RU2759173C1 - Method for navigation control of spacecraft injection orbits and a system for its implementation - Google Patents

Method for navigation control of spacecraft injection orbits and a system for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2759173C1
RU2759173C1 RU2021108447A RU2021108447A RU2759173C1 RU 2759173 C1 RU2759173 C1 RU 2759173C1 RU 2021108447 A RU2021108447 A RU 2021108447A RU 2021108447 A RU2021108447 A RU 2021108447A RU 2759173 C1 RU2759173 C1 RU 2759173C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
navigation
spacecraft
glonass
ground
orbits
Prior art date
Application number
RU2021108447A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Степанович Чаплинский
Сергей Сергеевич Кукушкин
Владислав Петрович Коновалов
Василий Иванович Прут
Original Assignee
Акционерное общество "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" (АО "ГКНПЦ им. М.В. Хруничева")
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 "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" (АО "ГКНПЦ им. М.В. Хруничева") filed Critical Акционерное общество "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" (АО "ГКНПЦ им. М.В. Хруничева")
Priority to RU2021108447A priority Critical patent/RU2759173C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2759173C1 publication Critical patent/RU2759173C1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/002—Launch systems
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C19/00—Electric signal transmission systems
    • G08C19/16—Electric signal transmission systems in which transmission is by pulses
    • G08C19/28—Electric signal transmission systems in which transmission is by pulses using pulse code

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Navigation (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

FIELD: navigation.
SUBSTANCE: inventions group relates to the field of navigation of upper stages (US) used to launch a spacecraft (SC) into a working orbit. According to the method, the navigation equipment of the consumer of the services of the GLONASS system is used on the US in the spacecraft launching orbits. At the same time, the GLONASS system includes a ground local addition, consisting of a grouping of ground-controlled navigation stations with known coordinates, which form the GLONASS navigation signals. As a result, a navigation field of the required structure is created in the spacecraft injection orbits, the values ​​of navigation vectors obtained on the measured flight segments are processed in the US control center and the parameters of the spacecraft injection orbit are determined.
EFFECT: ensuring the determination of spacecraft injection orbits in the areas of the spacecraft flight above the continuous navigation field formed by the GLONASS system, eliminating the need for trajectory measurements by ground-based systems, ensuring the flexibility of flight control of the spacecraft systems and expanding the spacecraft navigation support area to highly elliptical and geostationary orbits.
5 cl, 1 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates

Изобретение относится к средствам навигации разгонных блоков, используемых для выведения космического аппарата на рабочую орбиту, в том числе на высокоэллиптическую переходную, геосинхронную и геостационарную. Его использование позволяет обеспечить получение навигационных векторов и определение параметров орбит выведения космических аппаратов при полете разгонных блоков в разрывном навигационном поле космической навигационной системы ГЛОНАСС.The invention relates to a means of navigation of upper stages used to launch a spacecraft into a working orbit, including a highly elliptical transfer, geosynchronous and geostationary. Its use makes it possible to obtain navigation vectors and determine the parameters of spacecraft launch orbits during the flight of upper stages in the explosive navigation field of the GLONASS space navigation system.

Уровень техникиState of the art

Известны системы позиционирования различных объектов, включая и летательные аппараты, основанные на использовании навигационного поля, создаваемого в околоземном пространстве средневысотными космическими навигационными системами (КНС) типа ГЛОНАСС (Россия), (см. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования/Под ред. Перова А.И., Харисова В.Н., Изд.4. М. Радиотехника, 2010, с. 800. [1]), GPS (США), Галилео (Европа) и др. В этих системах до высот 2-4 тыс.км создают сплошное навигационное поле, в любой точке которого одновременно наблюдают не менее четырех навигационных космических аппаратов системы, излучающих навигационные сигналы. При приеме на борту летательного аппарата этих сигналов, содержащих сведения о текущих эфемеридах навигационных космических аппаратов (НКА), и проведении измерений псевдодальности и радиальной псевдоскорости определяют текущие навигационные вектора (компоненты положения и составляющие скорости) летательного аппарата.Known positioning systems for various objects, including aircraft, based on the use of a navigation field created in near-earth space by medium-altitude space navigation systems (SSC) of the GLONASS type (Russia), (see GLONASS. Principles of construction and functioning / Edited by A. Perov. I., Kharisova VN, Publishing 4. M. Radiotekhnika, 2010, S. 800. [1]), GPS (USA), Galileo (Europe), etc. In these systems, up to heights of 2-4 thous. km create a continuous navigation field, at any point of which at least four navigation satellites of the system, emitting navigation signals, are simultaneously observed. When these signals are received on board the aircraft, containing information about the current ephemeris of navigation spacecraft (NSA), and measurements of the pseudorange and radial pseudo-speed are carried out, the current navigation vectors (position components and velocity components) of the aircraft are determined.

Известны и практически применяются системы навигации космических объектов - ракет-носителей, разгонных блоков (РБ) и космических аппаратов (КА) с использованием на космических объектах навигационной аппаратуры потребителя (НАП) КНС. На основе накопления на некотором мерном интервале выборок текущих навигационных векторов, полученных НАП, определяют статистические оценки параметров орбиты космического объекта при его полете в зоне сплошного навигационного поля КНС (см., например, Смашный В.В., Чаплинский B.C. Исследование эффективности использования навигационной аппаратуры потребителя КНС ГЛОНАСС для навигационно-баллистического обеспечения системы космических аппаратов экологического мониторинга. Журнал «Двойные технологии» №1. СИП РИА. МЛ 999, с. 23-24. [2]).Known and practically used are systems for navigation of space objects - launch vehicles, upper stages (RB) and spacecraft (SC) with the use of consumer navigation equipment (NAP) KNS on space objects. Based on the accumulation of samples of current navigation vectors obtained by the NAP on a certain dimensional interval, statistical estimates of the parameters of the orbit of a space object during its flight in the zone of the continuous navigation field of the SPS are determined (see, for example, Smashny V.V., Chaplinsky BC Study of the effectiveness of using navigation equipment consumer KNS GLONASS for navigation and ballistic support of the spacecraft system of environmental monitoring. Magazine "Dual Technologies" No. 1. SIP RIA. ML 999, pp. 23-24. [2]).

