановления курсовой ориентации космического аппарата (КА) относительно орбитальной системы координат (ОСК) с применением орбитального гирокомпаса (ОГК) бесплатформенного типа.The present invention relates to the field of space technology and can be used to restore the directional orientation of the spacecraft (SC) relative to the orbital coordinate system (OSK) using an orbital gyrocompass (OGK) of the strap-type type.

В известных системах ориентации, построенных по принципу орбитального гирокомпасирования, восстановление курсовой ориентации выполняется путем простого включения режима ОГК после того как вертикаль КА построена с помощью прибора ориентации по Земле (ПОЗ), см. например, книгу [1] авторов Бесекерского В.А., Иванова В.А., Самотокина Б.Б. «Орбитальное гирокомпасирование». СПб. 251 с. 1993.In the known orientation systems built on the principle of orbital gyrocompassing, the course orientation is restored by simply turning on the OGK mode after the spacecraft’s vertical is constructed using the Earth-orientation device (POS), see, for example, book [1] by V. A. Besekersky authors , Ivanova V.A., Samotokina B.B. "Orbital gyrocompassing." SPb. 251 p. 1993.

В книге рассмотрено устройство восстановления курсовой ориентации КА с помощью гироорбитанта (гироорбиты). К недостаткам работы устройства следует отнести большое время на восстановление курсовой ориентации и низкое качество переходного процесса, выражающееся в большой величине перерегулирования в каналах угловой ориентации КА порядка 5÷10°. Аналогичными недостатками обладают все, без исключения, известные типы ОГК, например, [3-6]. Это связано с тем, что в классическом ОГК восстановление курсовой ориентации осуществляется путем непосредственного включения режима гирокомпасирования, который принципиально не приспособлен к работе в таком режиме. При этом движение КА в сторону устойчивого полюса (плоскость орбиты) происходит слишком долго, некоординированно, с большим ошибками по каналам ориентации. Крайне негативно этот недостаток проявляется в системах управления орбитальных КА с релейным режимом стабилизации на реактивных двигателях.The book discusses a device for restoring the course orientation of a spacecraft using a gyroorbitant (gyroorbits). The disadvantages of the device should include a long time to restore the course orientation and the low quality of the transition process, expressed in a large amount of overshoot in the channels of the angular orientation of the spacecraft of the order of 5 ÷ 10 °. Similar disadvantages are possessed by all, without exception, known types of OGKs, for example, [3-6]. This is due to the fact that in the classic OGKs, the exchange rate orientation is restored by directly turning on the gyrocompassing mode, which is fundamentally not adapted to work in this mode. In this case, the motion of the spacecraft toward the stable pole (orbital plane) takes too long, uncoordinated, with large errors along the orientation channels. Extremely negatively, this drawback is manifested in control systems of orbital spacecraft with relay stabilization mode on jet engines.

Близким аналогом может служить техническое решение, представленное в патенте 2509690 RU, которое имеет указанные выше недостатки, но имеет

Figure 00000001
возможности для их устранения.A close analogue may be the technical solution presented in the patent 2509690 RU, which has the above disadvantages, but has
Figure 00000001
opportunities to eliminate them.

Техническим результатом является повышение качества и существенное уменьшение времени переходного процесса при восстановлении курсовой ориентации КА с применением ОГК бесплатформенного типа.The technical result is to improve the quality and significantly reduce the transition process when restoring the course orientation of the spacecraft with the use of strap-type WGCs.

В отличие от известного устройства, которое содержит прибор ориентации по Земле (ПОЗ), а так же последовательно включенные в канале крена первый сумматор, первый модуль усиления и преобразования (МУП), второй сумматор, третий сумматор, первый интегратор, выход и вход которого являются входами в контур системы стабилизации (СС) КА по крену соответственно по углу и угловой скорости, при этом выход первого интегратора одновременно подключен ко второму входу первого сумматора, содержащее в канале тангажа последовательно включенные четвертый сумматор, второй МУП, пятый и шестой сумматоры, второй интегратор, выход и вход которого являются входами в контур СС КА по тангажу соответственно по углу и угловой скорости, при этом выход второго интегратора одновременно подключен ко второму входу четвертого сумматора, содержащее в канале курса косинусный (КПУ) и синусный преобразователи углов (СПУ), вход первого из которых соединен со входом первого МУП, а вход второго соединен со входом второго МУП, при этом выходы обоих преобразователей подключены соответственно к первому и второму входам седьмого сумматора, который включен в цепь последовательно соединенных самого седьмого сумматора, третьего МУП, восьмого и девятого сумматоров и третьего интегратора, выход и вход которого являются входами в контур СС КА по курсу соответственно по углу и угловой скорости, содержащая четыре блока компенсации взаимовлияния каналов ориентации (БКВК), входы первого и второго из которых подключены к выходу третьего интегратора, а их выходы подключены ко вторым входам третьего и шестого сумматоров соответственно, вход третьего БКВК подключен к выходу первого интегратора, а выход подключен ко второму входу девятого сумматора, вход четвертого БКВК подключен к выходу второго интегратора, а выход подключен к третьему входу девятого сумматора, содержащая так же блок гироскопических измерителей угловых скоростей (БИУС), датчики которого установлены по связанным осям КА и навигационно-баллистический блок (НББ), в систему дополнительно введены модуль логического нуля (МЛН) с функцией «пересечения» сигналов

