Файл: Шаталов, В. А. Применение ЭВМ в системе управления космическим аппаратом.pdf

нулю), то уравнение (3. 108) не может быть решено относительно углов у, Ф, -ф. Физически это означает, что солнечный датчик определяет лишь направление на'Солнце, но не позволяет опре­ делить угол поворота КА относительно этого направления. Из уравнения (3. 108) может быть получена с высокой точностью линейная комбинация углов у, О, O', что позволит уточнить угло­ вое положение КА.

В цифровой системе отсчета показания солнечного датчика используются наравне с показаниями датчиков горизонта и угло­ вой скорости.

Вектор состояния цифровой системы ориентации с солнечным

где ув, “&в — составляющие вектора S0, наблюдаются при помо­ щи солнечного датчика.

Остальные составляющие соотношения (3. 109) описаны при пояснении зависимости (3. 105).

Вектор измерений связан с переменными состояния соотно­ шением (3. 105). Например, при учете измерений только от дат­ чика горизонта и солнечного датчика вектор измерений углового положения КА

Матрица Ни в данном случае имеет вид

104

(3.111)

а ковариационная матрица вектора ha помех считается заданной. Для вычисления элементов матрицы Н8 для текущего момен­ та времени ^ необходимо определить косинусы вектора направ­

ления на Солнце в орбитальной системе координат. Из рис. 3. 32 следует

50^.=cos ту, cos i cos — sin ii3 cos (Зэ;

Углы т|э и рэ отсчитываются от плоскости эклиптики, а не от экваториальной плоскости.

В цифровой системе отсчета показания солнечного датчика используются наравне с показаниями датчика горизонта. Для повышения роли показаний солнечного датчика целесообразно обрабатывать отдельно показания от солнечного датчика и затем сравнивать их с данными, полученными от датчика горизонта

105

и датчиков угловых скоростей. Структурная схема цифровой системы определения углов приведена на рис. 3. 33.

Анализ приведенных методов ориентации при помощи систем, включающих БЦВМ, показывает следующее:

математическое обеспечение БЦВМ должно предусматри­ вать возможность действий с матрицами (их умножение, транс­ понирование, обращение) и тригонометрическими функциями;

— хранение элементов матриц предъявляет к ЗУ повышенные

106

В табл. 3. 1 приведены сравнительные данные по точности определения углов у, •&, тф при исходных ошибках системы ори­ ентации (табл. 3.2—3.4). Расчетные данные получены для слу­ чая движения КА по околоземной орбите с высотой перигея и апогея соответственно 140 и 370 км, наклонения — я/2 рад (—90°), аргумента перигея орбиты — 0 рад (0°), начальной истинной аномалии —1,393 рад (—80°) и угла наклонения на Солнце в геоцентрической системе координат —0,196 рад

( - 10°) [8].

107

Астроориентация КА

В последние годы широкое распространение получает ориен­ тация КА, основанная на измерениях опорных светил (звезд). При этом осуществляется автоматическая обработка данных при помощи БЦВМ. Источником информации (измерений) может служить, например, автоматическое оптико-электронное устрой­ ство ориентации, состоящее из объектива, оптического модуля­ тора, фотоэлектронного умножителя и электронного преобразую­ щего блока [11]. При решении задачи ориентации при помощи БЦВМ по данным трехосного оптико-электронного устройства наибольшую сложность представляет распознавание звездного узора при выборе опорных звезд. В общем случае звезды можно распознать по трем характеристикам: по их относительному положению на небесной сфере, по их яркости и наблюдаемому: цвету свечения. ■

Наиболее простой из них — первый (по распознаванию звезд­ ного узора). При этом возникает противоречие при построении системы ориентации: чем меньше опорных звезд, тем больше; требования к оптической системе, одновременно меньше требо­ вания к памяти БЦВМ, хранящей в ЗУ угловые расстояния между выбранными для ориентации опорными светилами.

На рис. 3. 34 показана зависимость между возможными еди­ ничными ошибками в измерении углового расстояния и числом

Допустимая ошибка измерения углового расстояния,

р а д град

Рис. 3.34. График зависимости долу* стимой ошибки измерения углового расстояния звезд от числа звезд, уча­ ствующих в процессе распознавания

108

7

Угол поворот а сканирую ­ щ е го уст рой ст ва ; в

а)

5)

Рис. 3. 35. Операции распознавания опорных звезд:

б— угол поворота сканирую щ его устройства

звезд, угловое расстояние между которыми измеряется [11]. Вели­ чина допустимой единичной ошибки возрастает пропорционально числу звезд, участвующих в процессе распознавания звездного узора. Выделенная область соответствует испытаниям оптической системы с углом зрения 0,802 рад (46°) и вероятности неодно­ значного распознавания рисунка звезд, равной 0,99.

Алгоритм, позволяющий оценить ориентацию КА по опорным светилам, для каждого конкретного случая будет отличаться особенностями исходной информации. Однако имеются общие операции, на которых следует остановиться. Это относится в пер­ вую очередь к распознаванию опбрных светил, операций наибо­ лее трудоемких для БЦВМ. Последовательность операций в дан­ ном случае следующая.

1.Накопление данных угловых измерений. В запоминающее устройство БЦВМ вводится информация, состоящая из импуль­ сов, соответствующих моментам появления звезд, а также фоно­ вым шумам (рис. 3. 35, а).

2.Селекция при помощи сравнивающего алгоритма. При ска­ нировании небосвода оптико-электронным устройством в момент попадания в приемное устройство излучения звезд генери­

по каталогу угловых измерений, отбирая такие результаты, кото­ рые обладают свойствами Д;у- = Д;-*-[-Ё^, где Sg <с Аи , Дjk.

В тех случаях, когда это условие выполнено, машина запоминает три соответствующих угла. Установлено, что этим методом мож­ но идентифицировать девять импульсов от трех звезд среди трид­ цати сопутствующих помех.

3. Определение положения цели. Для каждого набора из трех углов БЦВМ определяет номерные координаты звезды — цели.

4. Вычисление угловых расстояний между звездами. Машина рассчитывает и хранит в запоминающем устройстве расстояния

109