Существенным ограничением для применения способов навигации космических объектов, основанных на использовании КНС, является условие нахождение орбит их полета в зоне сплошного навигационного, поля, или, в крайнем случае, навигационного поля, образуемого не менее, чем четырьмя навигационными космическими аппаратами КНС.A significant limitation for the application of methods of navigation of space objects based on the use of the SPS is the condition of finding their flight orbits in the zone of a continuous navigation field, or, in extreme cases, the navigation field formed by at least four SPS navigation spacecraft.

При выведении разгонными блоками (РБ) космических аппаратов на целевые орбиты с использованием многоимпульсных схем в общем случае последовательно формируются опорная, промежуточная, переходная и целевая орбиты. В зоне сплошного навигационного поля средневысотных космических навигационных систем находится лишь опорная и промежуточная орбита, и только параметры этих орбит можно определить по сигналам КНС.When the upper stages (RB) of spacecraft are injected into target orbits using multi-pulse schemes, in the general case, the reference, intermediate, transfer and target orbits are sequentially formed. In the zone of the continuous navigation field of medium-altitude space navigation systems, there is only a reference and an intermediate orbit, and only the parameters of these orbits can be determined from the signals of the CNS.

Для определения параметров переходной и целевой орбиты разгонных блоков, которые находятся выше сплошного навигационного поля КНС, приходится проводить групповые сеансы измерений навигационных параметров РБ (в частности дальности и радиальной скорости) многопунктным наземным измерительным комплексом с использованием специальной бортовой приемо-передающей аппаратуры.To determine the parameters of the transfer and target orbits of the upper stages, which are located above the continuous navigation field of the SPS, it is necessary to carry out group sessions of measurements of the navigation parameters of the RB (in particular, the range and radial speed) with a multipoint ground measuring complex using special on-board transmitting and receiving equipment.

Известны системы траекторного контроля космических объектов, с использованием которых на некотором мерном интервале проводят измерения текущих навигационных параметров, в частности - дальности и радиальной скорости, с наземных пунктов многопунктного измерительного комплекса и по полученным измерениям определяют статистические оценки параметров орбиты космического объекта (см. например, Агаджанов и др./ Космические траекторные измерения./ Под ред. Агаджанова П.А., Дулевича В.Е., Коростелева А.А., М. Сов. радио, 1969, 504 с. п.11.4, с. 426-436 и п. 12.1, с. 463-469 [3]; Основы радионавигационных измерений./ Под ред. Н.Ф. Клюева, Минобороны СССР, 1987, 429 с, п. 8., с. 354-396 [4]).Known systems for trajectory control of space objects, with the use of which, at a certain measured interval, measurements of current navigation parameters, in particular, range and radial speed, are carried out from ground points of a multi-point measuring complex and from the obtained measurements, statistical estimates of the parameters of the orbit of a space object are determined (see, for example, Agadzhanov et al. / Space trajectory measurements. / Edited by PA Agadzhanov, VE Dulevich, AA Korostelev, M. Sov.radio, 1969, 504 pp. 11.4, p. 426- 436 and p. 12.1, pp. 463-469 [3]; Fundamentals of radio navigation measurements. / Edited by N.F. Klyuev, USSR Ministry of Defense, 1987, p. 429, p. 8., pp. 354-396 [4] ).

Однако их применение вынуждает помимо оснащения РБ навигационной аппаратурой потребителя КНС устанавливать еще и специальную бортовую приемо-передающую аппаратуру, работающую совместно с наземными измерительными средствами, что приводит к дополнительным весовым нагрузкам РБ и к потребности дополнительного электрообеспечения. При этом, из-за ограничений по бортовому электропотреблению и обеспечению тепловых режимов число назначаемых сеансов измерений составляет один - два при их малой продолжительности. В групповом сеансе измерительные средства наземных пунктов работают в запросном режиме последовательно. Вследствие переходных процессов и повторного формирования когерентной несущей частоты бортового сигнала при смене наземного пункта, излучающего измерительный сигнал, возможны существенные потери рабочего времени. Эти потери значительно возрастают при вращении разгонного блока вокруг своей продольной оси, которое осуществляют для обеспечения теплового режима. Следствием данных ограничений является сравнительно невысокая эффективность контроля параметров орбит выведения КА наземным измерительным комплексом.However, their use forces, in addition to equipping the RB with the navigation equipment of the KNS consumer, to install special on-board receiving and transmitting equipment that works in conjunction with ground measuring devices, which leads to additional weight loads of the RB and the need for additional power supply. At the same time, due to restrictions on on-board power consumption and ensuring thermal conditions, the number of assigned measurement sessions is one or two with their short duration. In a group session, the measuring means of ground points operate in the interrogation mode sequentially. Due to transient processes and the repeated formation of the coherent carrier frequency of the on-board signal, when changing the ground station emitting the measuring signal, significant losses of working time are possible. These losses increase significantly when the accelerating block rotates around its longitudinal axis, which is carried out to ensure the thermal regime. A consequence of these limitations is the relatively low efficiency of monitoring the parameters of spacecraft injection orbits by a ground-based measuring complex.

Данные обстоятельства побуждают к поиску возможностей использования навигационной аппаратуры потребителя КНС для определения навигационных векторов РБ при его полете по орбитам выведения К А вне сплошного навигационного поля КНС ГЛОНАСС.These circumstances stimulate the search for possibilities of using the navigation equipment of the SOS user to determine the navigation vectors of the RB during its flight along the spacecraft launching orbits outside the continuous navigation field of the SOS GLONASS.