Figure 00000002
, где ε заданное малое значение сигналов ПОЗ, например 0,1°, модуль вычисления курсового угла (МВКУ) с вычислительной функцией
Figure 00000003
, где ωXi, ωZi - измеренные БИУС абсолютные угловые скорость КА в каналах крена и тангажа соответственно, модуль формирования команды (МФК) на подключение БИУС и ПОЗ к ОГК, модуль расчета программного поворота (МРПП), пять нормально-замкнутых ключей (КНЗ) и пять нормально разомкнутых ключей (КНР), при этом входы первого и второго КНЗ подключены к выходам ПОЗ по крену и тангажу, а их выходы - ко входам ИО в каналах крена и тангажа соответственно, входы третьего, четвертого и пятого КНЗ соединены с выходами БИУС в каналах крена, курса и тангажа, а их выходы подключены ко входам ИО в каналах крена, курса и тангажа соответственно, входы первого и второго КНР соединены с выходами ПОЗ по крену и тангажу, а их выходы подключены к первым входам первого и четвертого сумматоров соответственно, входы третьего, четвертого и пятого КНP соединены с выходами БИУС по крену, курсу и тангажу, а их выходы подключены ко вторым входам второго, восьмого и пятого сумматоров соответственно, первый и второй вход МЛН соединены с выходами ПОЗ соответственно по крену и тангажу, а его выход подключен к первому входу МВКУ, второй и третий входы которого подключены к выходам БИУС в каналах крена и тангажа соответственно, а выход подключен одновременно ко входам МФК и МРПП, при этом выход МФК подключен ко вторым входам всех КНЗ и всех КНР, а так же к первому входу МРПП, второй вход которого подключен к НББ, а его первый, второй и третий выходы подключены к третьим входам второго, восьмого и пятого сумматоров, а четвертый - ко вторым входам первого, второго, третьего и четвертого БКВК и вторым входам КПУ и СПУ.In contrast to the known device, which contains the Earth orientation device (REF), as well as the first adder, the first amplification and conversion module (MUP), the second adder, the third adder, the first integrator, the output and input of which are sequentially connected in the roll channel the inputs to the circuit of the spacecraft stabilization system (SS) along the roll, respectively, in angle and angular velocity, while the output of the first integrator is simultaneously connected to the second input of the first adder containing in series with the fourth the adder, the second CBM, the fifth and sixth adders, the second integrator, the output and input of which are the inputs to the spacecraft SS circuit in pitch and angle and angular velocity, respectively, while the output of the second integrator is simultaneously connected to the second input of the fourth adder containing a cosine in the heading channel (KPU) and sine angle converters (SPU), the input of the first of which is connected to the input of the first CBM, and the input of the second is connected to the input of the second CBM, while the outputs of both converters are connected respectively to the first and second input Am of the seventh adder, which is connected in series with the seventh adder itself, the third CBM, the eighth and ninth adders, and the third integrator, the output and input of which are inputs to the SS AC circuit at the heading in angle and angular velocity, respectively, containing four channel interference compensation units orientation (BKVK), the inputs of the first and second of which are connected to the output of the third integrator, and their outputs are connected to the second inputs of the third and sixth adders, respectively, the input of the third BKVK It is connected to the output of the first integrator, and the output is connected to the second input of the ninth adder, the input of the fourth BKVK is connected to the output of the second integrator, and the output is connected to the third input of the ninth adder, which also contains a block of gyroscopic angular velocity meters (CIUS) the spacecraft axes and the navigation ballistic unit (BSS), the logical zero module (MLN) with the function of “crossing” signals is additionally introduced into the system
Figure 00000002
where ε is the specified small value of the REF signals, for example, 0.1 °, the heading angle calculation module (MCC) with a computational function
Figure 00000003
, where ω Xi , ω Zi are the measured CIRS absolute angular velocity of the spacecraft in the roll and pitch channels, respectively, the command generation module (MFC) for connecting the CIUS and REF to the OGK, the software module for calculating the rotation (MRP), five normally closed keys (K NC ) and five normally open keys (K NR ), while the inputs of the first and second K NC are connected to the outputs of the RPC in roll and pitch, and their outputs are connected to the inputs of the IO in the channels of roll and pitch, respectively, the inputs of the third, fourth and fifth K NC outputs connected to a CICS bank channels, and pitch rate, and x outputs are connected to inputs of the EUT in the roll channel, rate and pitch, respectively, inputs of the first and second K HP connected to outputs REF roll and pitch, and their outputs are connected to first inputs of first and fourth adders, respectively, the third inputs of the fourth and fifth K NR are connected to the BIUS outputs by roll, heading and pitch, and their outputs are connected to the second inputs of the second, eighth and fifth adders, respectively, the first and second MLN inputs are connected to the REF outputs respectively in roll and pitch, and its output is connected to the first go MVKU, the second and third inputs of which are connected to the outputs of the CIU in the channels of roll and pitch, respectively, and the output is connected simultaneously to the inputs of the MFK and MPPP, while the output of the MFK is connected to the second inputs of all K NC and all K NR , as well as the first MPRP input, the second input of which is connected to the NBB, and its first, second and third outputs are connected to the third inputs of the second, eighth and fifth adders, and the fourth to the second inputs of the first, second, third and fourth BKVK and second inputs of the CPU and SPU.