Известно использование для навигации подвижных объектов радиомаяков или «псевдонавигационных спутников» (Абламейко С.В. Глобальные навигационные спутниковые системы /С.В. Абламейко, В.А. Саечников, А.А. Спиридонов. Минск: БГУ, 2011. 147 с, п. 7.1, с. 121-133. [5]; Куприянов А.О. Применение псевдоспутников в позиционировании и навигации/ Изд. ВУЗов «Геодезия и аэрофотосъемка». 2019. Т.63, №4 [6]. Но они ориентированы на работу при наличии сплошного навигационного поля с целью повышения точностных характеристик навигационных определений, а не на восполнение недостающего количества навигационных КА, число которых должно быть не менее четырех, находящихся в зоне радиовидимости контролируемого летательного аппарата.It is known to use radio beacons or "pseudo-navigation satellites" for navigation of mobile objects (Ablameyko S. V. Global navigation satellite systems / S. V. Ablameiko, V. A. Saechnikov, A. A. Spiridonov. Minsk: BSU, 2011. 147 p., p. 7.1, pp. 121-133. [5]; Kupriyanov AO Application of pseudo-satellites in positioning and navigation / Publishing house of universities "Geodesy and aerial photography". 2019. V.63, No. 4 [6]. But they are oriented to work in the presence of a continuous navigation field in order to improve the accuracy of navigation definitions, and not to replenish the missing number of navigation spacecraft, the number of which should be at least four, located in the radio visibility zone of the controlled aircraft.

Системы и средства, изложенные в публикациях [1-6], являются аналогами предлагаемого изобретения.The systems and tools described in publications [1-6] are analogs of the present invention.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention

Задачей настоящего изобретения является разработка способа и системы навигационного контроля разгонных блоков на участках их полета при выведении космических аппаратов на целевые орбиты функционирования в зоне разрывного навигационного поля космической навигационной системы ГЛОНАСС с использованием навигационной аппаратуры потребителя КНС. Высокоэллиптические переходные, геосинхронные и геоцентрические орбиты выведения КА далее будем обобщенно называть - орбиты выведения КА.The objective of the present invention is to develop a method and a system for navigation control of upper stages in their flight areas when spacecraft are injected into target orbits of operation in the zone of a discontinuous navigation field of the GLONASS space navigation system using the navigation equipment of the user of the SPS. Highly elliptical transitional, geosynchronous and geocentric orbits of spacecraft injection will be referred to below as generalized spacecraft injection orbits.

Поставленная задача решается следующим образом.The task is solved in the following way.

Для практического решения задачи обеспечения работы бортовой навигационной аппаратуры потребителя КНС в зоне разрывного навигационного поля предлагается по траектории полета разгонного блока на больших высотах создавать локальное навигационное поле требуемой структуры с использованием наземных управляемых навигационных станций (НУНС), размещаемых на четырех и более наземных пунктах с известными координатами и излучающих навигационные сигналы в верхнюю полусферу. НУНС наряду с орбитальной группировкой навигационных космических аппаратов ГЛОНАСС образуют наземную группировку источников навигационных сигналов, управляемую согласно программе обеспечения выведения КА на рабочую орбиту. Аппаратура формирования навигационных сигналов НУНС должна быть идентичной аппаратуре НКА КНС ГЛОНАСС по частотам, видам модуляции, передаваемой информации. Группировка НУНС, как наземное локальное управляемое дополнение к КНС ГЛОНАСС, при обеспечении навигационного контроля орбит выведения КА должна совместно с орбитальной группировкой ГЛОНАСС и ее наземной инфраструктурой образовывать единую космическо-наземную навигационную систему. НУНС располагают на земной поверхности в фиксированных точках, поэтому их «эфемеридные» ошибки в передаваемых навигационных сигналах пренебрежимо малы. Формирование частотно-временных поправок для навигационных сигналов, излучаемых НУНС, проводят на основе сличения номинального значения частоты и шкалы времени НУНС с номинальным значением частоты и шкалы времени навигационных КА по результатам измерений псевдодальности и радиальной псевдоскорости навигационных КА установленной в НУНС аппаратурой потребителя КНС (с антенной с широкой диаграммой направленности).For a practical solution to the problem of ensuring the operation of the onboard navigation equipment of the SPS consumer in the zone of a discontinuous navigation field, it is proposed to create a local navigation field of the required structure at high altitudes along the flight path of the upper stage at high altitudes using ground controlled navigation stations (NUNS) located at four or more ground points with known coordinates and emitting navigation signals to the upper hemisphere. NUNS, along with the orbital constellation of navigation satellites GLONASS, form a ground constellation of sources of navigation signals, controlled according to the program to ensure the launch of the spacecraft into the working orbit. The equipment for the formation of NUNS navigation signals must be identical to the equipment of the satellite navigation system GLONASS in terms of frequencies, types of modulation, transmitted information. The NUNS constellation, as a ground-based local controllable addition to the GLONASS space station, while providing navigation control of the spacecraft launch orbits, together with the GLONASS orbital constellation and its ground infrastructure, should form a single space-ground navigation system. NUNS are located on the earth's surface at fixed points, so their "ephemeris" errors in the transmitted navigation signals are negligible. Formation of time-frequency corrections for navigation signals emitted by NUNS is carried out on the basis of comparing the nominal value of the frequency and time scale of the NUNS with the nominal value of the frequency and time scale of the navigation spacecraft based on the results of measurements of the pseudo-range and radial pseudo-speed of navigation spacecraft installed in the NUNS by the consumer equipment of the SPS (with the antenna with a wide radiation pattern).