На фигурах 1÷3 показан пример практической реализации предлагаемого устройства.In figures 1 ÷ 3 shows an example of a practical implementation of the proposed device.

На фиг. 1 обозначено:In FIG. 1 is indicated:

1 - ПОЗ прибор ориентации по Земле;1 - REF orientation device on the Earth;

2 - БИУС блок гироскопических измерителей угловой скорости;2 - BIUS block gyroscopic measuring angular velocity;

3 - НББ навигационно-баллистический блок, содержащий, центральный бортовой компьютер (ЦБК) и аппаратуру спутниковой навигации (АСН);3 - NBB navigation and ballistic unit, comprising, a central on-board computer (PPM) and satellite navigation equipment (ASN);

4÷12 - сумматоры;4 ÷ 12 - adders;

13÷15 - МУП1, МУП2 МУП3 первый, второй и третий модули усиления и преобразования;13 ÷ 15 - MUP 1 , MUP 2 MUP 3 first, second and third amplification and conversion modules;

16÷17 - КПУ и СПУ косинусный и синусный преобразователи;16 ÷ 17 - KPU and SPU cosine and sine converters;

18÷21 - БКВК блоки компенсации взаимовлияния каналов ориентации;;18 ÷ 21 - BKVK blocks compensation for the influence of orientation channels ;;

22÷24 - интеграторы;22 ÷ 24 - integrators;

25 - МЛН модуль логического нуля;25 - MLN logical zero module;

26 - МВКУ модуль вычисления угла курса;26 - MVKU module calculating the angle of the course;

27 - МФК модуль формирования команд;27 - IFC module forming teams;

28 - МРПП модуль расчета программного поворота;28 - MPPP module for calculating the software rotation;

КНЗ1÷КHP5 - нормально-замкнутые ключи;To NC 1 ÷ To HP 5 - normally closed keys;

КНР1÷КНР5 - нормально-разомкнутые ключи;To NR 1 ÷ To NR 5 - normally open keys;

γП, ϑП - выходные сигналы ПОЗ по крену и тангажу соответственно;γ P , ϑ P - output signals REF in roll and pitch, respectively;

ωX, ωY, ωZ - выходные сигналы БИУС в каналах крена, курса и тангажа соответственно;ω X , ω Y , ω Z - output signals CIUS in the channels of the roll, course and pitch, respectively;

СС - система стабилизации;SS - stabilization system;

Figure 00000004
- орбитальная угловая скорость КА, выдаваемая НББ;
Figure 00000004
- the orbital angular velocity of the spacecraft issued by the BSS;

Figure 00000005
- орбитальная угловая скорость КА, реализуемая в ОГК;
Figure 00000005
- the orbital angular velocity of the spacecraft, implemented in the OGK;

Figure 00000006
- вычисленное и запомненное значение курсового угла на момент времени ti;
Figure 00000006
- the calculated and stored value of the heading angle at time t i ;

Figure 00000007
- текущее программное значение угла курса и скорость его изменения;
Figure 00000007
- the current program value of the course angle and its rate of change;

τ - относительное время программного движения КА;τ is the relative time of the programmed motion of the spacecraft;

Figure 00000008
- аргумент разности начального запомненного угла курса
Figure 00000009
и текущего программного значения λ(τ);
Figure 00000008
- argument of the difference of the initial stored angle
Figure 00000009
and the current program value λ (τ);

Figure 00000010
- выходные сигналы ОГК в систему стабилизации КА по углам и угловым скоростям в каналах крена, курса и тангажа соответственно;
Figure 00000010
- OGK output signals to the spacecraft stabilization system at angles and angular velocities in the roll, heading, and pitch channels, respectively;

На фигурах 2 и 3 приведены результаты моделирования работы системы восстановления курсовой ориентации КА для известной системы (фиг. 2) и предложенной (фиг. 3).In figures 2 and 3 shows the results of modeling the operation of the system for restoring the course orientation of the spacecraft for the known system (Fig. 2) and the proposed (Fig. 3).