Существенная особенность предлагаемой системы состоит в том, что для функционирования бортовой навигационной аппаратуры контролируемых РБ, полет которых проходит выше сплошного навигационного поля, создаваемого КНС ГЛОНАСС, обеспечивают плотность потока мощности, соответствующую условиям нормальной работы НАП в сплошном навигационном поле. Достаточный уровень плотности потока мощности навигационного сигнала для нормальной работы бортовой НАП на задаваемых мерных интервалах по орбите выведения контролируемого космического объекта получают путем излучения НУНС навигационного сигнала через управляемую антенну с направленной диаграммой излучения, обладающей требуемым коэффициентом усиления.An essential feature of the proposed system is that for the operation of on-board navigation equipment controlled by RBs, the flight of which passes above the continuous navigation field created by the GLONASS SPS, they provide a power flux density corresponding to the conditions of normal operation of the NAP in a continuous navigation field. A sufficient level of the power flux density of the navigation signal for normal operation of the onboard NAP at specified measured intervals in the orbit of the controlled space object is obtained by radiation of the NUNS navigation signal through a controllable antenna with a directional radiation pattern having the required gain.

Управление диаграммой направленности проводят опорно-поворотным устройством антенны по целеуказаниям, вычисленным по номинальным параметрам орбиты выведения космического аппарата.The directional diagram is controlled by the antenna rotary support device according to target designations calculated from the nominal parameters of the spacecraft launching orbit.

По текущим навигационным векторам, полученным бортовой НАП на мерных интервалах при реализованных значениях геометрического фактора, соответствующих взаимному положению разгонного блока и источников навигационных сигналов (навигационных КА и НУНС, видимых с РБ в каждый момент измерения), определяют параметры орбиты с точностью, которая могла быть полученной по траекторным измерениям при устойчивой работе дальномерно-скоростных средств наземного измерительного комплекса, который в данном случае не задействуется и соответствующая бортовая приемо-передающая аппаратура на разгонный блок не устанавливается.According to the current navigation vectors obtained by the onboard NAP at measured intervals with the realized values of the geometric factor corresponding to the relative position of the upper stage and the sources of navigation signals (navigation spacecraft and NUNS visible from the RB at each measurement moment), the orbit parameters are determined with an accuracy that could be obtained from trajectory measurements with stable operation of the rangefinder-speed means of the ground measuring complex, which in this case is not used and the corresponding on-board transmitting and receiving equipment is not installed on the upper stage.

Краткое описание чертежаBrief description of the drawing

Предлагаемая система, реализующая способ, представлена на схеме (фиг. 1), где использованы следующие обозначения: 1 - разгонный блок с навигационной аппаратурой потребителя навигационных сигналов КНС ГЛОНАСС, 2 - навигационные космические аппараты (орбитальной группировки КНС ГЛОНАСС); 3 - наземный комплекс управления (НКУ) НКА ГЛОНАСС; 4 - наземная приемно-регистрирующая станция (HПPC); 5 - система связи и передачи данных (ССПД); 6 - центр управления КНС ГЛОНАСС; 7 - центр управления разгонными блоками; 8 - группировка (не менее четырех) пространственно распределенных наземных управляемых навигационных станций (НУНС), представляющая собой наземное управляемое локальное дополнение к системе ГЛОНАСС. Элементы НУНС: 9 - аппаратура формирования навигационных сигналов; 10 - хранитель частоты и времени; 11 - передающее устройство, 12 - наземная управляемая антенна; 13 - наземная навигационная аппаратура потребителя (ННАП) КНС ГЛОНАСС; 14 - вычислительный комплекс. Радиоканалы передачи данных: 15 - радиоканал НКА - РБ; 16 - двухсторонний радиоканал НКА - НКУ ГЛОНАСС; 17 - радиоканал НУНС - РБ; 18 - радиоканал НКА - ННАП; 19 - радиоканал РБ - НПРС.The proposed system that implements the method is shown in the diagram (Fig. 1), where the following designations are used: 1 - upper stage with navigation equipment for the user of navigation signals of the GLONASS SPS, 2 - navigation spacecraft (orbital grouping of the GLONASS SPS); 3 - ground control complex (GCC) NSA GLONASS; 4 - ground receiving and recording station (GPPC); 5 - communication and data transmission system (DSS); 6 - control center of SPS GLONASS; 7 - upper stage control center; 8 - a grouping (at least four) of spatially distributed ground controlled navigation stations (NUNS), which is a ground controlled local addition to the GLONASS system. Elements of NUNS: 9 - equipment for the formation of navigation signals; 10 - keeper of frequency and time; 11 - transmitting device, 12 - ground controllable antenna; 13 - consumer ground navigation equipment (NNAP) KNS GLONASS; 14 - computing complex. Data transmission radio channels: 15 - radio channel NKA - RB; 16 - two-way radio channel NKA - NKU GLONASS; 17 - radio channel NUNS - RB; 18 - radio channel NKA - NNAP; 19 - radio channel RB - NPRS.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Работа системы (см. фиг. 1), заключается в следующем.The work of the system (see Fig. 1) is as follows.

Навигационные сигналы, принимаемые по радиоканалам 15 на контролируемом разгонном блоке с бортовой навигационной аппаратурой потребителя КНС ГЛОНАСС 1, формируются в навигационных космических аппаратах 2 КНС ГЛОНАСС, управление функционированием которых обеспечивается по радиоканалам 16 центром управления КНС ГЛОНАСС 6, связанным через систему связи и передачи данных 5 с наземным комплексом управления 3. В наземной управляемой навигационной станции 8 с использованием аппаратуры формирования навигационных сигналов 9 и высокостабильного хранителя частоты и времени 10 формируются навигационные сигналы, соответствующие применяемым в КНС ГЛОНАСС с кодовым разделением и присвоенным данной НУНС, в которые вводятся в качестве эфемерид гринвичские геоцентрические координаты данной станции и частотно-временные поправки для НУНС, получаемые с использованием системы связи и передачи данных 5 из центра управления КНС ГЛОНАСС 6. Сформированные навигационные сигналы, представляющие собой несущее колебание, промодулированное псевдодальномерными последовательностями и служебной информацией с частотно-временными поправками, поступают в передающее устройство 11, и затем в наземную управляемую антенну 12 для излучения по радиоканалу 17 в сторону контролируемого разгонного блока с бортовой навигационной аппаратурой потребителя КНС ГЛОНАСС 1.Navigation signals received via radio channels 15 on a controlled upper stage with on-board navigation equipment of the consumer GLONASS 1 SPS are formed in navigation spacecraft 2 GLONASS SPS, the operation of which is controlled via radio channels 16 by the GLONASS 6 SPS control center connected through a communication and data transmission system 5 with a ground control complex 3. In a ground-based navigation station 8, using the equipment for generating navigation signals 9 and a highly stable keeper of frequency and time 10, navigation signals are formed corresponding to those used in the GLONASS SSS with code division and assigned to this NUNS, into which Greenwich geocentric coordinates of this station and time-frequency corrections for the NUNS, obtained using the communication and data transmission system 5 from the control center of the SPS GLONASS 6. The generated navigation signals, which represent the bearing wheel The bath, modulated by pseudo-range sequences and service information with time-frequency corrections, is fed to the transmitting device 11, and then to the ground-based controlled antenna 12 for radiation via radio channel 17 towards the controlled upper stage with the onboard navigation equipment of the consumer of the GLONASS 1 CNS.

Работу передающего устройства 11 осуществляют на мерных интервалах, заданных через вычислительный комплекс 14 согласно плану, поступившему из центра управления разгонным блоком 7 через центр управления КНС ГЛОНАСС 6. Наземную управляемую антенну 12 наводят на разгонный блок по целеуказаниям, рассчитанным в вычислительном комплексе 14 по номинальным начальным условиям орбиты выведения, полученным по системе связи и передачи данных 5 из центра управления разгонным блоком 7 через центр управления КНС ГЛОНАСС 6.The operation of the transmitting device 11 is carried out at measured intervals specified through the computer complex 14 according to the plan received from the control center of the upper stage 7 through the control center of the GLONASS 6 KNS. the conditions of the launching orbit, obtained through the communication and data transmission system 5 from the control center of the upper stage 7 through the control center of the GLONASS 6 KNS.

Для расчета частотно-временных поправок наземная навигационная аппаратура потребителя КНС ГЛОНАСС 13, установленная на наземных управляемых навигационных станциях 8, в промежутках времени между излучением навигационных сигналов по радиоканалу 17, принимает по радиоканалам 18 навигационные сигналы с навигационных космических аппаратов 2 КНС ГЛОНАСС, находящихся в зоне радиовидимости НУНС 8, проводит измерения псевдодальности и радиальной псевдоскорости и вместе с принятой служебной информацией передает их по системе связи и передачи данных 5 в центр управления системы ГЛОНАСС 6 для статистической обработки измерений и вычисления частотно-временных поправок на прогнозируемые в КНС интервалы времени. Начальные значения частотно-временных поправок для каждой НУНС определяют в центре управления КНС ГЛОНАСС по результатам измерений псевдодальности и радиальной псевдоскорости, проводимых наземной навигационной аппаратурой потребителя КНС ГЛОНАСС на НУНС перед работами по навигационному контролю орбит выведения КА.To calculate the time-frequency corrections, the ground navigation equipment of the consumer GLONASS 13, installed on the ground controlled navigation stations 8, in the intervals between the emission of navigation signals via radio channel 17, receives navigation signals via radio channels 18 from navigation spacecraft 2 of the GLONASS CNS located in the zone radio visibility NUNS 8, takes measurements of pseudo-range and radial pseudo-speed and, together with the received service information, transmits them via the communication and data transmission system 5 to the control center of the GLONASS 6 system for statistical processing of measurements and calculating time-frequency corrections for the time intervals predicted in the CNS. The initial values of the time-frequency corrections for each NUNS are determined at the control center of the GLONASS SSS based on the results of pseudorange and radial pseudo-velocity measurements carried out by the ground navigation equipment of the GLONASS SOS user at the NUNS before the work on navigation control of the spacecraft injection orbits.

Навигационные вектора, полученные бортовой навигационной аппаратурой РБ 1 передают по радиоканалу 19 на НПРС 4 и с НПРС по системе связи и передачи данных 5 в центр управления разгонными блоками 7 для обработки с целью определения параметров орбиты РБ.The navigation vectors obtained by the onboard navigation equipment RB 1 are transmitted via radio channel 19 to NPRS 4 and from NPRS via the communication and data transmission system 5 to the control center of the upper stages 7 for processing in order to determine the parameters of the RB orbit.

Система, реализующая предлагаемый способ, отличается:The system that implements the proposed method is different:

- наличием общего для аппаратуры формирования навигационного сигнала и наземной навигационной аппаратуры потребителя хранителя частоты и времени с относительной нестабильностью не хуже единицы на десять в минус тринадцатой степени;- the presence of a frequency and time keeper common to the navigation signal generation equipment and ground navigation equipment of the consumer with a relative instability not worse than one by ten to the minus thirteenth power;

- наземной управляемой антенной системой, сопровождающей по направлению излучения сигнала контролируемый разгонный блок;- a ground-based controlled antenna system accompanying the controlled upper stage in the direction of signal emission;

- наличием гринвичских координат наземного пункта в качестве эфемерид;- the presence of the Greenwich coordinates of the ground point as ephemeris;

- подключением к системе связи и передачи данных для осуществления информационного обмена с центром управления КНС ГЛОНАСС путем передачи измерений псевдодальности и радиальной псевдоскорости навигационных космических аппаратов, осуществляемой наземной НАП, и приема из центра управления частотно-временных поправок для навигационных сигналов, передаваемых на разгонный блок и данных по программе работы с разгонным блоком на орбите выведения КА.- connecting to the communication and data transmission system for information exchange with the GLONASS SPS control center by transmitting pseudo-range and radial pseudo-speed measurements of navigation spacecraft, carried out by the ground-based NAP, and receiving from the control center time-frequency corrections for navigation signals transmitted to the upper stage and data on the program of work with the upper stage in the spacecraft injection orbit.