На фигурах обозначено:In the figures indicated:

γgrad, ψgrad, θgrad - угловое положение КА относительно ОСК по крену, курсу и тангажу соответственно;γ grad , ψ grad , θ grad - the angular position of the spacecraft relative to the OSK in roll, heading and pitch, respectively;

Figure 00000011
Figure 00000012
Figure 00000013
- абсолютные угловые скорости КА в проекциях на собственные оси крена, курса и тангажа.
Figure 00000011
Figure 00000012
Figure 00000013
- the absolute angular velocity of the spacecraft in projections on its own axis of heel, course and pitch.

Система ВО работает следующим образом.The VO system works as follows.

В начальный момент времени выполняется приведение КА к местной вертикали, для чего сигналы ПОЗ по крену γП и тангажу γП через нормально-замкнутые ключи КНЗ1 и КНЗ 2 поступают в СС на исполнительные органы (ИО), например маховики. Одновременно с этим сигналы БИУС ωХ, ωY, ωZ в каналах крена, курса и тангажа через нормально-замкнутые ключи КНЗ 3, КНЗ 4 и КНЗ 5 так же подключены к СС для обеспечения устойчивости процесса стабилизации КА.At the initial moment of time, the spacecraft is brought to the local vertical, for which the REF signals along the roll γ П and pitch γ П through normally-closed keys К НЗ 1 and К НЗ 2 are received in the SS by executive bodies (ИО), for example, flywheels. At the same time, the CIU signals ω X , ω Y , ω Z in the roll, heading and pitch channels through normally-closed keys K NC 3, K NC 4 and K NC 5 are also connected to the SS to ensure stability of the spacecraft stabilization process.

После приведения КА к местной вертикали, ориентация КА по курсу оказывается в некотором произвольном и неопределенном положении. При этом текущее курсовое положение КА задемпфировано по сигналу БИУС в канале курса и удерживается относительно ОСК достаточно стабильно - изменение курсового положения КА происходит очень медленно и ограничено дрейфом гироскопа на уровне ≤0,1°/час.After bringing the spacecraft to the local vertical, the orientation of the spacecraft in the course turns out to be in some arbitrary and indefinite position. At the same time, the current heading position of the spacecraft is damped by the BIUS signal in the heading channel and is relatively stable relative to the CCS - the change in the heading position of the spacecraft occurs very slowly and is limited by the drift of the gyroscope at a level of ≤0.1 ° / hour.

С этого момента начинается восстановление курсового положения КА - приведение КА в плоскость орбиты.From this moment begins the restoration of the course position of the spacecraft - bringing the spacecraft into the orbit plane.

Как только в МЛН выполнится условие «пересечения» сигналов

Figure 00000014
т.е. КА будет приведен к вертикали места с заданной погрешностью ε, МЛН выдает сигнал в МВКУ, для расчета текущего курсового положения
Figure 00000015
. Расчет выполняется по формуле:
Figure 00000016
как функция осредненных на момент времени ti показаний БИУС в каналах крена ωXi и тангажа ωZi. Данное значение угла запоминается и принимается за программный угол, на который надо повернуть КА для его перевода в плоскость орбиты.As soon as the condition for the “intersection” of signals is fulfilled in MLN
Figure 00000014
those. The spacecraft will be reduced to the vertical of the place with a given error ε, the MFN will give a signal to the MVKU to calculate the current heading position
Figure 00000015
. The calculation is performed according to the formula:
Figure 00000016
as a function of the CIU readings averaged over time t i in the roll channels ω Xi and pitch ω Zi . This angle value is remembered and taken as the program angle, by which the spacecraft must be turned to transfer it to the orbit plane.

Запомненное значение угла

Figure 00000017
поступает в МФК и МРПП. При поступлении сигнала
Figure 00000018
в МФК этот модуль вырабатывает команду на переключение нормально-замкнутых ключей в положение «разомкнуто», а нормально-разомкнутых ключей в положение «замкнуто». При этом ПОЗ и БИУС отсоединяются от СС и подключаются в контур гирокомпасирования. Ориентация и стабилизация КА в дальнейшем осуществляется только по выходным сигналам гирокомпаса -
Figure 00000019
.Stored angle
Figure 00000017
enters the IFC and MPPP. When a signal arrives
Figure 00000018
in IFC, this module generates a command to switch normally-closed keys to the “open” position, and normally-open keys to the “closed” position. At the same time, the POS and CIUS are disconnected from the SS and connected to the gyrocompass circuit. Orientation and stabilization of the spacecraft in the future is carried out only by the output signals of the gyrocompass -
Figure 00000019
.

Одновременно с этим по сигналу

Figure 00000017
МРПП рассчитывает программные движения ОГК в процессе курсового приведения КА:
Figure 00000020
Figure 00000021
, где
Figure 00000022
, которые подаются на третьи входы 5, 8 и 11 сумматоров соответственно. Первый и второй сигналы - для компенсации проекций орбитальной угловой скорости в выходных сигналах БИУС крена и тангажа в процессе курсового поворота, а третий - для программного вращения КА по курсу и стабилизации его программного движения в процессе этого движения. Четвертый выход МРПП обеспечивает вычисление текущих значений КПУ и СПУ и вычисления текущих компонент БКВК, которые служат для компенсации «паразитных» перекрестных сигналов в контуре ОГК в процессе программного движения КА. ННБ служит для уточнения угловой орбитальной скорости КА
Figure 00000004
в течение всего времени полета КА.At the same time, on a signal
Figure 00000017
MRPP calculates the programmed movements of the OGKs in the course of the course reduction of the spacecraft:
Figure 00000020
Figure 00000021
where
Figure 00000022
which are fed to the third inputs of the 5, 8 and 11 adders, respectively. The first and second signals are used to compensate for the projections of the orbital angular velocity in the output signals of the CIUS roll and pitch during a course turn, and the third one is for programmed rotation of the spacecraft along the course and stabilization of its programmed motion during this movement. The fourth MRPP output provides the calculation of the current values of the CPU and the control system and the calculation of the current BKVK components, which serve to compensate for “spurious” crosstalk signals in the OGK circuit during the spacecraft programmed motion. The NNS serves to refine the angular orbital velocity of the spacecraft
Figure 00000004
during the entire spacecraft flight.

Уравнения движения ОГК в процессе курсового приведения КА в плоскость орбиты примут вид:The equations of motion of the OGK during the course of the spacecraft reduction to the orbit plane will take the form:

Figure 00000023
Figure 00000023

Figure 00000024
Figure 00000024

Figure 00000025
Figure 00000025

Figure 00000026
Figure 00000026

где к1, к2, к3 - коэффициенты коррекции в каналах крена, курса и тангажа ОГК из состава массивов МПУ 1, 2, 3;where k 1 , k 2 , k 3 are the correction coefficients in the channels of the roll, course and pitch of the OGK from the composition of the MPU 1, 2, 3 arrays;

λ(τ) и

Figure 00000027
- текущее значение программного угла и скорости - задаются проектировщиком исходя из возможностей ИО, например, двигателей маховиков, и требуемого качества переходного процесса.λ (τ) and
Figure 00000027
- the current value of the program angle and speed are set by the designer based on the capabilities of the IO, for example, flywheel engines, and the required quality of the transition process.

Результаты моделирования процесса восстановления курсовой ориентации КА из крайнего положения

Figure 00000028
при нулевых начальных положениях КА по γ и ϑ показаны на фигуре 2.The simulation results of the process of restoring the course orientation of the spacecraft from the extreme position
Figure 00000028
at zero initial positions of the spacecraft with respect to γ and ϑ are shown in figure 2.

В процессе моделирования допустимая угловая погрешность ε - восстановления курсовой ориентации принималась равной 1% от полного значения

Figure 00000029
, а текущее значение программной уставки λ(τ) рассчитывалось по формуле:In the process of modeling, the permissible angular error ε - of the restoration of the course orientation was taken equal to 1% of the full value
Figure 00000029
, and the current value of the program setting λ (τ) was calculated by the formula:

λ(τ)=ωЗ⋅τ,λ (τ) = ω З ⋅τ,

где ωЗ скорость обнуляющего программного поворота задается как максимальная допустимая угловая скорость КА в канале курса. При этом время программного поворота рассчитывалось по формуле:

Figure 00000030
.where ω З the speed of the zeroing program rotation is set as the maximum allowable angular velocity of the spacecraft in the heading channel. In this case, the program rotation time was calculated by the formula:
Figure 00000030
.

Таким образом, для ωЗ=0,2°/с и

Figure 00000031
время программного поворота составило 900 с и стало на порядок меньше по сравнению со временем известной системы ВО (рис. 2, 3), а перерегулирование в канале курса не превысила 1° или 0,6% - существенно меньше чем в известных системах ВО (рис. 2, 3). Одновременно отклонения КА в каналах крена и тангажа относительно ОСК в течение всего времени поворота изменялись незначительно, оставаясь около нулевых значений.Thus, for ω З = 0.2 ° / s and
Figure 00000031
the program turnaround time was 900 s and became an order of magnitude shorter than the time of the known VO system (Figs. 2, 3), and the overshoot in the heading channel did not exceed 1 ° or 0.6% — significantly less than in the known VO systems (Fig. . 2, 3). At the same time, the deviations of the spacecraft in the roll and pitch channels relative to the OSK during the entire rotation time changed insignificantly, remaining near zero values.