Сущностные характеристики заявляемого способа состоят, таким образом, во введении наземных управляемых навигационных станций, создающих на каждой орбите выведения космических аппаратов разгонным блоком при его полете вне сплошного навигационного поля КНС ГЛОНАСС необходимый состав источников навигационных сигналов для решения на борту задачи определения текущих навигационных векторов, и обеспечивающих по полученной на заданном мерном интервале выборке навигационных векторов определение параметров контролируемой орбиты разгонного блока.The essential characteristics of the proposed method consist, therefore, in the introduction of ground-based controlled navigation stations, creating in each orbit of spacecraft launching by the upper stage during its flight outside the continuous navigation field of the GLONASS SPS, the necessary composition of navigation signal sources for solving on board the problem of determining the current navigation vectors, and providing the determination of the parameters of the controlled orbit of the upper stage using the navigation vectors sample obtained on a given measured interval.

Технический результат изобретения заключается в том, что предлагаемые способ и система навигационного контроля орбит выведения космических аппаратов позволяют:The technical result of the invention lies in the fact that the proposed method and system for navigation control of spacecraft launching orbits allow:

- обеспечить определение орбит выведения космических аппаратов на участках полета разгонных блоков выше сплошного навигационного поля, формируемого КНС ГЛОНАСС в околоземном пространстве;- to ensure the determination of the orbits of spacecraft injection in the flight sections of the upper stages above the continuous navigation field formed by the GLONASS satellite station in the near-earth space;

- исключить необходимость проведения траекторных измерений наземными измерительными системами с бортовыми приемо-передающими устройствами;- to eliminate the need for trajectory measurements by ground measuring systems with on-board transmitting and receiving devices;

- обеспечить коррекцию программы управления полетом системой управления движением разгонного блока;- to ensure the correction of the flight control program by the motion control system of the upper stage;

- использоваться для навигационного обеспечения полета космических аппаратов на высокоэллиптических и геостационарных орбитах.- used for navigation support of spacecraft flight in highly elliptical and geostationary orbits.

Использованные источники информацииSources of information used

1. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования /Под ред. Перова А.И. Харисова В.Н. - М.: Радиотехника, 2005, 800 с.1. GLONASS. Principles of construction and functioning / Ed. Perova A.I. Kharisova V.N. - M .: Radiotekhnika, 2005, 800 p.

2. Смашный В.В., Чаплинский B.C. Исследование эффективности использования навигационной аппаратуры потребителя КНС ГЛОНАСС для навигационно-баллистического обеспечения системы космических аппаратов экологического мониторинга. Журнал «Двойные технологии» №1. СИП РИА.М.1999, с. 23-24.2. Smashny V.V., Chaplinsky B.C. Investigation of the effectiveness of the use of the navigation equipment of the consumer of the GLONASS KNS for navigation and ballistic support of the environmental monitoring spacecraft system. Magazine "Dual Technologies" №1. SIP RIA.M. 1999, p. 23-24.

3. Агаджанов и др./ Космические траекторные измерения/Под ред. Агаджанова П.А., Дулевича В.Е., Коростелева А.А. - М.: Сов. радио, 1969, 504 с, п. 12.1, с. 463-469.3. Agadzhanov et al. / Space trajectory measurements / Ed. Agadzhanova P.A., Dulevich V.E., Korosteleva A.A. - M .: Sov. radio, 1969, 504 s, p. 12.1, p. 463-469.

4. Основы радионавигационных измерений. Под ред. Н.Ф. Клюева, Минобороны СССР, 1987, 429 с, п. 8., с. 354-396.4. Basics of radio navigation measurements. Ed. N.F. Klyuev, USSR Ministry of Defense, 1987, 429 p., P. 8., p. 354-396.

5. Абламейко, С.В. Глобальные навигационные спутниковые системы / С.В. Абламейко, В.А. Саечников, А.А. Спиридонов. - Минск: БГУ, 2011, 147 с. 6. Куприянов А.О. Применение псевдоспутников в позиционировании и навигации// Изд. ВУЗов «Геодезия и аэрофотосъемка». 2019. Т. 63, №4, с 385-391.5. Ablameyko, S.V. Global navigation satellite systems / S.V. Ablameiko, V.A. Saechnikov, A.A. Spiridonov. - Minsk: BSU, 2011, 147 p. 6. Kupriyanov A.O. The use of pseudosatellites in positioning and navigation // Ed. Universities "Geodesy and aerial photography". 2019.Vol. 63, No. 4, p. 385-391.