Технический результат достигнут как по качеству переходного процесса - процесс близок к оптимальному, так и по времени - время переходного процесса на восстановления курсовой ориентации КА уменьшилось ~ на порядок.The technical result was achieved both in the quality of the transition process - the process is close to optimal, and in time - the time of the transition process to restore the course orientation of the spacecraft decreased ~ by an order of magnitude.

Список литературыBibliography

1. Бесекерский В.А., Иванов В.А.., Самотокин Б.Б. Орбитальное гирокомпасирование. СПб. 251 с. 1993.1. Besekersky V. A., Ivanov V. A. .., Samotokin B. B. Orbital gyrocompassing. SPb. 251 p. 1993.

2. Патент 2509690 RU.2. Patent 2509690 RU.

3. Кэмпбел, Коффи «Цифровые системы отсчета углов». Журнал «Вопросы ракетной техники», 1971 г., №11.3. Campbell, Coffey "Digital systems of reference angles." The journal "Issues of rocket technology", 1971, No. 11.

4. Брайсон А.Е., Кортюм В. Вычисление местного углового положения орбитального космического аппарата. Труды III Международного симпозиума ИФАК. Франция, Тулуза, 1970. Управление в космосе. Том 2. М. Наука. 23 с. 1972.4. Bryson A.E., Kortyum V. Calculation of the local angular position of the orbiting spacecraft. Proceedings of the III International IFAC Symposium. France, Toulouse, 1970. Management in space. Volume 2. M. Science. 23 sec 1972.

5. Раушенбах Б.В., Токарь Е.Н. Управление ориентацией космических аппаратов. М. Наука. 598 с. 1974.5. Raushenbakh B.V., Tokar E.N. Spacecraft orientation control. M. Science. 598 p. 1974.

6. Bowers J.L., Rodden J.J., Scott E.D., Debra D.B. Orbital Gyrocompassing Heading Reference, AIAA Journal of Spacecrat and Rockets, 1968, v. 5, №. 8.6. Bowers J.L., Rodden J.J., Scott E.D., Debra D.B. Orbital Gyrocompassing Heading Reference, AIAA Journal of Spacecrat and Rockets, 1968, v. 5, no. 8.

Claims (1)

Система восстановления курсовой ориентации (ВО) космического аппарата (КА) с использованием орбитального гирокомпаса (ОГК), содержащая прибор ориентации по Земле (ПОЗ), блок гироскопических измерителей угловых скоростей (БИУС), навигационно-баллистический блок (НББ), содержащий центральный бортовой компьютер (ЦБК) и аппаратуру спутниковой навигации (АСН), девять сумматоров, первый, второй и третий модули усиления и преобразования (МУП1, МУП2, МУП3), косинусный (КПУ) и синусный (СПУ) преобразователи углов, четыре блока компенсации взаимовлияния каналов ориентации (БКВК), три интегратора, модуль логического нуля (МЛН), модуль вычисления курсового угла (МВКУ), модуль формирования команды (МФК), модуль расчета программного поворота (МРПП), пять нормально-замкнутых ключей (КНЗ1÷КНЗ5), пять нормально-разомкнутых ключей (КНР1÷КНР5), систему стабилизации (СС), при этом выходы ПОЗ подключены ко входам КНЗ1 и КНЗ2, а также ко входам МЛН, а выходы КНЗ1 и КНЗ2 являются входами в СС, входы КНР1, КНР2 также подключены к выходам ПОЗ, а выход КНР1 подключен к входу сумматора (4), выход КНР2 подключен к входу сумматора (10), выход сумматора (4) подключен к входу МУП1 и ко входу КПУ (16), второй вход сумматора (4) подключен к выходу интегратора (22), выход которого подключен также ко входу БКВК (19), второй вход сумматора (10) подключен к выходу интегратора (24), выход которого подключен также ко входу БКВК (20), выход сумматора (10) подключен к входу МУП2 и к первому входу СПУ (17), вторые входы КПУ (16) и СПУ (17) подключены к первому выходу МРПП (28), к этому же выходу подключены вторые входы четырех БКВК (18-21), выход МУП1 подключен ко входу сумматора (5), а его выход подключен последовательно через сумматор (6) ко входу интегратора (22), выход МУП2 подключен ко входу сумматора (11), выход которого последовательно подключен через сумматор (12) к входу интегратора (24), выходы КПУ (16) и СПУ (17) подключены ко входам сумматора (7), а его выход подключен к входу МУП3, выход МУП3 подключен ко входу сумматора (8), а его выход подключен последовательно через сумматор (9) ко входу интегратора (23), выход которого подключен ко входам БКВК (18) и (21), выход БКВК (18) подключен ко второму входу сумматора (6), выходы БКВК (19) и БКВК (20) подключены ко второму и третьему входам сумматора (9), выход БКВК (21) подключен ко второму входу сумматора (12), входы и выходы интеграторов (22-24) подключены к СС, выходы БИУС подключены поканально ко входам ключей КНЗ3 и КНР3, КНЗ4 и КНР4, КНЗ5 и КНР5, выходы КНЗ3-КНЗ5 подключены к СС, а выходы КНР3-КНР5 - ко вторым входам пятого (5), восьмого (8) и одиннадцатого (11) сумматоров, выход БИУС (2) по крену и тангажу подключен ко входам МВКУ (26), к третьему входу которого подключен выход МЛН (25), выход МВКУ (26) подключен ко входу МФК (27), при этом выход МФК (27) подключен ко вторым входам ключей КНЗ1-КНЗ5 и КНР1-КНР5, выход МВКУ (26) подключен к первому входу МРПП (28), второй, третий и четвертый выходы которого подключены к третьим входам сумматора (5), сумматора (8) и сумматора (11) соответственно, а второй вход МРПП подключен к НББ.A system for reconstructing the directional orientation (VO) of a spacecraft (SC) using an orbital gyrocompass (OGK), containing an Earth-orientation device (POS), a block of gyroscopic angular velocity meters (BIUS), a navigation ballistic unit (BSS) containing a central on-board computer (PPM) and satellite navigation equipment (ASN), nine adders, first, second and third amplification and conversion modules (MUP 1 , MUP 2 , MUP 3 ), cosine (CPU) and sine (SPU) angle converters, four interference compensation units orientation channels (BKVK), three integrators, a logical zero module (MLN), a module for calculating the heading angle (MVKU), a module for generating a command (MFK), a module for calculating program rotation (MPP), five normally closed keys (K NC 1 ÷ To NC 5), five normally open keys (To NO 1 ÷ To NO 5), a stabilization system (SS), while the outputs of the REF are connected to the inputs To NC 1 and To NC 2, as well as to the inputs of the MLN, and the outputs To NS NS 1 and K 2 are inputs to the SS, the inputs K HP 1, HP 2 K are also connected to the outputs REF and the output K HP 1 is connected to an input of the adder (4), the output K 2 NR Connectivity li ne to the input of the adder (10), the output of the adder (4) connected to the input MUP 1 and to the CPU input (16), a second adder input (4) connected to the output of the integrator (22) whose output is also connected to an input BKVK (19) , the second input of the adder (10) is connected to the output of the integrator (24), the output of which is also connected to the input of the BKVK (20), the output of the adder (10) is connected to the input of the CBM 2 and to the first input of the control panel (17), the second inputs of the CPU (16) ) and the SPU (17) connected to the first output MRPP (28) to the same output connected to second inputs of four BKVK (18-21), MUP output 1 is connected to an input of the adder (5), and its O d is connected in series through the adder (6) to the input of the integrator (22), MUP output 2 is connected to an input of the adder (11) whose output is successively connected via an adder (12) to the input of the integrator (24), the CPU outputs (16) and SDA ( 17) are connected to the inputs of the adder (7), and its output is connected to the input of the MUP 3 , the output of the MUP 3 is connected to the input of the adder (8), and its output is connected in series through the adder (9) to the input of the integrator (23), the output of which is connected to the inputs of the BKVK (18) and (21), the output of the BKVK (18) is connected to the second input of the adder (6), the outputs of the BKVK (19) and BKVK (20) sub yucheny to second and third inputs of the adder (9), yield BKVK (21) connected to the second input of the adder (12), the inputs and outputs of the integrators (22-24) connected to the MOP BIUS outputs connected to the inputs of channel-keys K 3 and K NS НР 3, К НЗ 4 and К НР 4, К НЗ 5 and К НР 5, outputs К НЗ 3-К НЗ 5 are connected to the SS, and outputs К НР 3-К НР 5 - to the second inputs of the fifth (5), eighth (8) and the eleventh (11) adders, the output of the CIUS (2) by roll and pitch is connected to the inputs of the MVKU (26), the third input of which is connected to the output MLN (25), the output of the MVKU (26) is connected to the input of the MFK (27) while the output of the IFC (27) is connected ene to the second inputs of the keys K NS 1-K NS 5 and R NR 1-K NR 5 MVKU output (26) connected to the first input MRPP (28), the second, third and fourth outputs of which are connected to the third input of the adder (5) , an adder (8) and an adder (11), respectively, and the second input of the MCB is connected to the NBB.
RU2017141110A 2017-11-27 2017-11-27 System of return of course orientation of space vehicle using orbital gyrocompass RU2676844C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017141110A RU2676844C1 (en) 2017-11-27 2017-11-27 System of return of course orientation of space vehicle using orbital gyrocompass