Claims (5)

1. Способ навигационного контроля орбит выведения космических аппаратов, включающий определение навигационных векторов разгонного блока по навигационным сигналам, принимаемым с навигационных космических аппаратов орбитальной группировки космической навигационной системы (КНС) ГЛОНАСС, формируемым при взаимодействии по радиоканалам с наземным комплексом управления навигационными космическими аппаратами, который связан по системе связи и передачи данных с центром управления КНС ГЛОНАСС, отличающийся тем, что для определения параметров орбит разгонных блоков вне сплошного навигационного поля системы ГЛОНАСС создают на орбитах выведения космических аппаратов в соответствии с планом работы центра управления разгонными блоками локальное управляемое навигационное поле требуемой структуры, сопровождающее разгонные блоки при их движении по орбите и формируемое наземным управляемым локальным дополнением к системе ГЛОНАСС, состоящим из группировки наземных управляемых навигационных станций, размещенных на наземных пунктах с известными координатами, с аппаратурой формирования навигационного сигнала системы ГЛОНАСС, передают по радиоканалу на наземные приемно-регистрирующие станции значения текущих навигационных векторов, определенные на мерных участках полета навигационной аппаратурой потребителя на разгонных блоках, обрабатывают в центре управления разгонными блоками полученные значения текущих навигационных векторов и определяют параметры орбиты выведения космического аппарата.1. A method of navigation control of spacecraft launching orbits, including the determination of the navigation vectors of the upper stage according to navigation signals received from the navigation spacecraft of the orbital grouping of the GLONASS space navigation system (SSS), formed by interaction via radio channels with the ground control complex for navigation spacecraft, which is connected on the communication and data transmission system with the GLONASS SPS control center, characterized in that to determine the parameters of the orbits of the upper stages outside the continuous navigation field, the GLONASS systems create a local controlled navigation field of the required structure on the launching orbits of spacecraft in accordance with the work plan of the control center of the upper stages, accompanying upper stages during their movement in orbit and formed by a ground-based controlled local add-on to the GLONASS system, consisting of a grouping of ground controlled navigation stations, size located at ground points with known coordinates, with the equipment for forming the navigation signal of the GLONASS system, transmit the values of the current navigation vectors to the ground receiving and recording stations via the radio channel, determined on the measured flight sections by the user's navigation equipment on the upper stages, process the obtained values in the control center of the upper stages current navigation vectors and determine the parameters of the orbit of the spacecraft injection. 2. Система, реализующая способ навигационного контроля орбит выведения КА с использованием информации КНС ГЛОНАСС по п. 1, состоящая из разгонного блока с бортовой навигационной аппаратурой потребителя навигационных сигналов ГЛОНАСС, связанной радиоканалами с орбитальной группировкой навигационных космических аппаратов, передающая результаты определения навигационных векторов по радиоканалу на наземные приемно-регистрирующие станции, с которых полученные навигационные вектора передают по системе связи и передачи данных (ССПД) в единый центр управления полетами РБ, кроме того, по ССПД организуют двусторонний обмен информацией между центром управления полетами разгонных блоков и центром управления КНС ГЛОНАСС, отличающаяся тем, что в нее для создания локального навигационного поля требуемой структуры, сопровождающего разгонные блоки при их движении по орбите выведения космических аппаратов в соответствии с планом работы центра управления разгонными блоками, введены наземные управляемые навигационные станции (НУНС), размещенные на четырех и более наземных пунктах с известными координатами, представляющие собой наземное управляемое локальное дополнение к системе ГЛОНАСС, включающие аппаратуру формирования навигационного сигнала системы ГЛОНАСС, соединенную с хранителем частоты и времени, передающее устройство, которое соединено с полноповоротной антенной, наземную навигационную аппаратуру потребителя системы ГЛОНАСС, соединенную радиоканалами с навигационными космическими аппаратами КНС ГЛОНАСС, вычислительный комплекс, соединенный системой связи и передачи данных с центром управления КНС ГЛОНАСС, соединенный также с передающим устройством и с наземной управляемой антенной, обеспечивающей согласно плану работы передачу навигационных сигналов на разгонные блоки, орбиты которых контролируют.2. A system that implements the method of navigation control of spacecraft injection orbits using information from the GLONASS SPS according to claim 1, consisting of an upper stage with onboard navigation equipment for a consumer of GLONASS navigation signals connected by radio channels with an orbital constellation of navigation spacecraft, transmitting the results of determining navigation vectors via a radio channel to ground receiving and recording stations, from which the received navigation vectors are transmitted via the communication and data transmission system (DCTD) to the unified flight control center of the Republic of Belarus, in addition, through the DSPD they organize a two-way exchange of information between the flight control center of the upper stages and the control center of the GLONASS CNS, characterized in that in order to create a local navigation field of the required structure accompanying the upper stages when they move along the orbit of spacecraft launching in accordance with the work plan of the upper stages control center, ground controlled aviation stations (NUNS) located at four or more ground points with known coordinates, which are a ground-based controlled local addition to the GLONASS system, including equipment for the formation of a navigation signal of the GLONASS system, connected to a frequency and time keeper, a transmitting device, which is connected to a full-turn antenna , ground navigation equipment of the consumer of the GLONASS system, connected by radio channels with navigation spacecraft GLONASS KNS, a computing complex connected by a communication and data transmission system to the GLONASS KNS control center, also connected to a transmitting device and to a ground controllable antenna providing, according to the work plan, the transmission of navigation signals to the upper stages, the orbits of which are controlled. 3. Система по п. 2, отличающаяся тем, что наземная управляемая навигационная станция (НУНС), формирующая навигационный сигнал и наземная навигационная аппаратура потребителя соединены с общим хранителем частоты и времени с относительной нестабильностью не хуже единицы на десять в минус тринадцатой степени, передающее устройство соединено с полноповоротной антенной, имеющей коэффициент усиления, обеспечивающий плотность потока мощности навигационного сигнала на орбитах выведения КА, соответствующую формируемой навигационными космическими аппаратами системы ГЛОНАСС.3. The system according to claim 2, characterized in that the ground controlled navigation station (NUNS), which generates the navigation signal and the ground navigation equipment of the consumer, are connected to a common frequency and time keeper with relative instability not worse than one by ten to minus thirteenth degrees, the transmitting device connected to a full-turn antenna having a gain that ensures the power flux density of the navigation signal in the spacecraft injection orbits, corresponding to that generated by the GLONASS navigation spacecraft. 4. Система по п. 2, отличающаяся тем, что полноповоротная антенна соединена с вычислительным комплексом для наведения на разгонные блоки по целеуказаниям, рассчитанным в вычислительном комплексе по номинальным параметрам орбиты выведения космического аппарата, которые получены в центре управления КНС ГЛОНАСС из центра управления разгонными блоками в соответствии с планом работы наземной управляемой навигационной станции на излучение навигационного сигнала;4. The system according to claim 2, characterized in that the full-turn antenna is connected to a computer complex for aiming at the upper stages according to target designations, calculated in the computer complex according to the nominal parameters of the spacecraft injection orbit, which are received at the GLONASS SPS control center from the upper stages control center in accordance with the plan of operation of the ground controlled navigation station for the emission of the navigation signal; 5. Система по п. 2, отличающаяся тем, что наземная управляемая навигационная станция в качестве эфемерид имеет гринвичские координаты наземного пункта, подключена к системе связи и передачи данных и осуществляет информационный обмен с центром управления КНС ГЛОНАСС для передачи измерений псевдодальности и радиальной псевдоскорости разгонных блоков, проводимых наземной навигационной аппаратурой потребителя, и приема от него частотно-временных поправок для навигационных сигналов, передаваемых на разгонные блоки.5. The system according to claim 2, characterized in that the ground controlled navigation station as ephemeris has the Greenwich coordinates of the ground point, is connected to the communication and data transmission system and carries out information exchange with the GLONASS CNS control center to transmit measurements of the pseudo-range and radial pseudo-speed of the upper stages conducted by the consumer's ground navigation equipment, and receiving from him time-frequency corrections for navigation signals transmitted to the upper stages.
RU2021108447A 2021-03-30 2021-03-30 Method for navigation control of spacecraft injection orbits and a system for its implementation RU2759173C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021108447A RU2759173C1 (en) 2021-03-30 2021-03-30 Method for navigation control of spacecraft injection orbits and a system for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021108447A RU2759173C1 (en) 2021-03-30 2021-03-30 Method for navigation control of spacecraft injection orbits and a system for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2759173C1 true RU2759173C1 (en) 2021-11-09

Family

ID=78466988

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021108447A RU2759173C1 (en) 2021-03-30 2021-03-30 Method for navigation control of spacecraft injection orbits and a system for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2759173C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7557753B2 (en) * 2007-04-30 2009-07-07 The Aerospace Corporation Spacecraft hardware tracker
RU2622508C1 (en) * 2016-02-04 2017-06-16 Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") Mobile measuring point of complex of measuring, collecting and processing information means from missile-carriers and/or ground boosters measuring complex
RU2715069C1 (en) * 2019-04-16 2020-02-25 Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") Space system of trajectory measurements

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7557753B2 (en) * 2007-04-30 2009-07-07 The Aerospace Corporation Spacecraft hardware tracker
RU2622508C1 (en) * 2016-02-04 2017-06-16 Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") Mobile measuring point of complex of measuring, collecting and processing information means from missile-carriers and/or ground boosters measuring complex
RU2715069C1 (en) * 2019-04-16 2020-02-25 Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") Space system of trajectory measurements

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A.O. Kupriyanov The use of pseudosatellites in positioning and navigation / Ed. Universities "Geodesy and aerial photography". 2019.T.63, N4. *
GLONASS. The principles of construction and functioning. 4th ed., Ed. A.I. Perova, V.N. Kharisova. Ed. "Radio engineering". M., 2010, p. 65-79. *
ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования. 4-е изд., под ред. А.И. Перова, В.Н. Харисова. Изд. "Радиотехника". М., 2010, с.65-79. Куприянов А.О. Применение псевдоспутников в позиционировании и навигации / Изд. ВУЗов "Геодезия и аэрофотосъемка". 2019. Т.63, N4. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Parkinson et al. A history of satellite navigation
Hegarty The global positioning system (GPS)
Logsdon The Navstar global positioning system
US11073622B2 (en) Performance and cost global navigation satellite system architecture
US8521427B1 (en) Vehicle navigation using cellular networks
US6114975A (en) Method of air navigation assistance for guiding a moving vehicle towards a moving target
US20100007554A1 (en) GNSS broadcast of future navigation data for anti-jamming
Revnivykh et al. Glonass
US20220082707A1 (en) Techniques for Determining Geolocations
Giordano et al. The Lunar Pathfinder PNT experiment and Moonlight navigation service: The future of lunar position, navigation and timing
Moore et al. GPS applications in power systems. I. Introduction to GPS
Thompson et al. Cislunar navigation technology demonstrations on the CAPSTONE mission
Goswami et al. Potential of Multi-constellation Global Navigation Satellite System in Indian Missile Test Range Applications.
EP3757620A1 (en) Systems for and methods of nullsteering in a receiver
CN104777448B (en) Unmanned plane recovery system and method based on pulse piloting system and pseudo satellite, pseudolite field
Marmet et al. GPS/Galileo navigation in GTO/GEO orbit
Wang et al. GNSS-based orbit determination method and flight performance for geostationary satellites
Sarma et al. Augmentation of Indian regional navigation satellite system to improve dilution of precision
RU2759173C1 (en) Method for navigation control of spacecraft injection orbits and a system for its implementation
Rush Current issues in the use of the global positioning system aboard satellites
Filippi et al. Feasibility of GNSS receivers for satellite navigation in GEO and higher altitudes
Enderle et al. Proba-3 precise orbit determination based on GNSS observations
Ashman et al. Applications and Benefits of GNSS for Lunar Exploration
Fateev et al. The use of GNSS technologies for high-precision navigation geostationary spacecraft
Axelrad et al. GEO satellite positioning using GPS collective detection