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017141110A RU2676844C1 (en) 2017-11-27 2017-11-27 System of return of course orientation of space vehicle using orbital gyrocompass

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2676844C1 true RU2676844C1 (en) 2019-01-11

Family

ID=65025251

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017141110A RU2676844C1 (en) 2017-11-27 2017-11-27 System of return of course orientation of space vehicle using orbital gyrocompass

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2676844C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2812876C1 (en) * 2023-07-07 2024-02-05 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" Astronomical orientation system for orbital spacecraft with feedback

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5787368A (en) * 1995-11-03 1998-07-28 Space Systems/Loral, Inc. Spacecraft yaw control using only wheel speed measurements processed through a simple filter bank
RU2239160C1 (en) * 2003-03-18 2004-10-27 Саратовский государственный технический университет Orientation system
RU2579406C1 (en) * 2014-11-06 2016-04-10 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" (АО "ВПК "НПО машиностроения") Correction method and orbital gyrocompass device designed for controlling spacecraft angular motion
RU2597015C1 (en) * 2015-03-18 2016-09-10 Илья Николаевич Абезяев System for controlling spatial orientation of spacecraft using gimballess orbital gyrocompass
WO2017049297A1 (en) * 2015-09-18 2017-03-23 Orbital Sciences Corporation Maneuvering system for earth orbiting satellites with electric thrusters

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5787368A (en) * 1995-11-03 1998-07-28 Space Systems/Loral, Inc. Spacecraft yaw control using only wheel speed measurements processed through a simple filter bank
RU2239160C1 (en) * 2003-03-18 2004-10-27 Саратовский государственный технический университет Orientation system
RU2579406C1 (en) * 2014-11-06 2016-04-10 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" (АО "ВПК "НПО машиностроения") Correction method and orbital gyrocompass device designed for controlling spacecraft angular motion
RU2597015C1 (en) * 2015-03-18 2016-09-10 Илья Николаевич Абезяев System for controlling spatial orientation of spacecraft using gimballess orbital gyrocompass
WO2017049297A1 (en) * 2015-09-18 2017-03-23 Orbital Sciences Corporation Maneuvering system for earth orbiting satellites with electric thrusters

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2812876C1 (en) * 2023-07-07 2024-02-05 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" Astronomical orientation system for orbital spacecraft with feedback

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Akella Rigid body attitude tracking without angular velocity feedback
Fryxell et al. Navigation, guidance and control of AUVs: an application to the MARIUS vehicle
CN104656447A (en) Differential geometry nonlinear control method for aircraft anti-interference attitude tracking
Yu et al. Robust control of flexible spacecraft during large-angle attitude maneuver
RU2509690C1 (en) Device to control spacecraft position in space with help of orbital gyrocompass
Raol et al. On the orbit determination problem
CN111258325B (en) High-precision and high-performance attitude fault-tolerant control method and device for ground remote sensing satellite and computer storage medium
CN110779532B (en) Geomagnetic navigation system and method applied to near-earth orbit satellite
Yan et al. High-accuracy trajectory optimization for a trans-earth lunar mission
Molodenkov et al. Analytical solution of the minimum time slew maneuver problem for an axially symmetric spacecraft in the class of conical motions
RU2676844C1 (en) System of return of course orientation of space vehicle using orbital gyrocompass
Yu et al. Fault‐tolerant attitude tracking control with practical finite time convergence for unmanned aerial vehicles under actuation faults
Sutherland Jr The Kalman filter in transfer alignment of inertial guidance systems.
CN110955255B (en) High-precision orbit control attitude maintaining method, system and medium based on CMG
Liu et al. Data-driven prescribed performance control for satellite with large rotational component
CN100588907C (en) Ship optical fiber gyroscope strapping system initial posture determination method
CN112304309B (en) Method for calculating combined navigation information of hypersonic vehicles based on cardiac array
CN114802818A (en) Morning and evening orbit satellite and sun attitude calculation method and guidance method thereof
Choi et al. Dynamic control allocation for shaping spacecraft attitude control command
RU2597015C1 (en) System for controlling spatial orientation of spacecraft using gimballess orbital gyrocompass
Boskovic et al. A globally stable scheme for spacecraft control in the presence of sensor bias
Adnane et al. Reliable Kalman filtering for satellite attitude estimation under gyroscope partial failure
CN112115574B (en) High-precision pointing tracking control method for different-plane orbit satellite
Gupta et al. Development of navigation guidance and control technology for Indian launch vehicles
CN111189457B (en) Decoupling variable gain autonomous relative navigation method based on CW equation